Besiedelbare Höhlensysteme

Der Ophel ist als neues Biom im Gespräch:

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Der Ophel ist der Auffassung einiger Biospeläologen zufolge ein weltumspannendes unterirdisches Biom, das sich durch ein großes und bisher unerkanntes Maß an Biodiversität auszeichnet und überwiegend auf der von chemoautotrophen Bakterien gewonnenen Energie basiert. Die Theorie wurde erstmals 2007 von dem israelischen Zoologen Francis Dov Por formuliert, Anlass war die Entdeckung der Ajalon-Höhle in Israel, in der eine Reihe endemischer und von der Außenwelt isoliert lebender Tierarten vorgefunden wurde.

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Bis vor wenigen Jahren galt als sicher, dass unterirdische Biosysteme stets durch an der Erdoberfläche photosynthetisch erzeugte und vertikal zugeführte Biomasse unterhalten werden. Nach der Entdeckung von Ökosystemen in der Tiefsee, in der Umgebung der Schwarzen Raucher, Cold Seeps und am Grund des Schwarzen Meeres, war die Existenz zumindest teilweise auf Chemoautotrophie basierender Lebensgemeinschaften erwiesen. Dazu kamen Untersuchungen in abgeschlossenen Höhlensystemen, wie der Höhle von Movile.[

Gut finde ich die vorgeschlagene Dreiteilung:

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Schließlich entwarf Por, ebenfalls angeregt durch die Entdeckung der Ajalon-Höhle, das Bild von drei globalen einander überlappenden Biosphären: der chemoautotrophen Bakteriosphäre tief in der Erdkruste, die weder Licht noch Sauerstoff benötigt, der Deuterobiosphäre, die auf bakterieller Chemosynthese und einem geringen Eintrag oberirdischen Sauerstoffs gründet und den Ophel mit umfasst, und der auf Photosynthese basierenden oberirdischen Eubiosphäre.

Ob man gleich von 3 verschiedenen Biosphären sprechen muss, oder ob eine Dreiteilung der Biosphäre schon ausreichen würde ist ein anderes Thema.
Aber die Dreiteilung erlaubt es die Höhlen um die es in diesen Thread geht zu verorten, und zwar in der Deuterobiosphäre. Denn die Biomasse wird mittels Chemoautotrophie gebildet. Der Sauerstoff kommt aber von der Oberfläche.

Pflanzen sind für das Überleben von Menschen in Höhlen nicht notwendig, möglich sind sie aber. Mykoheterotrophe Planzen erhalten ihre Biomasse indem sie Pilzen parasitieren. Meist befinden sich diese Pilze mit anderen Pflanzen in symbiotischen Beziehungen und werden so durch die parasitären Pflanzen der Biomasse beraubt die sie von anderen Pflanzen erhalten haben. Es kommt aber auch vor das Pilze parasitiert werden die Abfälle oder Pflanzenreste abbauen.

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Most myco-heterotrophs can therefore be seen as ultimately being epiparasites, since they take energy from fungi that in turn get their energy from vascular plants. Indeed, much myco-heterotrophy takes place in the context of common mycorrhizal networks, in which plants use mycorrhizal fungi to exchange carbon and nutrients with other plants. In these systems, myco-heterotrophs play the role of "mycorrhizal cheaters", taking carbon from the common network, with no known reward.

In congruence with older reports, it has been recently shown that some myco-heterotrophic orchids can be supported by saprotrophic fungi, exploiting litter- or wood-decaying fungi.

Pilze die Biomasse auf den letztgenannten Weg bilden ähneln Pilzen die Chemoautrophie betreiben. In einen Höhlensystem würde es natürlich nicht aussreichen wenn die Pflanzen auf Chemautotrophe Mikroorganismen parasitieren würden, weil diese sich sonst den Parasiten entziehen würden. Es müsste also eine Symbiose vorliegen. Die könnte zum Beispiel so aussehen das die Lebenbedingungen der Mikroogranismen als Endophyten besser als in einem Biofilm wären.

Bei Peschtschera hatte ich mit Orchideen bereits mykoheterotrophe Planzen verwendet. Für Bäume in Höhlen sind andere Pflanzenfamilien, bei denen es sowohl mykoheterotrophe als auch Bäume gibt besser geeignet (Orchideenbäume sind keine Bäume). In der Familie der Heidekrautgewächse gibt es die namengebenden Heidekräuter, Heidelbeeren, Erdbeerbäume und die folgenden mykoheterotrophen Planzen:

Pleuricospora fimbriolata (wiki)
Monotropastrum (wiki)
Hemitomes congestum google bing (wiki)
Allotropa virgata (wiki)
Monotropsis (wiki)
Sarcodes sanguinea (wiki)

Parasitaxus ist ein parasitischer Strauch/kleiner Baum auf Neukaledonien. Beim deutschen Artikel findet man noch keinen Hinweis auf Mykoheterotrophie beim englischen dann schon.

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It is generally mentioned that Parasitaxus usta is the only known parasitic gymnosperm. The species remarkably lacks roots and is always found attached to the roots of Falcatifolium taxoides (another member of the Podocarpaceae). However, the question is still left open, as the plant is in any case not a haustorial parasite, which is usually the case with angiosperms. Certain experts therefore consider the plant as a myco-heterotroph.

Noch mehr Links zum Parasitaxus (mit Bildern):

http://www.projectnoah.org/spottings/7294558/fullscreen
http://threatenedconifers.rbge…/details/parasitaxus-usta
http://www.parasiticplants.siu.edu/parasitaxus.html

Albinomammutbäume sind parasitäre Mammutbäume die bis zu 20 Meter hoch werden.

Rhizanthella ist eine Gattung unterirdischer Orchideen bei denen nur die Blüte manchmal die Erdoberfläche aufbricht.

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Rhizanthella ist eine Gattung aus der Familie der Orchideen. Die drei bekannten Arten der Gattung sind in Australien beheimatet und leben als einzige Orchideen vollständig unterirdisch.

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Merkmale

Alle Arten der Gattung sind blatt- und wurzellose, unterirdische Pflanzen. Sie haben die Photosynthese vollständig aufgegeben und bilden dementsprechend kein Chlorophyll mehr, stattdessen leben sie myko-heterotroph. Als sogenannte mykoheterotrophe Pflanze ernährt sich Rhizanthella gardneri dabei von arbuskulären Mykorrhizapilzen, die wiederum in einer Symbiose mit umliegenden Pflanzen leben.

Das 5 bis 15 Millimeter dicke und 3 bis 15 Zentimeter lange Rhizom der Pflanzen ist schwach verzweigt, weiß und fleischig. In regelmäßigen Abständen wächst aus dem Rhizom bis unmittelbar unter die Erdoberfläche ein sogenanntes Capitulum, ein aufrechter Blütenkopf mit einem Durchmesser von 15 bis 25 Millimetern, der von fleischigen Hochblättern eingefasst ist, deren Spitzen gelegentlich die Erdoberfläche durchbrechen. Die zwischen 8 und 90 kurzen, röhrenförmigen Einzelblüten sind spiralförmig im oben abgeflachten Capitulum arrangiert und von rotbrauner, rötlicher oder dunkelvioletter Farbe. Als Bestäuber dienen vermutlich kleine Fliegen.

Auch nach der Blüte verlängert sich der Stängel nicht und die Samen reifen unterirdisch. Die Verbreitung der Samen geschieht vermutlich durch Beutelsäuger, die die fleischigen Samenkapseln fressen und die Samen mit dem Kot wieder ausscheiden.

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Mehr zu dem Thema: Liste von mykoheterotrophen Pflanzengattungen

Noch mehr zu dem Thema:
https://en.wikipedia.org/wiki/Category:Parasitic_plants

https://en.wikipedia.org/wiki/Hydnora_africana

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H. africana produces a fruit that grows underground, taking up to two years to ripen fully. The fruit is similar in taste and texture to a potato. Among other uses, it is used for tanning and preserving fishnets, because it is an astringent.[3] Each fruit produces about twenty thousand seeds. The fruit may be up to about eight centimeters in diameter.[5] Animals using the fruit as a source of food include, but are not limited to, birds, smaller animals, jackals, porcupines, and moles.

https://en.wikipedia.org/wiki/Hydnora_triceps

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The fruits can weigh anywhere from 225 to 275 g, and are 3 to 10 cm (1.2 to 3.9 in) in diameter. They taste and smell faintly of coconut, with a texture (when ripe) like a mealy apple. The fruit, technically a berry, may split at maturity. Sometimes, however, the mammals simply create a hole themselves and eat the pulp. It is not known exactly which mammals eat the fruit, or what attracts them.

Wie von mir schon erwähnt ist eine der Möglichkeit der Sauerstoffversorgung eines Höhlensystems, das dieser gelöst in Wasser in die Höhlen gelangt. Mit diesem Post beschreibe ich es genauer.

Im Gedankenexperiment dazu, geht es darum wieviel Sauerstoff ein noch unbekannter hypothetischer unterirdischer Abfluss des Baikalsees einem Höhlensystem bereitstellen könnte. Beim Durchrechnen gehe ich davon aus das die Abflussmenge bei 10% des Abflusses über die Angara liegt, obwohl eine solche Menge sicherlich schon längst aufgefallen wäre. Ziel soll es sein die Größenordnungen deutlich zu machen.

Grundlegendes zur Sauerstoffsättigung in Wasser

Aus dieser Sauerstoffgehalt-Wasser-Tabelle entnehme ich das der Sauerstoffgehalt bei Normaldruck und 30°C bei maximal 7,5 mg/L liegt.

Der Sauerstoffgehalt im Baikalsee schwankt von Jahr zu Jahr und auch innerhalb des Jahres. Ich nehme 11 mg/L für die Berechnung.

Über die Angara fließen 2071 m³/s Wasser aus dem See. Davon nehme ich für die Überschlagsrechnung knapp 10% also 200 m³/s
Ein Tag hat 24 Stunden die jeweils aus 60 Minuten zu 60 Sekunden bestehen. Die Gesamtwassermenge wäre also 24 * 60 * 60s * 200 m³/s = 17280000 m³

In meinem Gedankenexperiment wird das Wasser in dem Höhlensystem auf 30°C erwärmt und gibt dabei den Sauerstoff der über der Sauerstoffsättigung bei dieser Temperatur liegt ab. Es werden also pro Liter 11 mg/L - 7,5 mg/L = 3,5 mg/L = 3,5 g/m³ abgegeben.
Die freiwerdende Sauerstoffmenge ist 3,5 g/m³ * 17280000 m³ = 60480000 g = 60480 kg.

Der Sauerstoffverbrauch eines Menschen pro Tag hängt natürlich von vielen Faktoren ab, als Durchschnittswert könnte man 1 kg nehmen. 60480 kg Sauerstoff bedeuten aber nicht das 60480 Menschen in einen solchem Höhlensystem leben könnten, jedenfalls nicht wenn das Höhlenökosystem selbst auf diesem Sauerstoff basiert. Optimistisch wäre es wenn unter 1% von Menschen verbraucht wird, was schon ein, auf die Versorgung von Menschen bezogen, sehr effizientes Ökosystem voraussetzen würde. Damit wäre im Rahmen des Gedankenexperiments ein unterirdisches Dorf möglich, aber keine langfristig stabile unterirdische Menschenpopulation.

Es sind natürlich Abwandlungen des Szenarios möglich so zum Beispiel durch Kreislaufprozesse bei denen das Wasser zwischen dem Höhlensystem und einem See oder gar dem Meer zirkuliert. So zum Beispiel warum der Yssykköl im Winter nicht zufriert.

Quote from wikipedia

Der Yssykköl gefriert trotz einer Lufttemperatur von bis zu −20 °C im Winter nie. Dies liegt vermutlich daran, dass die rasche Mischung zwischen Oberflächenwasser und Tiefenwasser (mit einer Temperatur von > 4 °C) im Winter eine Auskühlung der Oberfläche bis zum Gefrierpunkt verhindert.^[3] Zudem wird die Temperatur der maximalen Dichte des Wassers aufgrund dessen Salzgehalts (ca. 6 g/kg) von 4 °C (Süßwasser) auf ≈ 2,6 °C verringert, was die Auskühlung des Wasserkörpers und somit das Zufrieren erschwert.^[3] Als weitere Gründe für das Fehlen einer Eisdecke im Winter werden häufig auch die große Tiefe oder das Auftreten warmer Quellen am Seegrund angeführt; allerdings sind diese Voraussetzungen auch in anderen Seen erfüllt, die im Winter dennoch zufrieren (z. B. Baikalsee).

Auch Szenarien bei dem Grundwasser den Sauerstoff liefert sind denkbar. Wobei Grundwasser was den Sauerstoff betrifft eher wenig ergiebig ist: Sauerstoffgehalt im Grundwasser

Im nächsten Post wird Luftaustausch zwischen Höhlen und der Atmosphäre das Thema sein.

Sauerstoff gelangt durch Höhlenatem in die Höhlen

Höhlenatem ist die Luftbewegung die aufgrund von Druckunterschieden zwischen dem Luftdruck an der Oberfläche und dem Luftvolumen in der Höhle zustandekommt.
Als Beispiel die danach benannte Drachenhauchloch-Höhle:

Quote from wikipedia

Dragon's Breath Cave is a cave located 46 kilometres (29 mi) northwest of Grootfontein in the Otjozondjupa Region of Namibia. It was discovered in 1986 and is named for the moist air rising from its entrance.

Vorteil bei dieser Herkunft des Sauerstoffs sind die großen Mengen die so in die Höhlen gelangen können. Nachteil ist das die Existenz eines Höhlensystems so schwieriger unentdeckt bleibt.