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Pflanzen in der Arktis - Informationen


 

Die Arktis als Lebensraum für Pflanzen - rund ums Nordpolarmeer

 

Pflanzen in den Kälteregionen der Erde werden in ihrem Leben mit wesentlich extremeren Umweltbedingungen konfrontiert als in unseren Breiten überwinternde Pflanzen.

Die Jahresmitteltemperaturen bestimmen in aller erster Linie die Vegetationszonen, die

Die arktische Tundra erstreckt sich in einem Gürtel um das durch Eis- und Kältewüsten bestimmte Polgebiet und bedeckt allein in Eurasien ca. 3,3 Mio km2. Sie stellt damit nach den borealen Nadelwäldern die quantitativ zweitgrößte Vegetationszone der Erde.

Für die Charakterisierung des Klimas in den arktischen Regionen sind neben der Temperatur bedeutsam:

Winterstürme, die sehr häfig auftreten und im Mittel Windgeschwindigkeiten von 15 - 30 m/s (50-110 km/h), in einzelnen Böen auch 60 m/s (210 km/h) erreichen können. Der Wind treibt stets Partikel wie Sand oder Eiskristalle mit sich, die den Pflanzen durch Abrieb Schaden zufügen können.

Sonneneinstrahlung, die zu einer Erwärmung der obersten Bodenschichten und durch Reflexion auch der untersten, bodennahen Luftschichten führt.

Vor allem die letzten beiden Punkte führen zu einem bodennahen, dem Wind trotzenden Wuchs. Das sind vor allem Rosetten und Halbrosetten, dabei aber nur wenig Polsterpflanzen, die sich dann besonders an windexponierten Standorten finden.

Für die Blütezeit müssen sich die Pflanzen zum einen an die extrem kurze Vegetationsperiode des Jahres (nur 2 - 3 Monate, an der Grenze zur Kältewüste 4 Wochen) und an die stete Gefahr von Spätfrösten anpassen.

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Die Vegetation in der arktischen Region

Die arktische Tundra und die unter das Zonobiom "Kältewüsten" fallenden Gebiete weisen eine relativ uniforme Flora auf, die z.T. durch die Ausbreitungsbiologie bedingt ist: Viele Pflanzen lassen ihre Diasporen durch den Wind verbreiten, der sie über den Boden treibt wie auch über Eisflächen (also auch transkontinental über vereiste Meeresteile). So gibt es nur wenige für jeweils die nearktische, die europäische und die asiatische (sibirische) Tundra und die entsprechenden Kältewüsten charakteristische Florenelemente.

Das heutige europäisch-arktische Zonobiom war im Pleistozän (Zeitraum von ca. 2 Mio. - 10000 Jahre v.h.) im Gegensatz zum ostsibirischen Teil während der Glazialzeiten von Eis bedeckt und wurde somit erst nach der letzten Eiszeit im Postglazial von den Pflanzen wiederbesiedelt. Während der Glazialzeiten mischte sich die nach Süden verdrängte arktische Flora mit den aus den vergletscherten Gebirgen hinabgrdrängten alpinen Florenelementen. Es entstand das "arktisch-alpine Florenelement", das heute die auffallende Gemeinsamkeit der Arktis und der alpinen Stufen der nördlichen Gebirge der Nordhemisphäre bedingt (viele gemeinsame Familien und Gattungen).

Das asiatisch- (sibirisch-)arktische und das nordamerikanisch-arktische Zonobiom war im Pleistozän nicht vergletschert. Man muß sogar annehmen, daß bedingt durch die glaziale Meeresspiegelabsenkung die Bering-Landbrücke zwischen Nordostasien und Nordamerika existierte und somit ein Floren- und Faunenaustausch möglich war. Beide arktischen Regionen weisen damit eine zwar nur geringfügig aber doch höhere Artenzahl an Blütenpflanzen und einige typische Florenelemente auf.

 

Die Taiga soll hier als bewaldete Region, die nicht zur "Arktis" im engeren Sinne gerechnet werden kann, nicht betrachtet werden, sondern wir wollen unser Augenmerk auf die Regionen der Arktis richten, die den Charakter einer Grenzvegetation zu einer Kältewüste besitzen und als "arktisch" bezeichnet werden können (im Sinne von Walter/Breckle (1986) Bd. 3, S. 500/501), und das ist in diesem Falle die Tundra, speziell die nördliche Tundra.

An Blütenpflanzen verbleiben hier:

In der auf der Taimyr-Halbinsel untersuchten arktischen Wüste (vgl. Walter/Breckle (1986) Bd. 3, S 515) wurden noch 57 Blütenpflanzenarten gefunden, die aber in der von Moosen und Flechten dominierten Pflanzengemeinschaft eine nur untergeordnete Rolle spielen. Eine geschlossene Pflanzendecke wird nur ganz vereinzelt gebildet. Die Pflanzen sind kleinwüchsig (Höhe der Pflanzendecke meist 2-5cm)

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Anpassungen von Pflanzen an das Leben in arktischen Regionen

 

vegetativ:

Für die Pflanzen der Arktis ist es aufgund der kurzen Vegetationszeit wichtig, möglichst früh mit dem Wachstum und der Ausbildung von Blüten zu beginnen. Es werden daher viele Pflanzen angetroffen, die in der einen oder anderen Weise Speicherorgane besitzen, aus deren Vorräten noch vor Auftauen des Bodens die Pflanzen mit der Wachstumsphase beginnen können.

Um im Winter möglichem Schneedruck zu entgehen und im Sommer die höheren Temperaturen direkt am Boden auszunutzen, haben viele der arktischen Pflanzen Rosettenwuchs entwickelt.

Die Böden in den arktischen Regionen sind chronisch stickstoffunterversorgt. Leicht verständlich ist daher das relativ häufige Auftreten von Fabaceae, die in der Lage sind, mithilfe der symbiontisch in ihren Wurzeln lebenden, zur Luftstickstofffixierung befähigten Rhizobium-Bakterien besser ihren Stickstoffbedarf auf den sehr stickstoffarmen Arktisböden zu decken als Arten ohne diese (oder eine ähnliche) Symbiose. Terophyten, einjährige Pflanzen, sind dementsprechend selten anzutreffen: Nur sehr wenige (7) Arten sind Terophyten, von denen 2 als Halbparasiten zusätzlich Nährstoffe zu den im Boden vorhandenen erhalten.

In einem Untersuchungsgebiet in der nordamerikanischen Arktis von Alaska waren die meisten der untersuchten Pflanzen in der Lage binnen 60 Tagen den größten Teil des Stoffaufbaus und binnen weiterer 15 Tage auch die Samenbildung abzuschließen.

Um zu verhindern, daß Samen noch im Winter oder in einer ausgehenden Vegetationszeit keimen und damit den Winter nicht überstehen, sind die meisten arktischen Arten Frostkeimer, d.h. ihre Samen erlangen die Keimfähigkeit erst nach dem Durchleben eines Frostes.

Isolation wird gelegentlich, aber bei weitem nicht bei der Mehrheit der arktischen Pflanzen durch Haarwuchs bewirkt. I.d.R. versuchen Pflanzen eher, dem schädigenden Frost völlig zu entgehen oder sich physiologisch zu isolieren, als daß sie isolierende Gewebe, wie bei einigen Tieren zu finden sind, ausbilden.

(Für Informationen zu Isolationsmechanismen bei Tieren bitte hier klicken (( Verweis auf Monikas Page); weiterer link: http://inet.uni-c.dk/~mbljfs/norfa.htm - Thema: Fische)

 

generativ:

Hinsichtlich der generativen Vermehrung haben sich die Pflanzen der Arktis an die Kälte angepaßt, indem sie meistens bereits im Spätsommer bis Herbst bodennah Blütenknospen entwickeln, die, geschützt von der Schneedecke, überwintern, um sich sogleich bei Abtauen der Schneedecke zu öffenen (Frühblüher). Dabei legen die Pflanzen oft eine große Zahl von Knospen an, die sich nicht alle zur selben Zeit öffnen, so daß ein Schaden, der durch den Winter selbst oder einen möglichen Spätfrost verursacht werden könnte, ausgeglichen werden kann.

Die Blüten arktische Angiospermae sind i.d.R. klein (nur 16% > 2cm) und oft zu größeren Blütenständen zusammengefaßt, um so erfolgreiche Bestäubung von gleich mehreren Blüten zu ermöglichen. In weitgehender Ermangelung anderer Bestäuber kommen als solche fast ausschließlich Insekten und v.a. der Wind in Betracht. Auch die Ausbreitung der Samen erfolgt zu 84% durch den Wind.

 

physiologisch:

Speziell der Wasserhaushalt ist für alle frostgefährdeten Pflanzen ein Problem, da ein gefrorener Boden dem wasserlosen Boden einer Wüste entspricht. Daran haben sich alle Pflanzen durch eine ausgesprochene Ruhephase angepaßt, in der beinahe kein Wasser verbraucht wird. Einige Pflanzen haben auch wasserspeichernde Organe, doch ist das bei weitem nicht die Mehrheit.

Ferner besteht die Gefahr, daß Wasser in den Interzellularen gefriert, dem Gefälle entlang aus den ungefrorenen Zellen Wasser in die überfrierenden Interzellularen fließt, damit die Wasserkonzentration in den Zellen rapide sinkt, die Kontenzration gelöster Stoffe analog in die Höhe schnellt, die Zellen daher eine toxische Konzentration von gelösten Stoffen enthalten und zerstört werden. Dem wirken alle Pflanzen entgegen, indem sie in die Interzellularen mit zunehmend kühler Außentemperatur wasserbindende Stoffe einlagern, die den osmotischen Wert in den Interzellularen erhöhen.

Durch diesen von Arktischen Pflanzen perfektionierten Abhärtemechanismus sind viele der Pflanzen sogar zu Gefrierpunktdepression befähigt, d.h. das Wasser in den Interzellularen gefriert nicht schon bei Temperaturen um 0°C, sondern kann bis zu -10° unterkühlt werden, ohne zu gefrieren.

(Zum Thema Wasserhaushalt und Frostresistenz sind in dem eingangs erwähnten Artikel von H. Weber eine Anzahl veranschaulichender Versuche beschrieben.)

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Links: (aktualisiert am 14.6.05)

http://www.life.uiuc.edu/hu/publications.htm

http://www.bradley.edu/academics/las/bio/gehring.html

http://www.fs.fed.us/colorimagemap/images/m120.html

Klima in Tundra und Taiga (Plant Biology, Uni Maryland)

Pflanzen der Tundra u.v.a.m. (Missouri Botanical Garden)

Taiga (Ritter, Uni Wisconsin, Geografie)

Tundra (Ritter, Uni Wisconsin, Geografie)

INSTAAR: Institute of Arctic and Alpine research (Colorado)

Tundra Webcam: http://instaar.colorado.edu/tundracamII/camera_low.html

http://www.microscopy-uk.org.uk/mag/articles/anne1.html

http://www.ulapland.fi/home/arktinen/tundra/tundra.htm
Das mittlerweile abgeschlossene Projekt "Arctic Feedbacks to Global Warming: Tundra Degradation in the Russian Arctic" wird unter dieser URL für das Internet aufbereitet. Verantwortlich für die Inhalte der Seite zeichnen P. Kuhry und T. Holm vom Arctic Centre der University of Lapland in Finnland. Auf der Mainpage wird der Rahmen des Projekts mit Blickrichtung Finanzierung, Selbstverständnis und Forschungsziele vorgestellt. Scrollt man die Seite etwas nach unten, werden nützliche Verweise zu Detailfragen wie What is Global Change?, The TUNDRA Study Area oder TUNDRA Research Objectives aufgegelistet.

http://www.taiga.net
Das Taiga-Net ist "a co-operative environmental and community web network based in Whitehorse, Yukon, Canada and is operated by the ARCTIC BORDERLANDS ECOLOGICAL KNOWLEDGE SOCIETY". Im linken Frame ("departments") werden Verweise nach Events & Conferences, Societies and Boards, Reports und vieles mehr angeboten. Besonders nützlich erscheint dabei der Verweis zu Links. Auf der Mainpage werden Links zu besonders interessanten Projekten vorgestellt: Arctic Borderlands Ecological Knowledge Co-op, Sustainability of Arctic Communities, Northern Climate Exchange, Wolf Creek Research Basin erscheinen darunter besonders lesenswert.

Literatur:

http://www.sysbot.gu.se...latnja/publications.html   (Ausführliche Literaturliste)

Breckle, Heinrich, S. Breckle (1986): Ökologie der Erde. Bd. 3: Spezielle Ökologie der gemäßigten und arktischen Zonen Euro-Nordasiens. Gustav Fischer Verlag Stuttgart. S. 94 - 124, 491 - 527

Breckle, Heinrich, S. Breckle (1991): Ökologie der Erde. Bd. 4: Spezielle Ökologie der gemäßigten und arktischen Zonen außerhalb Euro-Nordasiens. Gustav Fischer Verlag Stuttgart. S. 485 - 511

NiU-B 29 (1981) Nr. 9 - ausgearbeitete Unterrichtseinheit über das Thema Überwintern von Pflanzen für die Jahrgangsstufe 6, von H. Weber.

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