natura - Klett
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NATURA 2 Biologie für Gymnasien bearbeitet von Irmtraud Beyer Hessen | G8 für die Jahrgangsstufe 7 Lösungen Ernst Klett Verlag Stuttgart • Leipzig Methoden Schülerbuch Seite 9 Prüfe, welche Veränderung sich einstellt, wenn Iod-Kaliumiodid-Lösung auf Stärkepulver gegeben wird. — Iod-Kaliumiodid-Lösung ist bräunlich. Tropft man sie auf Stärkepulver, so entsteht eine blauschwarze Verfärbung. Kontrolliere, ob sich bei der Vermischung von Iod-Kaliumiodid-Lösung mit Zucker oder Kochsalz auch Veränderungen einstellen. — Die Vermischung von Iod-Kaliumiodid-Lösung mit Zucker oder Kochsalz führt zu keinem Farbumschlag. Welche Früchte enthalten Stärke? a) Kläre diese Frage für Schlehe, Hagebutte, Roten Holunder und Schwarzen Holunder und andere Heckenfrüchte. Fertige dazu ein Protokoll an. — Protokoll zur Untersuchung verschiedener Früchte. b) Ist die Anwendung der Iod-KaliumiodidLösung für alle Früchte eine geeignete Methode? Begründe. — Früchte, deren Fruchtfleisch dunkel ist, wie beispielsweise beim Schwarzen Holunder, sind dafür ungeeignet. Sie lassen nicht erkennen, ob eine Verfärbung auftritt. Hier versagt die Nachweismethode. Schülerbuch Seite 11 Gehe in eine Bücherei und untersuche, wie sie organisiert ist. Welche Sachgruppen gibt es? Wie sind sie untergliedert? Welche Signatur tragen die Regale, welche die darin befindlichen Bücher? — Viele öffentliche Bibliotheken sind gleich organisiert. Die Allgemeine Systematik ist in Sachgruppen gegliedert, die mit Großbuchstaben von A bis Z gekennzeichnet sind; nicht verwendet sind die Buchstaben I und J. Die Sachgruppe A ist Allgemeines. Hier sind die Nachschlagewerke zu finden. Weitere, für biologische Recherchen wichtige Sachgruppen sind U (Naturwissenschaften), V (Medizin) und W (Technik). Die Kennbuchstaben sind an den Regalen an auffälliger Stelle gut sichtbar und groß angeschrieben. Innerhalb einer Sachgruppe gibt es eine mehrstufige Untergliederung, die mit Kleinbuchstaben beginnt und schließlich Ziffern erhält. Diese Untergliederungen stehen an den einzelnen Regalbrettern. Es bedeutet in den Naturwissenschaften Ua Allgemeines, Ub Astronomie, Uc Physik, Ud Chemie, Ue Geowissenschaften und Uf Biologie, Ug Botanik, Uh Zoologie und Uk Humanbiologie. Insekten sind beispielsweise unter Uhn 11, Säugetiere unter Uhn 24 zu finden. Die Bücher tragen als Signatur die Kategorie, unter der sie eingruppiert sind, ergänzt um eine Abkürzung des Autors oder der Buchreihe. Für Natura findet man „Nat“. 2 Methoden Kläre durch Recherchieren: a) Welche der abgebildeten Pflanzen sind essbar und wohlschmeckend? Suche nach einem Rezept für die Zubereitung. — Die Früchte der Schlehe sind roh essbar, allerdings nur bei Vollreife, denn sie sind sauer und enthalten auch Gerbstoffe. Die Hagebutte ist zwar nicht giftig, doch roh kaum genießbar. Die fleischigen Teile der Sammelfrucht eignen für die Zubereitung von Marmelade, aus den hartschaligen Nussfrüchten kann man Tee herstellen. Rezept: Schlehensirup. Er eignet sich beispielweise als Fruchtsauce zu Pudding. Zutaten: 0,5 kg Schlehen, 120 g Äpfel geschält und entkernt, 7 Vanillestange, 450 g Zucker, 1,5 dl Wasser, 7 Teelöffel Anis (falls gewünscht). Zubereitung: Die Schlehen werden in eine tiefe Schüssel geben, mit Wasser bedeckt und bleiben über Nacht kühl stehen. Dann abgießen und zusammen mit den weiteren Zutaten aufkochen. Nun für 30 Minuten ziehen lassen und dabei zugedeckt halten. Das Aufgekochte zerdrücken, das Mus in ein Tuch geben und etwa acht Stunden durchlaufen lassen. Den aufgefangenen Sirup kurz aufkochen, in vorgewärmte Flasche abfüllen und gleich verschließen. b) Welche der abgebildeten Pflanzen sind giftig? — Schwarzer Holunder (schwach giftig): Das Essen roher Früchte kann zu Erbrechen und Durchfall führen. Die Früchte enthalten ein Blausäureglykosid (Sambunigrin). Blausäureglykoside können unter Enzym- oder Säureeinwirkung (Magen) Cyanwasserstoff abgeben. Schneeball (giftig): Rinder und Blätter der Pflanze sind giftig. Nach neueren Angaben sind die Beeren nur wenig giftig. Sie führen zu Erbrechen und Durchfall, wenn sie in größeren Mengen oder unreif verzehrt werden. c) Welche Menge an Tollkirschen sind für Menschen tödlich? Wie muss man sich bei Vergiftung verhalten? Suche die Telefonnummer einer Giftnotrufzentrale. — Alle Pflanzenteile sind giftig. Bei Kindern gilt der Verzehr von 3 — 4 Beeren tödlich, bei Erwachsenen 6 —12. Die Angaben sind stark schwankend. Für Hessen und Rheinland-Pfalz ist die Giftnotrufzentrale in Mainz, Telefon: 06131 1924 0; 06131 232466 In Haushalten mit kleinen Kindern sollte diese Nummer neben dem Telefon kleben. d) Sind die Tollkirschen auch für Tiere giftig? — Bei manchen Tieren, insbesondere bei Vögeln, ist das Gift der Tollkirsche nicht so wirksam wie beim Menschen. e) Aus welchen Pflanzen lassen sich Medikamente gewinnen? Bei welchen Beschwerden werden sie angewendet? — Hagebutte: Aus den hartschaligen Nussfrüchten der Hagebutte kann man Tee herstellen, der bei der Behandlung von Nieren- und Blasenleiden eingesetzt wird. Der Schwarze Holunder wird in der Homöopathie bei Schnupfen, insbesondere bei Säuglingen und Kleinkindern, sowie bei Gelenkrheumatismus angewendet. Weiterhin wird er in Tablettenform als schweißtreibendes Mittel eingesetzt. Die Schlehe wird in der Homöopathie bei leichter Herzinsuffizienz, Ödemneigung und Ciliarneuralgie angewendet. f) Nenne weitere Heckensträucher und Eigenschaften ihrer Früchte. — Einige weitere Beispiele für Heckenfrüchte: Pfaffenhütchen: Die Frucht ist eine rote, hängende, vierlappige Kapsel, die sich fachspaltig öffnet. Die Form erinnert an eine Bischofsmütze. Wurzel Rinde, Blätter und Samen enthalten verschiedene Giftstoffe, die auch herzwirksam sind. Eingriffliger Weißdorn: Die rundlich bis elliptische, leuchtend dunkelrote Frucht ist 8 —10 Millimeter groß und enthält einen Steinkern. Liguster: Die rundlichen, glänzend schwarzvioletten Steinfrüchte sind 5 —10 mm groß. Der Verzehr dieser im Volksmund „Ligusterbeeren“ genannten Früchte verursacht Unwohlsein mit Bauchschmerzen, Erbrechen und Durchfall. Die Pflanze enthält verschiedene Giftstoffe; in reifen Früchten sind zu ca. 9 % Secoiridoid-Glucoside enthalten. Mehlbeere: Die rundlich bis kugeligen, orangefarbenen bis korallenroten Früchte sind 10 —13 Millimeter lang. Sie enthalten Apfel- und Zitronensäure und wurden früher zu Mus verarbeitet, gedörrt oder in Brot eingebacken. Die Zelle Schülerbuch Seite 16 Vergleiche den Aufbau deines Schulmikroskops mit Abb. 1. Beschreibe in einer Tabelle die Funktion der Bauteile. — Anm.: In der Regel wird das Schulmikroskop der Abbildung entsprechen. Die Tabelle kann die Stichworte erfassen. Abweichende Bauteile können ergänzt oder markiert werden. Bestandteil Funktion Tubus trägt Okular Objektivrevolver drehbar, trägt Objektive Objektive unterschiedliche Vergrößerung Objekttisch Objektträger wird darauf abgelegt Kondensor und Blende erzeugen kontrastreiches Bild Okular Linse, vergrößert wie eine Lupe Stativ trägt alle Teile Grob- und Feintrieb aufsuchen der Bildebene, scharf stellen des Bildes Lampe Beleuchtung Beleuchtungsregler Verändert Lichtintensität Lege ein Stück bedrucktes Zeitungspapier auf den Objekttisch. Schiebe das Papier nach links und rechts, oben und unten. Was beobachtest du? — Die Buchstaben des Zeitungstextes stehen auf dem Kopf. Schiebt man das Papier nach links, wandert das Bild nach rechts. Das Mikroskop erzeugt also ein vergrößertes, auf dem Kopf stehendes und seitenverkehrtes Bild. Untersuche das Papier auch mit Lupe und Stereolupe (Binokular) in gleicher Weise. Vergleiche deine Beobachtungen. — Lupe und Binokular vergrößern ebenfalls, erzeugen aber seitenrichtige Bilder. Schülerbuch Seite 17 Zu allen Aufgaben gibt es individuelle Lösungen. Schülerbuch Seite 23 Sortiere die im Text beschriebenen Einzeller nach ihrer Größe. — Amöbe 0,5 mm Pantoffeltierchen 0,1 mm Chlamydomonas 0,015 mm Chlorella 0,01 mm Essigsäurebakterien ca. 0,003 mm (bestimmt mit Foto und angegebenem Abbildungsmaßstab) Zelle 3 Welche Merkmale kennzeichnen das Pantoffeltierchen als Lebewesen? — Kennzeichen des Lebendigen: Reizbarkeit, Stoffwechsel, Vermehrung (Fortpflanzung), benötigt Wasser. (Weitere Kennzeichen: Aufbau aus Zellen, Fortbewegung aus eigener Kraft.) Untersuche Tümpelwasser, ob es Algen enthält. Wie kannst du ohne Mikroskop eine Schnellprobe durchführen? Erkläre. — Schnellprobe: Hält man eine Probe Tümpelwasser gegen das Licht und zeigt es einen grünlichen Schimmer, so enthält es Algen. Stelle Unterschiede zwischen den tierischen Einzellern, Algen und Bakterien in einer Tabelle zusammen — Anm.: Die Angaben zu den tierischen Einzellern beziehen sich nur auf das Pantoffeltierchen und die Amöbe. Amöbe, Pantoffeltierchen Algen Bakterien besitzen Zellkern besitzen Zellkern besitzen keinen Zellkern bilden keine Innenbilden Nahrungsva- Nahrungsva- struktur kuolen kuolen nur im EM (Elektronenmikroskop) sichtbar besitzen keine Chloroplasten besitzen Chloroplasten s. o. besitzen pulsierende Vakuolen besitzen keine pulsierende Vakuolen s. o. besitzen Wimpern oder bilden Scheinfüßchen besitzen Zellwand und z. T. Geißeln s. o., unterschiedliche Formen Schülerbuch Seite 24 Zu allen Aufgaben gibt es individuelle Lösungen. — Anm.: Auf S. 26 des Schulbuches ist unter dem Thema „Langfristige Beobachtungen“ die Sukzession im Heuaufguss dargestellt. Schülerbuch Seite 27 Die dargestellte Veränderung im Heuaufguss zeigt zahlreiche Kurven. Beschreibe die Darstellung. — Die verschiedenen Arten treten zu unterschiedlichen Zeiten in besonders hoher Anzahl auf. Einzelne Arten können vollständig verdrängt werden. Die Bakterien treten anfangs in hoher Anzahl auf und sind die Nahrungsgrundlage für die kleineren Wimperund Geißeltierchen, später kommen auch größere Organismen vor. 4 Zelle Wie sind die Wissenschaftler vorgegangen, um diese Darstellung zu den Veränderungen im Heuaufguss zu erhalten? Überlege dazu: Was muss täglich festgestellt werden? Welche weiteren Informationen waren dazu nötig? — Pro Tag mussten die Organismen bestimmt werden (d. h. welche Einzeller befinden sich überhaupt im Aufguss) und jeweils in einer festgelegten Wassermenge die Anzahl je Art. Dazu ist eine genaue Kenntnis der Arten notwendig. Benötigte weitere Informationen sind einerseits die Kulturbedingungen (z. B. welche Temperatur muss man einhalten), anderseits aber auch Kenntnisse über RäuberBeute-Wechselwirkungen, die die Schwankungen der Populationsdichten erklären. Bei der Beobachtung der Rosskastanie im Jahresverlauf zeigen sich manchmal ungewöhnliche Veränderungen: Die Blätter werden braun und fallen ab, obwohl es erst Sommer ist. Wie könnte man das Phänomen weiter untersuchen? — Durch eine genaue Untersuchung der Blätter könnte sich z. B. zeigen, dass die Larven und Puppen der Kastanien-Miniermotte (Cameraria ohridella) zum Blattabfall geführt haben. Gesunde Blätter zeigen im Gegenlicht keine Fraßgänge der Entwicklungsstadien dieses Schmetterlings. Der Schulversuch simuliert eine Gewässerveränderung, die auch unter natürlichen Bedingungen vorkommen kann. Überlege, welche Faktoren du durch das Einbringen des Fischfutters und der Hefe veränderst und welchen Vorgängen das in einem Teich oder See entspricht. Bedenke auch, welche Faktoren mit dem jeweiligen Tier- und Pflanzenbesatz simuliert werden. Fasse deine Beobachtungsergebnisse und diese Überlegungen zu einem Gesamtergebnis zusammen. — In Becken 1 (nur Pflanzen) wird sich durch die Hefe eine Eintrübung ergeben und das Fischfutter als Bodensatz ablagern. Besteht die Gelegenheit, den Sauerstoffgehalt festzustellen, wird sich hier eine hohe Konzentration ergeben. In Becken 2 (Pflanzen, einige Wasserflöhe) wird die Hefetrübung sehr gering sein (Nahrung der Wasserflöhe), Fischfutter und tote Wasserflöhe liegen am Boden und die Sauerstoffkonzentration ist noch ausreichend (abhängig von der Zahl der Wasserflöhe). In Becken 3 gibt es keine Hefetrübung und kaum Sauerstoff, Schneckenkot und Wasserflohreste liegen am Boden. In Becken 4 ergibt sich nach einiger Zeit eine leichte Hefetrübung, der Sauerstoffgehalt ist sehr gering, die Wasserflöhe sind verschwunden und der Kot von Schnecken und Fischen liegt am Boden. Mit dem Versuch werden einerseits die Nahrungsbeziehungen in einem See simuliert, andererseits aber auch die Folgen einer Eutrophierung (hier künstliche Nährstoffanreicherung) und eines zu dichten Besatzes. Schülerbuch Seite 29 Auf jeder Organisationsebene ist eine enge Beziehung zwischen dem Aufbau und der Funktion zu erkennen. Erkläre den Zusammenhang an ausgewählten Beispielen. Siehe dazu auch c S. 172 und c S. 176. — In allen Fällen ergibt sich durch den engen Zusammenhang zwischen Struktur und Funktion ein Hinweis auf die Angepasstheit. Folgende Beispiele könnten gewählt werden: — Ebene der Organelle: Chloroplasten sind in Bau und Funktion auf große Fotosyntheseleistung abgestimmt. — Ebene der Zellen: alle Pflanzenzellen besitzen eine starre Zellwand (ähnlich dem Außenskelett der Wirbellosen). — Ebene der Gewebe: spezielle Epidermisbereiche wie die Brennhaare schützen die Pflanzen vor Tierfraß; andere Epidermisbereiche zeigen besondere Strukturen, um die Wasserverdunstung einzuschränken. — Ebene der Organe: die Organe sind an spezielle Aufgaben angepasst; so betreibt z. B. das Blatt Fotosynthese und besitzt dafür Chlorophyll oder die Wurzel verankert die Pflanze und besitzt dafür eine verzeigte und verfestigende Struktur. — Ebene der Organismen: Pflanzen, wie z. B. die Kakteen, sind durch verschiedene Strukturen (Reduzierung der Blattfläche, mögliche Wasserspeicherung als Stamm- oder Blattsukkulenz, Dornen) an trockene Standorte angepasst. Der Lebenszyklus einer Blütenpflanze Schülerbuch Seite 37 Ziehe einen Bohnenkeimling heran (vergleiche dazu auch das Praktikum auf Seite 38). Zeichne die Keimblätter und eines der Folgeblätter. Beschreibe deren Form und nenne Unterschiede. — Die Keimblätter sind gelbgrün, zunächst dick, später schrumpfend und welk; sie fallen bald ab. Die Blätter des ersten Blattpaares (Primärblätter) sind herzförmig und besitzen eine einfache Blattspreite. Alle weiteren Blätter sind dreizähnig gefiedert. Vergleiche die Bohnenpflanze mit einer anderen dir bekannten Blütenpflanze (z. B. Klatschmohn, Weizenpflanze). Worin unterscheiden sich Wurzel, Spross und Blätter? — Stangenbohnen besitzen im Unterschied zu Klatschmohn oder Ackersenf keinen starren, hohen Stängel, sondern ranken sich an Stützen empor. Im Unterschied zur Weizenpflanze haben die Blätter keine parallel verlaufenden Blattadern. Stattdessen verzweigen sich die Blattadern zu Netzen. Bohne, Klatschmohn und Ackersenf besitzen einen durchgehenden Spross, während der Halm der Weizenpflanze in bestimmten Abständen Knoten bildet. Untersuche einige Samen, zum Beispiel Erbse, Apfelkern oder Haselnuss, und Getreidekörner, beispielsweise von Roggen, Mais oder Gerste. Gleichen sie eher den Bohnensamen oder einem Weizenkorn? — Die Samen von Apfel, Erbse und Haselnuss zerfallen in zwei Hälften und ähneln damit den Samen der Bohne. Diese vier Pflanzen werden daher zu den zweikeimblättrigen Pflanzen gezählt. Getreidekörner lassen sich nicht in zwei symmetrische Hälften zerlegen. Sie gehören zu den einkeimblättrigen Pflanzen. Lege einige dieser Samen und Getreidekörner ein paar Tage in feuchte Watte. Vergleiche dann die sich entwickelnden Keimlinge täglich unter der Lupe und versuche sie zu zeichnen. — Der wesentliche Unterschied liegt in der Anzahl der Keimblätter (zwei bzw. eines). Schülerbuch Seite 38 Wiege 100 Gramm trockene Erbsen oder Bohnen ab und schütte sie in ein Becherglas mit reichlich Wasser. Trockne die Samen nach 24 Stunden gut mit Küchenpapier ab. Stelle erneut das Gewicht fest und vergleiche. — Das Gewicht der Erbsensamen dürfte sich etwa verdoppeln. Miss die Länge eines trockenen Bohnensamens. Lege ihn über Nacht in Wasser und miss erneut. Was stellst du fest? — Beispiel: Bohnensamen mit 1,5 cm Länge quellen zu einer Länge von 2,1 cm. Entspre- Lebenszyklus Blütenpflanze 5 — — chend werden sich Bohnensamen anderer Länge auf etwa das 1,4-Fache verlängern. Lege in einem Glasgefäß auf trockene Erbsen eine Platte mit einem Gewicht. Markiere die Lage der Platte. Übergieße alles mit Wasser und kontrolliere am nächsten Tag. Durch Quellung der Erbsensamen werden Platte und Gewicht auf etwa die doppelte Höhe angehoben. Rühre in zwei Jogurtbechern jeweils bis zur Hälfte Gips an. Stecke bei einem Becher sechs Bohnensamen in den Gips und gieße den Inhalt des zweiten Bechers darüber. Lege den Gipsblock, nachdem er ausgehärtet ist, für zwei Tage in eine wassergefüllte Petrischale. Was bedeutet das Ergebnis für die Samen im Boden? Die Bohnensamen nehmen Wasser auf, quellen dabei und sprengen den Gipsblock (Vergleiche: Keimende Pflanzen sprengen sogar Straßenasphalt). Samen, die im Boden liegen, verdrängen und lockern so das Erdreich in der Umgebung. Das erleichtert das erste Wachstum des Keimlings. Bei diesem Experiment sollte schnell abbindender Gips verwendet werden, da sonst die Bohnensamen schon während des Aushärtens Wasser aufnehmen und den Block zum Platzen bringen. Aber auch dieses Ergebnis ließe sich im Sinne der Aufgabenstellung auswerten. Benutze für die Versuche Samen der Feuerbohne und der Gartenbohne. Beschreibe das Aussehen der jeweiligen Keimpflanzen und vergleiche die Keimblätter. — Bei der Feuerbohne bleiben die Keimblätter unterhalb der Erdoberfläche innerhalb der Samenschale (hypogäische Keimung). Bei der Gartenbohne werden sie aus der Erde geschoben und ergrünen (epigäische Keimung). Lege 10 ungequollene und 10 gequollene Samen für eine Woche in den Kühlschrank. Untersuche danach die Keimfähigkeit. Was bedeutet das Ergebnis für die natürlichen Verhältnisse? — Die gequollenen Samen haben im Kühlschrank ihre Keimfähgikeit verloren; trockene, ungequollene Samen können dagegen noch normal keimen. In der Natur bedeutet das, dass in unseren Breiten mit ihren frostreichen Wintern nur solche Samen überdauern, die sich in Trockenstarre befinden. (Eine Alternative dazu ist, dass die Samen schon im Herbst keimen und die jungen Pflänzchen den Winter überstehen, wie es z. B. bei unserem Wintergetreide der Fall ist.) Schäle einen gequollenen Bohnensamen. Brich ihn in zwei Teile auseinander. Betrachte das Innere mit der Lupe und zeichne. — Siehe Abbildung im Schülerbuch Seite 196. Kratze die Oberfläche eines Bohnensamens ab. Bringe einen Tropfen Iodkaliumiodid darauf. Deute das Ergebnis. — Mit Iod-Kaliumiodid-Lösung lässt sich Stärke nachweisen. Die Violettfärbung des Samens zeigt, dass Bohnensamen stärkehaltig sind. Bringe in einem sandgefüllten Quarkbecher 10 Bohnensamen zum Keimen. Entnimm im Abstand von jeweils zwei Tagen einen Samen Tabelle zu Aufgabe 47.1 Gartenbohne Schmetterlingsblütler Sonnenblume Korbblütler Süßgräser Tulpe Kirsche Blütenaufbau Unterschiedlich geformte Blütenblätter (Flügel, Fahne, Schiffchen) bilden die Schmetterlingsblüte Blütenscheibe aus bis zu 15 000 Einzelblüten; bei den Einzelblüten sind Zungenblüten (steril, außen) und Röhrenblüten (innen) zu unterscheiden Zwei bis fünf unauffällige kleine Blüten in einem Ährchen, die selbst wieder mit oder ohne Stiel an einer Ähre festsitzen. Zweimal drei gleichartig geformte Blütenblätter (Kronblätter) umgeben sechs Staubblätter und den Stempel Fünf Kelchblätter und fünf weiße Blütenblätter umschließen zahlreiche (2030) Staubblätter und den Stempel Männliche Blütenbestandteile 10 Staubblätter, neun davon verwachsen, Pollenpumpe wenig ausgeprägt Nur in den Röhrenblüten vorhanden, reifen zuerst; fünf Staubbeutel sind zu einer Röhre verwachsen; In jeder einzelnen Blüte drei Staubblätter, leichter Pollen (Wind) Sechs Staubblätter sind in Kreisen zu je drei angeordnet Staubblätter sind mit den Staubfäden am Rand des Blütenbodens angewachsen, gelber Pollen Weibliche Blütenbestandteile Lang gestreckter Fruchtknoten aus einem Fruchtblatt, hakenförmiger aufwärts gebogener Griffel Nur in den Röhrenblüten vollständig ausgebildet, Griffel mit zwei Narbenästen entwickelt sich nach den Staubblättern In jeder einzelnen Blüte Fruchtknoten mit federförmigen Narbenästen Stempel mit dreizipfliger Narbe, länglicher Fruchtknoten entsteht aus drei Fruchtblättern, die miteinander verwachsen; in jedem der drei Fächer viele Samenanlagen Stempel mit langem Griffel und knopfförmiger, meist klebriger Narbe, kugelförmiger Fruchtknoten ist vom Blütenboden umhüllt Weitere Blütenbestandteile Kelchblätter, Blütenblätter Viele grüne Hüllblätter am Blütenstand; Einzelblüten mit Kelchblätter; Blütenblätter, z. T. Spreublätter. Vorspelze, Deckspelze, Hüllspelze zum Schutz, manche mit Grannen; Kronblätter fehlen Nur Blütenblätter, keine Kelchblätter Grüner, becherförmig gewölbter Blütenboden mit Nektarabsonderung, Kelchblätter, Blütenblätter Art der Bestäubung Regelmäßig Selbstbestäubung, seltener Fremdbestäubung durch Insekten Fremdbestäubung durch Insekten Fremdbestäubung durch den Wind Fremdbestäubung durch Insekten (Anm.: die meisten Zuchtsorten sind steril) Bestäubung meist durch Bienen, die Nektar am Blütenboden suchen Bezeichnung der Frucht bzw. des Samens In einer Hülse (= Frucht) entwickeln sich mehrere Bohnen (=Samen). Aus jeder Blüte entwickelt sich ein Sonnenblumenkern Frucht ist das Getreidekorn Dreiklappige Kapsel, aus der viele Samen freigesetzt werden Steinfrucht (Kirsche), deren Fruchtfleisch aus dem Fruchtknoten gebildet wird Anm.: Tulpe und Kirsche sind eine mögliche Ergänzung, um bekannte Sachverhalte zu wiederholen. Dazu muss weitergehende Literatur verwendet werden. 6 Lebenszyklus Blütenpflanze und zeichne die Keimlinge in natürlicher Größe. Achte genau auf Veränderungen im Aussehen von Wurzel und Spross (Lupe). — Siehe Abbildung im Schülerbuch Seite 196. und Bohnen werden in feuchtem Sand zum Keimen gebracht, bis Spross bzw. Wurzel 2 cm lang sind. Mit wasserlöslicher Tusche werden im Abstand von 1 mm Markierungsstriche angebracht. Nach vier Tagen wird kontrolliert. Die Ergebnisse sind in den unten stehenden Abbildungen dargestellt. Beschreibe deine Ergebnisse und vergleiche sie mit denen deiner Mitschüler. Führe die Versuche selbst mit Erbsen-, Kresse- oder Sonnenblumensprossen durch. Ebenso mit den Keimwurzeln bei Erbse, Eiche oder Rosskastanie. — Beschreibung: Wurzel und Stängel der Keimpflanzen sind in die Länge gewachsen. Die Tuschemarkierungen sind in die Länge gewachsen. Die Tuschemarkierungen sind durch das Wachstum zum Teil auf mehr als das Doppelte auseinander gezogen. Vergleich: Der Stängel ist in einem langen Bereich gewachsen, im oberen Abschnitt stärker als im mittleren. Nur im unteren Teil ist kein Längenwachstum zu erkennen. Die Wurzel hat im Gegensatz dazu eine sehr kurze Streckungszone (ausschließlich im Bereich der Wurzelspitze). Ziehe in vier Blumentöpfen einige Bohnenkeimlinge heran. Führe damit folgende Versuche durch: a) Über einen Topf wird eine schwarz ausgekleidete Schachtel gestülpt. b) Der zweite Topf wird mit einem Dunkelkasten wie bei Versuch a) versehen. Diesmal wird aber durch eine Hülse eine Öffnung geschaffen. Das einfallende Licht muss die Spitze der Keimlinge treffen. c) Lege den dritten Blumentopf im Licht waagerecht hin. — a) Keimlinge gelbgrün; länger als die Kontrollpflanzen („Vergeilung“). Begründung: Ohne Licht vergilben Pflanzen, da ohne Licht kein Blattgrün gebildet werden kann. Das überstarke Längenwachstum (Etiolieren) ist als „Streben nach Licht“ zu deuten (siehe auch b). b) Pflanzen im oberen Teil gekrümmt und in Richtung der Öffnung im Karton gewachsen (einseitiges Streckenwachstum). Pflanzen besitzen also die Fähigkeit, auf Licht zu reagieren. Das ist ein Hinweis auf die Notwendigkeit des Lichtes zum Gedeihen. c) Die Stängel der Keimpflanzen haben sich nach oben gekrümmt, die Wurzeln in der Erde verlaufen entgegengesetzt nach unten. Erklärung: Der Spross wendet sich dem Licht zu („Streben nach Licht“, siehe a). Bei der Untersuchung der Wurzel kommt als zweiter Faktor die Schwerkraft ins Spiel. Schülerbuch Seite 40 Eine Getreidepflanze besitzt ungefähr 10 Milliarden Wurzelhaare. Ein Wurzelhaar hat im Durchschnitt etwa die Länge von 1 Millimeter. Berechne die Gesamtlänge aller Wurzelhaare und erkläre die Bedeutung für die Pflanze. — Die Gesamtlänge beträgt 10 000 km. Aus der Gesamtlänge der Wurzelhaare kann geschlossen werden, dass die Oberfläche der Wurzel durch die Gesamtheit der Wurzelhaare stark vergrößert ist und somit eine bessere Wasseraufnahme erfolgen kann. Schülerbuch Seite 42 Stelle einen frisch geschnittenen Stängel einer hell blühenden Pflanze (Alpenveilchen, Fleißiges Lieschen) in Wasser, das du zuvor mit Tinte angefärbt hast. Welche Beobachtung kannst du schon nach wenigen Minuten machen? — Tinte „zieht“ mit dem Wasser durch die Pflanze und macht die Lage der Gefäße sichtbar. Schülerbuch Seite 47 Lege eine Tabelle an und vergleiche den Aufbau der dargestellten Blüten. Untersuche jeweils die männlichen, die weiblichen und die weiteren Bestandteile, die Art der Bestäubung und wie die Frucht bzw. der Samen genannt wird. — Siehe Tabelle S. 6 unten. Welche Aufgabe haben sterile Blüten? Betrachte auch Vor- und Nachteile, die sich für die Pflanze ergeben. — Sterile Blüten, wie die Zungenblüten der Korbblütler, locken die Insekten an. Vorteilhaft ist, dass die gesamte Blüte dadurch eher auffällt und vermehrt bestäubt wird. Da die Pflanze aber Energie und Substanzen „unnötig“ (also nicht für die Samenbildung direkt) investiert, können sich auch Nachteile daraus ergeben, wenn die gesamte Pflanze Nahrungsmangel hat. Wer „vermittelt“ die Bestäubung bei den Süßgräsern? Beachte dabei: Kronblätter fehlen, Pollen wird sehr reichlich gebildet. — Gräser werden durch Wind bestäubt (vergleiche Klagen der Pollenallergiker). Der reichlich gebildete Pollen (keine gezieltes, sondern eher zufälliges Auftreffen auf eine Narbe) und die fehlenden Kronblätter (es ist nicht notwendig, Insekten anzulocken) sowie die nicht vorhandene Nektarproduktion (es ist nicht notwendig, ein Insekt zu „belohnen“) sind Hinweise dafür. Schülerbuch Seite 49 Wiederhole anhand Abbildung 48.3, wie Blütenform und Insekt einander angepasst sind. — Blüten bilden häufig am Blütenboden zuckerhaltigen Nektar, der Insekten als Nahrung dient. Röhrenförmige Blüten (z. B. Kart- Lebenszyklus Blütenpflanze 7 — Haselstrauch Salweide — Kratzdistel — Glockenblume Eiche Löwenzahn 8 häusernelke) werden durch langrüsselige Insekten (z. B. Tagfalter) bestäubt. Hummelblüten besitzen kürzere Röhren und zeichnen sich meist durch einen guten „Landeplatz“ für diese relativ schweren Insekten aus. In Bienenblüten liegt der Nektar meist in einer nur wenig versenkten, grubenförmigen Vertiefung des Blütenbodens, erreichbar für den relativ kurzen Saugrüssel der Bienen. Fliegenblüten bieten den Nektar leicht zugänglich auf einem flachen Blütenboden an. Als weitere Anpassung kann man den Geruch der Blüten nennen, der als Lockstoff die Riechorgane der bestäubenden Insekten anspricht. Und schließlich ist die Behaarung vieler Insekten eine ideale Voraussetzung für den Pollentransport und die Bestäubung der besuchten Blüten. Den Haselstrauch bezeichnet man als einhäusig, seine Blüten als getrenntgeschlechtlich. Erkläre beide Begriffe. Einhäusig: Männliche und weibliche Organe, also Staubblätter bzw. Stempel, befinden sich auf einer Pflanze. Getrenntgeschlechtlich ist eine Pflanze mit zwei verschiedenen Sorten von Blüten, die entweder nur männliche (Staubblätter) oder nur weibliche Organe (Stempel) tragen. Besorge dir Pollen von verschiedenen Pflanzen. Mikroskopiere und zeichne einige Pollenkörper. Schreibe den Namen der Pflanze dazu. individuelle Lösung; siehe auch Randspalte Die Vielfalt der Blütenformen und die wechselseitige Angepasstheit an ihre Form der Bestäubung ist ein Beispiel für das Grundprinzip von Variabilität und Angepasstheit (c S. 184). Erkläre. Durch die erblich bedingte Variabilität zwischen den verschiedenen Arten haben während der Entstehung der unterschiedlichen Pflanzenfamilien immer neue Bestäuber Nahrung gefunden. Wechselseitige Beziehungen zwischen den Blütenmerkmalen (z. B. lange dünne Blütenröhre) und den Körpermerkmalen der Bestäuber (z. B. langer Rüssel der Schmetterlinge) waren hierfür ausschlaggebend. Stoffwechsel der Pflanzen Schülerbuch Seite 53 Erstelle eine Tabelle, in der du den Namen der Pflanze, die Art der Frucht und die Form der Ausbreitung übersichtlich darstellst. — Pflanze Frucht Verbreitung Vogelknöterich, Klebkraut Haftfrüchte Tiere, Mensch (klebende Früchte) Schneeball, Holunder, Eberesche Lockfrüchte Vögel (Samen im Kot) Buche, Eiche, Rosskastanie, Hasel Trockenfrüchte Eichhörnchen, Siebenschläfer, Eichelhäher Schöllkraut, Veilchen, Taubnessel Ameisenfrüchte (fetthaltige Anhängsel) Ameisen Labkraut, Klette Klettfrüchte (mit Widerhaken) Säugetiere (Fell), Vögel (Gefieder) Klatschmohn Körnchenflieger Wind Orchideen Staubflieger Wind Ulme, Birke Scheibenoder Flügelflieger Wind Ahorn, Hainbuche, Linde, Kiefer Schraubenflieger Wind Waldrebe Federschweifflieger Wind Weide, Pappel Schopfflieger Wind Löwenzahn Schirmflieger Wind Springkraut, Ginster, Hornklee Schleuderfrüchte Selbstverbreitung Seerose, Erle, Kokospalme Schwimmsamen Wasser Stoffwechsel der Pflanzen Schülerbuch Seite 67 Beschreibe anhand von Abb. 66.1 was PRIESTLEY beobachtete. Wie änderte sich die Zusammensetzung der Luft in den Glasglocken? — Priestley beobachtete, dass eine Kerzenflamme und eine Maus in einem abgeschlossenen Luftraum die Luft so verändern, dass die Kerze erlischt und die Maus ohnmächtig wird. Eine Pflanze verändert die Luft so, dass eine Kerze wieder brennen und die Maus wieder leben kann. Die Kerzenflamme und die Maus senken den Sauerstoffgehalt und erhöhen den Gehalt an Kohlenstoffdioxid. Die Pflanze bewirkt (bei Belichtung) das Gegenteil. Begründe, warum beim Versuch mit Kressepflanzen ein Kontrollversuch notwendig ist. — Um sicherzustellen, dass die Beobachtung durch die Natronlauge kommt, benötigt man ein Kontrollexperiment, bei dem alle Faktoren außer der Natronlauge identisch sind. Ein Unterschied kann dann nur von der Natronlauge und dem damit verbundenen Mangel an Kohlenstoffdioxid herrühren. Ohne Kontrollexperiment könnte man beispielsweise nicht ausschließen, dass die Kresse wegen des begrenzten Luftraumes unter der Glasglocke verkümmert ist. Schülerbuch Seite 68 Bemerkung zu dem Versuch von VAN HELMONT: Das Originalzitat findet sich im Lehrerband Natura 7—10, Teil A (# 045291), S. 79. Die historischen Gewichtseinheiten Pfund und Unzen werden offensichtlich unterschiedlich umgerechnet, sodass man in der Literatur immer wieder verschiedene Angaben in kg und g findet. Die Angaben im Schulbuch Natura 2 beziehen sich auf einen Artikel in der Zeitschrift „Der Biologieunterricht“ Heft 14, Stuttgart, 1978. 1648 veröffentlichte der niederländische Arzt und Chemiker VAN HELMONT in seinem Werk „Ortus medicinae“ die Ergebnisse seiner Experimente mit Pflanzen. Darin führte er Folgendes aus: „. . .ich habe ein irden Geschirr genommen, und auf die zweyhundert Pfund Erden darein gethan, die ich im Backofen lassen dürr werden. Dieselbe hab ich mit Regen-Wasser angefeuxhtet, und einen Weiden-Stamm drein gepflantzet, welcher fünf Pfund wug. Endlich aber nach fünf Jahren ist ein Baum draus worden, der hundert und neun-und-sechtzig Pfund schwer war, und ohngefehr drey Untzen. Das irdene Geschirr aber ließ ich allzeit, wenn es vonnöthe war, bloß allein mit Regenwasser, oder mit distillierten Wasser begiesse. Es war aber groß und in die Erde eingesetzet, und damit der umherfliegende Staub sich nit unter die Erde mengete, hatte ich ein eisernes verzinntes Blech, so voller Löchlein war, oben drüber schlagen lassen. Ich habe aber nicht gerechnet das Gewicht der Blätter, so in diesen vier Jahren alle Herbste davon abgefallen. Endlich hab ich die Erd aus dem Gefässe wider gedörret, und befand eben die zweyhundert Pfund wie vor etwan zwo Untzen weniger. Und waren die hundert und vier-und-sechtzig Pfund Holtz, Rinde und Wurtzeln allein und bloß aus dem Wasser hervor gewachsen.“ (aus: Oehring, B.: Der Biologieunterricht, Heft 14 (1978), H. 4, S. 15) Ein Pfund entspricht 453,6 g; eine Unze entspricht 28,3 g. Damit ergibt sich folgende Rechnung: Weide: vorher 5 Pfund = 2 268 g … 2,3 kg nachher 169 Pfund 3 Unzen = 76 743,3 g …76,7 kg Erde: vorher 200 Pfund = 90 720 g … 90,72 kg nachher 2 Unzen weniger 90 663,4 g … 90,66 kg Die meisten Zeitgenossen VAN HELMONTS glaubten, dass Pflanzen ihre Nahrung aus der Erde entnehmen. Wie konnte er diese Vorstellung widerlegen? — Die Vorstellung, dass die Nahrung aus der Erde stammt, konnte er durch genaue (quantitative) Messungen widerlegen. Das war damals keine Selbstverständlichkeit. Die Pflanzenmasse kann nicht aus der Erde stammen, da diese kaum an Masse verloren hat. In welchem Pflanzenorgan und unter welcher Bedingung findet Fotosynthese statt. Deute die Experimente von INGENHOUSZ. — Die Versuche von Ingenhousz zeigen, dass die Fotosynthese bei Licht und in den grünen Blättern stattfindet, denn wenn die Pflanze nicht belichtet oder eine Kartoffelknolle verwendet wird, brennt die Kerze nach 7 Tagen nicht. Die Versuche von SENEBIER zeigen, dass Pflanzen nicht nur Wasser aufnehmen. Welcher weitere Stoff wird für die Fotosynthese benötigt? — Die Pflanze benötigt offensichtlich Kohlenstoffdioxid, sonst hätten auch im abgekochten Wasser Gasbläschen aufsteigen müssen. Welches Gas konnte SENEBIER nachweisen? — Mit dem glimmenden Holzspan lässt sich Sauerstoff nachweisen. Stelle in einem Schema dar, welche Stoffe die Pflanze zur Fotosynthese aufnimmt und abgibt. Stelle auch dar, welche Bedingungen nötig sind. — mögliches Schema: (INGENHOUSZ) Licht Kohlenstoffdioxid + Wasser … Sauerstoff + Pflanzenmasse (HELMONT) (SENEBIER) (HELMONT) (SENEBIER) Schülerbuch Seite 69 Um nachzuweisen, dass für die Fotosynthese Licht notwendig ist, muss die Alufolie das Blatt lichtdicht, aber nicht luftdicht abschließen. Erkläre. Stoffwechsel Pflanzen 9 — Wenn das Blatt licht- und luftdicht abgeschlossen wird, gelangt kein Licht und kein Kohlenstoffdioxid in das Blatt. Wenn dann keine Stärke gebildet wird, kann nicht geklärt werden, ob Licht oder Kohlenstoffdioxid oder beides für die Stärkebildung nötig ist. Deshalb darf nur ein Parameter geändert werden. Mit Weißleim oder Vaseline lässt sich die Blattober- oder die Blattunterseite lichtdurchlässig, aber gasdicht verschließen. Welche Folgen sind für die Stärkebildung zu erwarten? — Wenn die Spaltöffnungen verschlossen sind, gelangt kein Kohlenstoffdioxid in das Blatt. Es ist zu erwarten, dass an diesen Stellen keine Fotosynthese stattfindet und damit auch keine Stärke gebildet wird. Schülerbuch Seite 70/71 Bereite die abgebildete Versuchsanordnung vor. Binde dazu einige Sprosse der Wasserpest vorsichtig zusammen. Achte darauf, dass der Trichter ganz mit Wasser gefüllt und der Hahn verschlossen ist. Belichte die Versuchsanordnung mit einem Diaprojektor. Warte einige Minuten. Beschreibe und erkläre deine Beobachtungen. — Nach einiger Zeit entwickeln sich Gasblasen, die nach oben steigen. Stelle das Glas mit der Wasserpflanze für einige Tage ans Fenster, bis sich genügend Gas unter dem Trichter angesammelt hat. Ob es sich bei dem Gas um Sauerstoff handelt, kannst du mit der Glimmspanprobe überprüfen. Öffne den Hahn und lasse das Gas in ein Reagenzglas strömen. Halte sofort einen glimmenden Span hinein. Was passiert? — Der glimmende Span entzündet sich. Lege eine Wasserpestpflanze in einen mit Wasser gefüllten Enghals-Erlenmeyerkolben. Gib einige Tropfen der farblosen Indigoblaulösung hinzu. Welche Beobachtung machst du nach wenigen Minuten? Erkläre. — Das Wasser färbt sich zunehmend blau, d. h. die Pflanze bildet Sauerstoff. Bestrahle das Blatt einer Buntnessel bei Zimmertemperatur mehrere Tage mit einer Lampe. Schneide dann dieses Blatt ab und halte die Verteilung der Blattflecken auf einem Transparentpapier fest. Führe entsprechend der nachfolgenden Abbildung den Stärkenachweis mit einer Iod-Kaliumiodid-Lösung durch. Vergleiche Blattfärbung und Zeichnung. Erkläre. — Der Stärkenachweis gelingt an den Stellen, die vormals grün waren, d. h. es ergibt sich ein Negativbild zur Zeichnung. Bedecke die Blätter der Schönmalve, die vorher mindestens 24 Stunden im Dunkeln stand, mit einem Streifen einer lichtundurchlässigen Aluminiumfolie und beleuchte dieses Blatt mindestens einen Tag bei Zimmertemperatur. Entferne dann wieder die Folie und führe den Stärkenachweis durch. Wie sieht hier das Blatt aus? 10 Stoffwechsel Pflanzen — Es ist kein Nachweis von Stärke möglich an der Stelle des Blattes, die zuvor mit der Folie abgedunkelt war. Gib eine Wasserpest in ein kleines Becherglas mit Mineralwasser. Zähle bei verschiedenen Temperaturen, wie viele Bläschen in 2 Minuten an der Stängelquerschnittsfläche aufsteigen. Kühle dazu das Mineralwasser in einem Wasserbad mit Eiswasser. — Bei niedrigen Temperaturen reduziert sich die Fotosyntheserate, d. h. die Anzahl der Sauerstoffbläschen ist geringer. Stelle eine Schönmalve mindestens 24 Stunden ins Dunkle. Dann wird die Blattoberseite mit O, die Blattunterseite mit U gekennzeichnet. Man verwendet dazu farblosen Lack oder Weißleim. Nach dem Trocknen werden die Lackhäutchen durchsichtig. Sie bilden eine lichtdurchlässige, aber gasdichte Schicht. Lass nun die Pflanze mehrere Stunden im Licht stehen. Führe anschließend den Stärkenachweis durch. Erkläre das Ergebnis. — Das Blatt zeigt überall die Stärkereaktion mit Ausnahme der Stelle, an der „U“ auf der Unterseite angebracht wurde. Hier wurde die CO2-Aufnahme durch die Spaltöffnungen verhindert, sodass keine Fotosynthese ablaufen und keine Stärke gebildet werden konnte. Stelle das Becherglas mit einer Wasserpestpflanze, deren abgeschnittenes Ende nach oben zeigt, in den Lichtkegel eines Diaprojektors. Warte ca. 5 Minuten und zähle danach die an der Schnittstelle aufsteigenden Sauerstoffbläschen pro Minute. — individuelle Lösung Bringe nun zwischen Lichtquelle und Becherglas nacheinander Transparentpapier, Zeitungspapier und Karton. Zähle dann eine Minute lang die aufsteigenden Sauerstoffbläschen. Was bedeutet das Ergebnis? — Die Anzahl der Sauerstoffbläschen nimmt mit mangelndem Lichteinfall ab, d. h. die Fotosyntheserate ist abhängig von der Lichtintensität. Führe mit frisch geschnittenen Sprossen die Versuche der unten stehenden Abbildung durch. Zähle nach kurzer Wartezeit die in dem Messzylinder aufsteigenden Bläschen 2 Minuten lang. Trage die Ergebnisse in einer Tabelle ein. Fasse die Versuchsergebnisse in einem Ergebnissatz zusammen. — In dem Versuchsansatz mit Sprudelwasser entwickeln sich die meisten Sauerstoffbläschen, da die Pflanze zur Fotosynthese neben Licht auch Kohlenstoffdioxid benötigt. In dem Versuchsansatz ohne Kohlenstoffdioxid findet keine Fotosynthese statt, d. h. es entwickeln sich keine Blasen. In dem Versuchsansatz mit Sprudel ohne Licht entwickeln sich ebenfalls keine Sauerstoffbläschen, da die Pflanze im Dunkeln keine Fotosynthese betreibt. Blase durch das lange Röhrchen deine Ausatemluft in die Waschflasche mit Kalkwasser (Vorsicht! Ätzend!) und beobachte die Veränderungen. Wie lassen sich die Vorgänge erklären? — Bekannt ist, dass Kalkwasser mit Kohlenstoffdioxid einen weißen Niederschlag bildet. Daher kann man schließen, dass sich in der Ausatemluft Kohlenstoffdioxid befindet. Fülle die drei Trichter mit Blütenblättern, keimenden Samen oder jungen Pilzen und setze sie auf Reagenzgläser, die mit Kalkwasser und Öl gefüllt sind. Beobachte nach einigen Stunden die Veränderungen der Lösung. — In dem Versuchsansatz mit den keimenden Samen entwickelt sich ein weißer Niederschlag, da die Samen ihre Nährstoffe veratmen und Kohlenstoffdioxid abgeben. Schülerbuch Seite 73 Kasten — Sehr viel Sauerstoff (1) bildet sich bei A und E (hohe Temperatur, viel CO2 und Starklicht). Viel Sauerstoff (2) entsteht bei B (hohe Temperatur, viel CO2, aber Schwachlicht) und D (hohe Temperatur, wenig CO2 und Starklicht. Wenig Sauerstoff (3) kann bei F und G beobachtet werden (zu niedrige bzw. zu hohe Temperatur). Kein Sauerstoff (4) entsteht bei C, da kein Licht vorhanden ist. Schülerbuch Seite 74 Erläutere, warum Wurzelzellen immer mit Nährstoffen versorgt werden müssen. — Sie enthalten keine Chloroplasten und betreiben keine Fotosynthese. Sie müssen ihre Nährstoffe daher von den oberirdischen grünen Pflanzenteilen erhalten. Frühblüher, wie das Schneeglöckchen, speichern Nährstoffe im Jahresverlauf in den unterirdischen Organen. Erkläre, warum solche Pflanzen sehr früh im Jahr blühen können. — Die gespeicherten Reservestoffe können direkt abgebaut und zum Wachstum verwendet werden. Pflanzen ohne solche Speicherorgane müssen zuerst Blätter austreiben und über die Fotosynthese die Nährstoffe aufbauen. In den fetthaltigen Erdnusskernen ist sehr viel mehr Energie gespeichert als in der gleichen Menge Traubenzucker. Worauf deutet das hin? Beachte, was du zum Thema Ernährung gelernt hast. — Erdnusskerne speichern die Energie in Form von Fett und Eiweiß (Hülsenfrüchtler!). Fett liefert im Durchschnitt ca. 3800 kJ/g, während Kohlenhydrate wie der Traubenzucker beim Abbau nur ca. 1650 kJ an den Organismus abgeben. D.h., dass pro Gramm Erdnusskern etwa doppelt soviel Traubenzucker in die Fruchtstände geliefert werden muss und die Kerne sehr wenig Wasser und Ballaststoffe enthalten. Anm.: Durch den geringen Wasser- und hohen Fettgehalt schimmeln und verderben diese „Erdnüsse“ nicht so schnell. Wird eine Kartoffelscheibe mit Iod-Kaliumiodid-Lösung beträufelt, färbt sich die Stelle blau. Welcher Speicherstoff ist demzufolge vorhanden? — Kartoffeln enthalten als Speicherstoff Stärke (Kartoffelstärke). Schülerbuch Seite 76 Erkläre für jedes Stadium in Abbildung 1, wie es zu den Veränderungen des Kohlenstoffdioxidgehaltes kommt. — Bild 1: Bei intensiver Lichteinstrahlung am Mittag ist die Fotosyntheseleistung hoch, d. h. die Pflanze nimmt viel Kohlenstoffdioxid auf. Sie benötigt für die Fotosynthese mehr Kohlenstoffdioxid, als sie bei der Atmung abgibt. Folglich ist der Kohlenstoffdioxidgehalt der Luft niedrig. Bild 2: Nachts ist die Lichteinstrahlung sehr gering. Die Fotosyntheseleistung ist gleich Null. Die Pflanze nimmt kein Kohlenstoffdioxid auf. Für ihre Atmung benötigt die Pflanze Sauerstoff. Das bei der Zellatmung gebildete Kohlenstoffdioxid wird an die Luft abgegeben. Es wird sichtlich mehr Kohlenstoffdioxid abgegeben als aufgenommen und der Kohlenstoffdioxidgehalt der Luft steigt. Bild 3: Am frühen Morgen steigt die Lichtintensität. Die Pflanze nimmt Kohlenstoffdioxid bei steigender Fotosyntheserate auf. Der Kohlenstoffdioxidgehalt der Luft nimmt ab. Vergleiche den Ablauf der Fotosynthese (siehe S. 72) mit den Vorgängen bei der Zellatmung. In welcher Beziehung stehen die beiden Prozesse. — Die Zellatmung erscheint wie die „Umkehrung“ der Fotosynthese: Bei der Fotosynthese sind Wasser und Kohlenstoffdioxid die Ausgangsprodukte, bei der Zellatmung die Endprodukte. Entsprechend sind Stärke bzw. Traubenzucker und Sauerstoff Ausgangsprodukte der Zellatmung und Endprodukte in der Fotosynthese. Aber: Die Fotosynthese nutzt die Sonnenenergie, während bei der Zellatmung Energie in Form chemischer Energie freisetzt wird. Außerdem läuft die Zellatmung in den Mitochondrien, die Fotosynthese in den Chloroplasten ab, sodass von einer wirklichen „Umkehrung“ nicht gesprochen werden kann. Schülerbuch Seite 77 Formuliere eine dem Versuch zugrunde liegende Fragestellung. — Eine Fragestellung könnte lauten: „Welches Gas gibt die Kartoffel (geben die Erbsensamen) ab? Anm.: Geht die Kerze aus, handelt es sich um Kohlenstoffdioxid und die Kartoffel bzw. die Erbsen haben geatmet. Protokolliere einige Tage lang die Temperatur. Stelle auch fest, wie sich die Erbsen verändern. Dazu darfst du nach jeder Temperaturmessung kurz den Deckel anheben. Erläutere deine Beobachtungen. — Durch den Abbau der Nährstoffe über die Zellatmung wird auch Wärme freigesetzt, da nicht die gesamte Energie in Wachstum und Keimung umgesetzt werden kann. Warum werden zwei ineinander gestellte Becher verwendet und welche Bedeutung hat der Deckel? Stoffwechsel Pflanzen 11 — Die Luftschicht zwischen den Bechern und der Styropordeckel wirken als Isolierschicht, sodass die abgegebene Wärme gemessen werden kann. Erläutere diese Beobachtung — Die Tatsache, dass die Zwiebel sich zusammendrücken lässt bzw. von innen her hohl wird, deutet darauf hin, dass hier Nährstoffe abgebaut und zur Keimung und dem Wachstum verwendet werden. Bromthymolblau ist ein Säure-Basen-Indikator. Untersuche seine Färbung, indem du in einem Reagenzglas Leitungswasser mit einem Tropfen Bromthymolblau versetzt und dann etwas Mineralwasser dazu gibst. Protokolliere und erkläre die Veränderungen. — Beobachtung: Die im Leitungswasser zu sehende Blaufärbung verschwindet nach Zugabe des Mineralwassers. Die Lösung wird leicht gelblich. Erklärung: Das (kalkhaltige) Leitungswasser ist in der Regel leicht alkalisch und dies zeigt der Indikator durch eine Blaufärbung an. Mineralwasser enthält Kohlensäure und das Sinken des pH-Wertes wird durch eine gelbliche Färbung angezeigt. Anm.: Im sehr saueren Bereich ist Bromthymolblaulösung rot (kann man z. B. mit Essigsäure zeigen), im Neutralbereich grün. Protokolliere die beobachteten Veränderungen in den Erlenmeyerkolben und erläutere sie. — Der Ansatz mit den Wasserpestpflanzen im Dunkeln entfärbt sich und wird leicht gelblich, da die Pflanzen über die Zellatmung Kohlenstoffdioxid abgeben und damit den pH-Wert senken. Der Ansatz im Licht zeigt dieses Verhalten in der gleichen Zeit nicht. Erklärung: Die Wasserpestpflanzen verbrauchen bei Belichtung das Kohlenstoffdioxid in der Fotosynthese. Über längere Zeiträume wird aber auch der Lichtansatz gelblich, da nicht mehr ausreichend Fotosynthese betrieben werden kann. Anm.: Die Versuche sind in ihrer Eindeutigkeit sehr abhängig vom Kalkgehalt des Leitungswassers und dem „Frischegrad“ der Wasserpest. Warum wird nur ein Ansatz mit dem Indikator benutzt und nicht vier verschiedene? — Mit dieser Methode ist die Indikatorkonzentration in allen Ansätzen gleich. Warum werden jeweils auch Gefäße ohne Wasserpestpflanzen angesetzt? — Diese Kontrollen zeigen, dass die jeweiligen Veränderungen nur durch die Wasserrpest hervorgerufen werden. Schülerbuch Seite 80 Welche Bedeutung haben die Bewegungen für das Leben der Pflanzen? — Durch die Lichtwendigkeit wird erreicht, dass alle Blätter optimal Fotosynthese betreiben können und Blüten für anfliegende Insekten deutlich sichtbar sind. Die Erdwendigkeit gewährleistet, dass die Pflanzen eine feste Verankerung und unter Umständen auch eine 12 Stoffwechsel Pflanzen ausreichende Wasserversorgung finden. Die Krümmungs- und Suchbewegungen rankender Pflanzen (Nastien) ermöglichen diesen Sprossteilen einen festen Halt zu finden und sich dann zum Licht hin auszurichten. Bei der Fototaxis von Einzellern wird die Bewegungsrichtung durch das einfallende Licht vorgegeben, bei Thermotaxis durch die bevorzugte Temperatur. Dadurch finden die Einzeller aktiv optimale Lebensbedingungen. Reizaufnahme und Reizbeantwortung sind Kennzeichen aller Lebewesen (c S. 182). Vergleiche die Vorgänge bei Pflanzen und Tieren. — Bei Tieren sind die reizaufnehmenden Strukturen, wie z. B. die Sinneszellen in Auge, Ohr und Nase, besondere Strukturen, während die Reizaufnahme bei Pflanzen offensichtlich in „normalen“ Zellen geschieht. Bei Tieren werden die zur Reizbeantwortung notwendigen Bewegungen überwiegend durch Muskeln ermöglicht, bei Pflanzen geschieht dies überwiegend durch einseitiges Wachstum oder Geißeln (Einzeller). Durch ihre festsitzende Lebensweise müssen Pflanzen auch keine so schnelle Reizbeantwortung zeigen, wie dies bei frei beweglichen Tieren nötig ist. Gehirne oder ähnliche Strukturen fehlen. Schülerbuch Seite 83 Beschreibe anhand der Abb. 1 und der Seite 82, wie Fotosynthese und Atmung durch einen Gaskreislauf verbunden sind. — Durch die Fotosynthese der autotrophen (grünen) Pflanzen entsteht Sauerstoff, der von heterotrophen (tierischen) Organismen zur Atmung und damit auch zum Stoffabbau benötigt wird. Sie liefern über die Verbrennungsvorgänge den Pflanzen auch wieder Kohlenstoffdioxid. Die Pflanzen selbst atmen aber auch, d. h. hier findet ein SauerstoffKohlenstoffdioxid-Kreislauf innerhalb der Organismen statt. Über welche Substanzen verläuft der Stoffkreislauf? — Neben dem Gaskreislauf gibt es einen an feste Substanzen gebundenen Kreislauf: Die von den Pflanzen hergestellten, energiereichen Nährstoffe (primär Zucker und Stärke, sekundär alle fett-, eiweiß- und kohlenhydratreichen Bestandteile) sowie die in den Pflanzenteilen enthaltenen Mineralstoffe werden in den tierischen Organismen verwertet und als Kot ausgeschieden oder von den Pflanzen selbst verbraucht. Tote Pflanzenteile oder tote pflanzliche und tierische Organismen werden durch Zerkleinerer und Zersetzer wieder in Mineralstoffe umgewandelt, die die Pflanzen wieder verwerten können. JOSEPH PRIESTLEY (siehe Seite 66) hätte auch folgenden Versuch machen können: Die Maus — sie erhält Futter und Wasser — wird mit der grünen Pflanze zusammen im Dunkeln in einem luftdicht verschlossenen Gefäß gehalten. Wie wäre dieser Versuch ausgegangen? Begründe. — Die Maus hätte nur kurze Zeit überleben können. Da die Pflanze keine Fotosynthese betreiben kann, entsteht auch kein Sauerstoff. Beide Organismen gehen schließlich zugrunde. Die Keimlinge aller Pflanzen werden grün, sobald sie aus dem Boden heraus und in das Licht kommen. Welche Zellorganellen werden funktionsfähig und wozu führt ihre Tätigkeit? — Das „Ergrünen“ wird durch die Bildung der Chloroplasten hervorgerufen (Anm.: Sie entstehen aus Vorformen, den farblosen Proplastiden), deren Tätigkeit (die Fotosynthese) zur Herstellung energiereicher Substanzen führt. Stelle mit selbst gewählten Beispielen die gegenseitige Abhängigkeit der Pflanzen und Tiere dar. a) Welche Rolle spielen dabei die Vorgänge der Fotosynthese und Zellatmung? b) Versuche, mit eigenen illustrierenden Zeichnungen die wichtigsten Erkenntnisse hervorzuheben. Benutze das Plakat zu einer kurzen Präsentation. — individuelle Lösung ähnlich den Abbildungen auf. S. 82/83 mit ergänzenden Texten. Wachs (Carnaubapalme, ...) Farbstoffe (Gelbwurz, Indigo, ...) Holz (Balsaholz, Mahagoni, Teak, Palisander, Ebenholz, Bambus, ...) Genussmittel (Kaffee, Kakao, Mate, Tee, Tabak, Kolabaum, ...) Gewürze (Ingwer, Muskatnuss, Kardamon, Vanille, Chili, Pfeffer, Piment, ...) Gemüse (Tomate, Aubergine, Paprika, ...) Obst (Banane, Papaya, Avocado, Mango, Ananas, ...) Zucker und Stärke (Zuckerrohr, Maniok, Kartoffel, Reis, Mais, ...) Öle und Fette (Ölpalme, Sesam, Rhizinus, Kokos, ...) Zimmerpflanzen (Bromelia, Dieffenbachia, Dracaena, Orchideen, Ficus, ...) Erläutere, wie eine nachhaltige Landnutzung die Abholzung von Regenwäldern verhindern kann. — Wenn auf begrenzten Flächen ein kontrollierter Anbau von Nutzpflanzen stattfindet, der den Menschen eine Lebensgrundlage bietet, besteht kein Druck für die ansässige Bevölkerung, die verbliebenen Urwälder zu roden. Schülerbuch Seite 84 Beschreibe, was man unter einem fossilen Energieträger versteht. — Fossile Energieträger sind Überreste von Organismen aus früheren Erdzeitaltern, die energiereiche Verbindungen enthalten und beispielsweise als Brennstoff dienen können. Liste in einer Tabelle fossile Energieträger auf und gib an, woraus sie jeweils entstanden sind. Energieträger entstanden aus Torf, Braunkohle, Steinkohle Pflanzen aus Sumpfwäldern (Bärlappbäume, Baumschachtelhalme, Baumfarne, ...) Erdöl, Erdgas pflanzlichen und tierischen Kleinstlebewesen aus Meeren (Plankton) Schülerbuch Seite 85 Wie könnte die Nutzung fossiler Brennstoffe eingedämmt werden? Recherchiere über erneuerbare Energien. — Informationen zu Sonne, Wind, Wasser, Biomasse, Erdwärme, Holz, ... z. B. unter www. erneuerbare-energien.de (Sept. 2005) Informiere dich über wichtige tropische Nutzpflanzen und die Produkte, die aus ihnen hergestellt werden. — Informationen zu tropischen Nutzpflanzen z. B. unter www.oroverde.de (Sept. 2005). Fasern (Sisalagave, Kokos, Baumwolle, Jute, ...) Kosmetik (Aloe vera, Jojoba, Kokos, ...) Kautschuk u. ä. (Parakautschukbaum, Kaugummibaum, ...) Stoffwechsel Pflanzen 13 Ökosystem Wald Schülerbuch Seite 90 Überprüfe im Wald, an welchen Stellen man den im Text beschriebenen Stockwerkbau besonders gut erkennen kann. — Lichtungen oder der Waldrand gewähren einen guten Überblick. Der Stockwerkaufbau ist hier wegen des höheren Lichteinfalls deutlich ausgeprägt. So lassen sich Moos-, Kraut-, Strauch- und Baumschicht besonders gut erkennen. Beschreibe Aussehen und Gliederung eines Waldes, der vom beschriebenen Aufbau deutlich abweicht. Nenne mögliche Ursachen dafür. — Stehen gleichaltrige Bäume eng beieinander (z. B. in einer dicht gepflanzten Aufforstung), sind die Stockwerke des Waldes nicht erkennbar. Zu wenig Licht erreicht den Boden. Hier wachsen höchstens Moose und wenige Schatten ertragende Kräuter (z. B. Sauerklee), kaum Sträucher oder nachwachsende Jungbäume. Schülerbuch Seite 91 Die Tabelle zeigt die durchschnittlichen Lichtmengen am Waldboden und Temperaturen im Verlauf eines Jahres. Stelle die Messwerte in einem Balkendiagramm dar. Erläutere die Ursachen für den beobachteten Zusammenhang. — Das Balkendiagramm zeigt zunächst eine Abnahme der Lichtintensität vom Frühjahr zum Sommer, verursacht durch die zunehmende Belaubung der Bäume, danach, infolge des fortschreitenden Blattabwurfs, eine Zunahme der Lichtintensität bis zum Winter. Der Temperaturverlauf verhält sich gegenläufig, d.h. die Temperaturen sind im Sommer, wenn die Sonne den höchsten Stand erreicht hat, am größten. Schülerbuch Seite 92 Beschreibe mithilfe der Abbildung in der Randspalte den unterschiedlichen Bau von Sonnenblättern und Schattenblättern. — Sonnenblätter zeigen im Querschnitt mehr Zellschichten als Schattenblätter, wodurch die Blätter dicker sind. Die Interzellularen der Sonnenblätter sind größer und umfangreicher. Beides führt zu einer besseren Fotosyntheseleistung der Sonnenblätter. Schülerbuch Seite 93 Erkläre, weshalb die Blätter der meisten Laubbäume im Unterschied zu den Nadeln den Winter nicht überstehen können. — Im Gegensatz zu den Nadelblättern verlieren Laubblätter viel mehr Wasser durch Transpiration. Deshalb wäre der Wasserverlust 14 Ökosystem Wald im niederschlagsarmen Winter zu hoch und die Blätter würden vertrocken. Außerdem besitzen Laubblätter keinen Kälteschutz, wie verdickte Zellwände oder in die Zelle eingelagerte Frostschutzstoffe. Stelle in einer Tabelle die Angepasstheit der Kiefer an ihren Lebensraum zusammen. Ergänze die Daten auch mithilfe anderer Informationsquellen. — Angepasstheiten an Trockenheit: lange Wurzeln zur Wasseraufnahme aus tiefen Bodenschichten; Wachsschicht auf Nadeln; kleine Oberfläche der Nadeln, um Wasserverlust durch Verdunstung zu reduzieren. Angepasstheiten an Kälte (Frostperioden): stabiler Bau der Nadelblätter und in ihnen eingelagerte Frostschutzstoffe. Schülerbuch Seite 94 Zähle an einem gefällten Baumstamm die Jahresringe am oberen und unteren Ende und miss die Stammlänge. Ermittle daraus den mittleren Jahreslängenzuwachs. — Teilt man die gemessene Länge des Stammes durch die Differenz der Jahresringe am oberen und unteren Ende des Stammes, erhält man die durchschnittliche jährliche Zuwachsrate. Schülerbuch Seite 95 Analysiere mithilfe der Abbildung 1, wo etwa die Baumgrenze in Europa während der Eiszeit lag. Vergleiche dein Ergebnis mit dem Zustand heute. Schlage dazu in deinem Atlas nach. — Siehe Abbildung. Heute findet man in ganz Europa Wälder mit Ausnahme der Hochlagen der Alpen und Pyrenäen. Weshalb verschiebt sich die Baumgrenze mit der Veränderung der Durchschnittstemperatur? — Zu lange Frostperioden mindern die Wachstumsmöglichkeiten der Bäume. Vergleiche die Klimabedingungen während der Eiszeit und heute mithilfe der Abbildung 2. Wo gibt es heute Klimabedingungen wie bei uns in der letzten Eiszeit? — Lange Frostperioden und geringer Niederschlag charakterisieren die Eiszeit. Entsprechende Bedingungen gibt es heute in den Hochlagen von Gebirgen und zum Teil in Sibirien. In vielen Darstellungen von Künstlern findet man Informationen über die zu der damaligen Zeit übliche Nutzung des Waldes. Stelle anhand der Abbildungen 3 und 4 und des Informationstextes auf Seite 120 zusammen, in welcher Weise der Mensch den Wald nutzte und damit auch veränderte. Gib mögliche Gründe dafür an. — Neben der Holzgewinnung und der Erzeugung von Holzkohle wurde der Wald auch als Nahrungsquelle für Haustiere genutzt. Verbiss von Jungpflanzen und das Fressen von Früchten (Eicheln und Bucheckern durch Schweine) führten zu einer Zunahme der Nadelhölzer bei Abnahme der Laubhölzer. Jeder Baum hat auch eine indiviuelle Geschichte. Versuche die Geschichte der Kiefer anhand des in Abbildung 5 abgebildeten Stammquerschnittes nachzuvollziehen. — Der junge Baum hatte vermutlich durch Schräglage ein asymmetrisches Dickenwachstum, später nach einem Brand schloss sich eine Wunde. Unterschiedlich dicke Jahresringe deuten auf variierende Klimabedingungen hin. Schülerbuch Seite 100 Lasse ein Moospolster eintrocknen und wiege es. Lege es anschließend einen Tag lang ins Wasser, lasse es abtropfen und wiege erneut. Vergleiche die Ergebnisse und erkläre. — Moospolster speichern das Wasser zwischen den Blättchen wie ein Schwamm in seinen Hohlräumen. Torfmoos kann zum Beispiel das 20-Fache seines Gewichtes an Wasser aufnehmen. Bei Trockenheit stellen die Moose ihre Lebensvorgänge ein und geben sehr viel Wasser ab, ohne Schaden zu nehmen. Beim nächsten Regen regeneriert das Moos und nimmt die Lebensvorgänge wieder auf. Schülerbuch Seite 101 Vergleiche mithilfe der Mittelspaltenabbildungen auf dieser Seite und der Seite 100 sowie der Texte beider Seiten die Fortpflanzung bei Moosen und Farnen. Stelle Gemeinsamkeiten und Unterschiede heraus. — Die Befruchtung verläuft bei Moosen und Farnen im Prinzip gleich: Die Antheridien bilden Schwärmer, die bei Anwesenheit von Wasser zu den Archegonien schwimmen und die Eizellen befruchten. Dabei spielen Lockstoffe eine wichtige Rolle. Der Ort, an dem die Antheridien und Archegonien wachsen, ist jedoch verschieden. Bei Moosen existieren männliche und weibliche Moospflanzen, d. h. die Schwärmer müssen eine relativ große Strecke überwinden und es muss reichlich Wasser da sein. Farne bilden die Antheridien und Archegonien auf dem Vorkeim, d. h. sie sind eng beisammen. Die große Farnpflanze wächst erst nach der Befruchtung heran. Die Moospflanzen entstehen dagegen als Knospen am Vorkeim und wachsen zu einer beträchtlichen Größe heran, während nach der Befruchtung der relativ klein bleibende Sporenträger entsteht. Schülerbuch Seite 103 Vergleiche die Ernährung der Pilze mit der Ernährung der Tiere und Pflanzen. Fertige dazu eine Tabelle an. Pilze Tiere Pflanzen heterotroph heterotroph autotroph Vorgefertigte energiereiche Stoffe werden aufgenommen. Als Parasiten oder Symbionten können sie Nährtoffe direkt aufnehmen, als Saprophyten sondern sie eine vorverdauende Lösung ab. Vorgefertigte energiereiche Stoffe werden aufgenommen. Meist wird die Nahrung im Verdauungstrakt abgebaut. Energiereiche Stoffe werden durch Fotosynthese selbst hergestellt. Schülerbuch Seite 105 In der Abbildung 104.1 sind zwei nicht im Text erwähnte Vogelarten dargestellt. Erläutere an ihnen das Prinzip der Konkurrenzvermeidung. — Es sind Sperber und Mönchsgrasmücke. Sie stehen zueinander nicht im Konkurrenz-, sondern im Räuber-Beute-Verhältnis. Der Sperber ist mit seinen abgerundeten Flügeln zum wendigen Flug zwischen den Bäumen und Sträuchern befähigt. Dabei erbeutet er auch Mönchsgrasmücken, die auf den Zweigen nach Insekten und Spinnentieren suchen. Im Text sind für verschiedene Vogelarten Schnabelformen und Ernährungsweisen genauer beschrieben. Auf welchen Zusammenhang zwischen Schnabelform und Ernährungsweise kann man schließen? Begründe. — Der Sperber besitzt einen Hakenschnabel, der sich zum Aufreißen der Beute und wie eine Schere zum Zerschneiden von Fleisch eignet. Der kräftige Finkenschnabel des Buchfinks ähnelt dem Kopf einer Zange und eignet sich zum Aufbrechen und Schälen von Körnern. Rotkehlchen und Mönchsgrasmücke können mit ihrem spitzen Schnabel wie mit einer Pinzette kleine Insekten, Spinnen, Würmer und Schnecken aus ihren Verstecken holen. Beim Baumläufer ist der spitze Schnabel zusätzlich gebogen und reicht noch wirksamer in die Verstecke und Gänge hinein. Der Specht hackt mit seinem Meißelschnabel die Rinde auf oder sprengt sie ab, um an tiefer sitzende Insektenlarven, Käfer oder Holzameisen zu gelangen. Der Eichelhäher gräbt mit seinem starken Schnabel Verstecke, um darin Vorräte (z. B. Eicheln) zu speichern. Bei Schadinsekten kommen manchmal Massenvermehrungen vor. Welche Bedingungen können solche Massenvermehrungen begünstigen? Ökosystem Wald 15 16 Ökosystem Wald — Die Insekten profitieren vom ausgeglichenen Kleinklima im Innern des Waldes. Kommen Wärme und Trockenheit dazu, erleiden die Bäume Schäden durch verminderten Saftund Harzfluss. Die Schadinsekten profitieren durch rasche Entwicklung der Larven und ungestörte Zeiten der Paarung und Eiablage. — Königinnen sind groß, tragen zu Beginn Flügel und legen später Eier. Die kleineren Männchen haben ebenfalls Flügel. Sie sterben nach der Begattung. Die kleineren Arbeiterinnen haben keine Flügel, sind unfruchtbar und haben teilweise größere Kiefer (Wächterinnen). Schülerbuch Seite 107 Schülerbuch Seite 111 Informiere dich über den Bienenstaat. Vergleiche die Organisation des Ameisenstaates mit dem der Honigbiene. Nenne Gemeinsamkeiten und Unterschiede. — Gemeinsamkeiten: Männchen gehen aus unbefruchteten Eiern hervor, Weibchen aus befruchteten. Es gibt zahlreiche Weibchen mit unvollständig entwickelten Geschlechtsorganen (Arbeiterinnen) und wenige voll ausgebildete Königinnen. Männchen werden nur zu bestimmten Zeiten nachgezogen. Die Nester haben einen spezifischen Geruch, sodass staatsfremde und eigene Individuen unterschieden werden können. Unterschiede: Im Bienenstaat gibt es nur eine Königin, im Staat der Kleinen Roten Waldameise sind es mehrere. Die Völker sind bei den Bienen nicht so reich an Individuen. Sie sind immer geflügelt, während bei den Ameisen nur die Geschlechtstiere während der Paarungszeit Flügel tragen. Im Bienenstaat herrscht eine ausgeprägte Arbeitsteilung, wobei die Tanzsprache in Verbindung mit Futterproben eine Sonderentwicklung darstellt. Ameisen haben nur die Fühlersprache, die auch bei den Bienen existiert. Für die Neugründung von Nestern durch Koloniebildung sind bei der Kleinen Roten Waldameise keine Männchen erforderlich. Erläutere die Gründe dafür. — Für die Koloniebildung werden begattete Jungköniginnen benötigt. Sie besitzen in ihren Spermataschen einen Vorrat an Sperma zur Befruchtung der Eier. Wie könnte man dem Argument begegnen, dass Ameisen gar nicht so nützlich seien, weil zu ihren Beutetieren auch Nutzinsekten gehören? — Im Beutespektrum der Ameisen ist der Anteil von Schadinsekten vor allem dann sehr groß, wenn diese sich in Massenvermehrung befinden. Dann kommt die Nützlichkeit den Ameisen voll zur Wirkung. Fasse zusammen, welche Aufgaben Ameisen im Wald übernehmen. — Sie begrenzen die Vermehrung von Schadinsekten und schützen die Vegetation. Sie verbreiten Samen und sorgen auf diese Weise für die Ausbreitung von Pflanzen. Durch ihre Bautätigkeit lockern sie den Boden. Er wird besser durchlüftet und bietet für die übrigen Bodenorganismen bessere Lebensbedingungen. Vergleiche die verschiedenen Ameisenformen. Fertige dazu eine Tabelle an. Schreibe anhand Abb.110.1 weitere, nicht im Text besprochene Nahrungsketten auf und ordne den einzelnen Gliedern die entsprechenden Begriffe zu. — Fichtensamen — Waldmaus — Schlange — Gräser — Reh — Fuchs Haselnuss — Eichhörnchen — Sperber Weshalb können sich Borkenkäfer besonders gut in trockenen Jahren und in Monokulturen vermehren? — Der Saft und Harzfluss der Bäume ist vermindert. In Monokulturen ist die Zahl der vorgeschädigten Bäume besonders groß und ermöglicht den Borkenkäfern eine erfolgreiche Eiablage. Die Larven entwickeln sich bei Wärme und Trockenheit sehr rasch. Schülerbuch Seite 112 Welche Organismen nutzen die Mineralstoffe, die am Ende der Abbaukette freigesetzt werden? — Die Pflanzen brauchen die im Boden befindlichen leicht löslichen Mineralstoffe, die von den Wurzeln aufgenommen werden, zur Synthese von Baustoffen und Wirkstoffen. Schülerbuch Seite 114 Beschreibe die Bestandteile der Streuschicht (Aussehen, Feuchtigkeitsgrad). Fasse deine Beobachtungen in einer Tabelle (obere, mittlere, untere Schicht, oberste Bodenschicht) zusammen. — Laubstreu obere Schicht: trockene, lose Blätter und Blattteile Laubstreu mittlere Schicht: trockene und feuchte Blätter und Blattteile mit wenig Erde Laubstreu untere Schicht: feuchte Blattmasse mit Erde Schülerbuch Seite 117 Erläutere mithilfe von Abb. 1, weshalb Nahrungsketten nicht beliebig lang sind. — Die verfügbare Energie nimmt in der Nahrungskette sehr schnell ab. Setzt man den Energiegehalt der Biomasse von grünen Pflanzen gleich 100 %, speichern die Pflanzenfresser (Erstverbraucher) davon nur 10 %. Auf jeder weiteren Trophieebene (Zweit- und Drittverbraucher) werden wieder jeweils nur 10 % der Energie gespeichert. Deshalb hat eine Nahrungskette selten mehr als vier Glieder bzw. Trophiestufen, da die Menge der verfügbaren Energie schließlich zu gering ist. Erläutere, weshalb der Weg der Energie einer Einbahnstraße ähnelt und ständig nachgeliefert werden muss, sodass die Stoffkreisläufe aufrechterhalten werden können. — Alle Lebewesen wandeln einen Teil der freigesetzten Energie in Wärme um, die abgegeben wird. Sie ist so für alle Lebewesen verloren. Es gab in der Geschichte der Erde Phasen, in denen ein Teil des organischen Materials dem Stoffkreislauf entzogen wurde. Damals entstanden die Kohle- und Erdölvorkommen, die man heute zur Energiegewinnung wieder verbrennt. a) Wie muss sich damals der Kohlenstoffdioxidgehalt der Atmosphäre verändert haben? b) Welche Auswirkungen hat heute die Verbrennung von Kohle und Erdöl auf die Atmosphäre? Begründe. — a) Kohle, Erdöl und Erdgas enthalten Kohlenstoff, der aus dem Abbau von pflanzlichen oder tierischen Organismen stammt, letztlich also auf die Fotosyntheseleistung grüner Pflanzen zurückzuführen ist. Durch die Bildung fossiler Energielager wurde der CO2-Gehalt der Atmosphäre verringert. — b) Durch die Verbrennung fossiler Energieträger nimmt der CO2-Gehalt der Atmosphäre heute wieder zu. Diese Zunahme ist in den vergangenen 100 Jahren bereits nachweisbar. Sie wird sich mit großer Wahrscheinlichkeit auf das Klima auswirken: CO2 ist zu 50 % an den Auswirkungen des Treibhauseffekts beteiligt. Dafür spricht: In den letzten 100 Jahren hat sich die Weltdurchschnittstemperatur bereits um 0,5 °C erhöht. Da sich dies jedoch im Bereich normaler Schwankungen befindet, ist der Zusammenhang noch nicht beweiskräftig. Schülerbuch Seite 120 Erläutere, welche Auswirkungen Monokulturen aus Fichten auf lange Sicht auf die Entwicklung von Schädlingen, den Boden und die Vielfalt der Pflanzen- und Tierwelt haben. Begründe. — Die Vermehrung und Verbreitung der Schädlinge wird gefördert. Der Boden verarmt an den von der jeweiligen Art besonders viel aufgenommenen Mineralstoffen. Die monotone, gleich bleibende Umgebung bewirkt, dass wenige, gut angepasste Arten überwiegen. Schülerbuch Seite 121 In der Mittelspalte sind verschiedene Weiterverarbeitungsformen von Holz dargestellt. Wo finden diese ihre Verwendung? Fertige dazu eine Tabelle an. — Hinweis: Außer zu Papier und Holzwolle als Verpackungsmaterial findet man in Baumärkten in der Regel immer Hinweise auf die Verwendung der Produkte. Wieso klemmen deiner Meinung nach Schubladen aus massivem Holz an manchen Tagen, an anderen aber nicht? — Holz ist ein natürliches Material, das Wasserdampf aufnehmen kann. Dadurch quillt es auf, das Volumen wird vergrößert. An Tagen mit hoher Luftfeuchtigkeit klemmen deshalb die Schubladen, bei geringer Luftfeuchtigkeit nicht. Berechne anhand der Daten in der Mittelspalte den Anteil von Altpapier am Gesamtpapierverbrauch. — Der Anteil beträgt ca. 73,4 %. Weshalb wird heute zunehmend Umweltschutzpapier verwendet? Wo wird es vor allem verwendet? — Umweltschutzpapier wird zum überwiegenden Teil aus Altpapier hergestellt (geringerer Holz- und Wasserverbrauch, Bleichen ohne Chlorverbindungen). Verwendung findet Umweltschutzpapier z. B. als Verpackungsmaterial, Zeitungs-, Schreib- und Kopierpapier. Schülerbuch Seite 123 Fasse die Rolle des Waldes für den Wasserhaushalt zusammen und nenne mögliche Folgen der Waldzerstörung. — Ein großer Laubbaum kann mehrere hundert Liter Wasser pro Tag verdunsten. Ein großer Wald beeinflusst damit durch Entstehung von Verdunstungskälte das Klima einer Landschaft. Das verdunstende Wasser stammt aus Niederschlägen und kann in den Pflanzen (besonders stark z. B. in den Moosen) und im lockeren Waldboden gespeichert werden. Diese Speicherwirkung entfällt nach der Abholzung des Waldes; das Wasser fließt vermehrt oberflächlich ab und schwemmt fruchtbaren Boden mit sich. Die dadurch bedingte Erosion kann so stark sein, dass der felsige Untergrund freigelegt wird, auf dem für lange Zeit keine höheren Pflanzen mehr Fuß fassen können. Am Unterlauf der Flüsse entstehen Überschwemmungen. Informiere dich über die Möglichkeiten der Nutzung alternativer und regenerierbarer Energiequellen. Berichte. — Neben der Nutzung von Sonnen-, Wind- und Wasserkraft kommen Biodiesel aus Raps o. ä., der Einstieg in die Wasserstofftechnologie und Brennstoffzellen infrage. Auch das Für und Wider der Kernenergie lässt sich hier diskutieren. Schülerbuch Seite 125 Nenne die Faktoren im Boden, die sich durch sauren Regen verändern und erläutere jeweils, welche Folgen sich für einen Baum ergeben. — Die Senkung des pH-Wertes im Boden ist eine Folge der Anwesenheit von Schwefeldioxid sowie Stickstoffoxiden in der Luft und führt über mehrere Wege (indirekt) zu Schädigungen. Nährstoffe werden ausgewa- Ökosystem Wald 17 schen. Damit sind sie für die Wurzeln nicht mehr in ausreichender Menge verfügbar. Die Mykorrhizapilze werden geschädigt. Dadurch ist die Aufnahme der vorhandenen Nährstoffe eingeschränkt. Giftige Schwermetallionen, die vorher fest an Bodenteilchen gebunden waren, können in Lösung gehen und über die Wurzeln aufgenommen werden. Dadurch wird der Baum geschädigt. Dies wird im Vertrocknen der Wipfel und Triebspitzen sichtbar, die nicht mehr ausreichend versorgt werden, sowie im Austreiben von Knospen an den unteren Zweigen bzw. am Stamm (Bildung von „Angsttrieben“). 18 Ökosystem See Ökosystem See Schülerbuch Seite 131 Stelle in einer Tabelle die Umweltbedingungen des Schwimmblattgürtels und die entsprechenden Angepasstheiten der Teichrose zusammen. — Schwimmblattgürtel: Hier treten durch unterschiedliche Wasserstände verschiedene Abstände zwischen Boden und Wasserspiegel auf. Der Wind kann Wellengang verursachen, der zum Überspülen der Blätter führt. Der Untergrund kann schlammig und sauerstoffarm sein. Teichrose: — Heftiger Wind über der Wasseroberfläche vertreibt bestäubende Insekten: Große, gelbe und intensiv duftende Blüten locken Insekten an. — Überflutungsgefahr durch Wellen bei den Schwimmblättern: Eine Wachsschicht auf der Oberfläche lässt Wasser abperlen, die Spaltöffnungen liegen auf der Oberseite der Blätter; dadurch bleibt Gasaustausch möglich. — Große Lichtintensität und volles Farbspektrum auf der Wasseroberfläche: Schwimmende Blätter (durch luftgefüllte Hohlräume in den Blättern) lassen gute Lichtaufnahme für die Fotosynthese zu. — Wechselnde Wassertiefe: Luftgefüllte Hohlräume in den Blättern lassen sie schwimmen; elastische Stängel halten Blätter bei unterschiedlichen Wasserständen bis zu 4 Metern Tiefe an der Oberfläche. — Sauerstoffarmer Faulschlamm am Verankerungsort der Wurzelstöcke: Zur Sauerstoffversorgung führen große Luftkanäle in den Stielen von den Blättern zu den Wurzeln. — Von Wasser umgebener Standort: Luftgefüllte Schwimmfrüchte lassen eine Verbreitung zu, verlieren nach einiger Zeit die Luft, sinken zu Boden und keimen. Begründe, warum ein Festigungsgewebe im Blatt des Rohrkolbens nötig ist, im Stängel des Tausendblattes dagegen fehlen kann. — Stängel und Blätter des Rohrkolbens ragen über die Wasseroberfläche hinaus und sind dort dem Wind ausgesetzt. Da die Blätter des Rohrkolbens auch große Hohlräume zur Luftleitung besitzen (Aerenchym), sind Versteifungsleisten erforderlich. Das Tausendblatt wächst untergetaucht und hat fein gespaltene Blätter mit geringem Strömungswiderstand. Überlege, wie Wassersportler Pflanzen des Ufers gefährden. Welche Konsequenzen ergeben sich daraus zum Schutz der Pflanzen? — Vom Ufer aus startende Boote bilden Schneisen im Röhricht und in der Schwimmblattzone. Beim Segeln und Surfen können die Sportler in diese Zonen hineingetrieben werden, wobei Schäden entstehen. Fah- rende Motorboote erzeugen Wellenschlag und schädigen dadurch das Röhricht. Durch Schutz ganzer Seebereiche werden die Pflanzengesellschaften insgesamt geschont. In den belasteten Zonen können Pfahlwände, Reisigdämme u. ä. vorgebaut werden, um das Röhricht zu schützen. Wasservögel sind in den letzten Jahren seltener geworden. Warum? Schlage mögliche Naturschutzmaßnahmen vor. — Rückgang der Röhrichtbestände (Lebensraum). Maßnahmen: Unterschutzstellung von Seeufern, Neuanlage von Röhricht. Schülerbuch Seite 143 Schülerbuch Seite 137 Fasse in einer Tabelle die Formen der Atmung im Wasser zusammen und ordne ihnen entsprechende Tierarten zu. — Hautatmung: Schlammröhrenwürmer, Frösche Außenkiemen: Molchlarve Innenkiemen: Fisch, Teichmuschel, Sumpfdeckelschnecke, Flusskrebs Tracheenkiemen: Königslibellenlarve, Kleinlibellenlarve, Eintagsfliegenlarve Tracheenatmung (zum Teil mit Schnorchel): Gelbrandkäfer und seine Larve, Stabwanze, Stechmückenlarve, Rattenschwanzlarve, Wasserspinne Schülerbuch Seite 140 Stelle in einer Tabelle die wesentlichen Aspekte der ökologischen Nischen der auf Seite 141 vorgestellten Wasservogelarten zusammen. Nest Nahrungserwerb Graureiher Koloniebrüter in Gewässernähe Feuchtwiesen, flaches Wasser Stockente Bodennest, Anfang Röhrichtgürtel gründelnd im flachen Wasser, pflanzl. Nahrung, tierisches Plankton Reiherente zwischen Seggen und Binsen im Röhricht tiefer tauchend, Muscheln, Schnecken, Würmer Teichralle versteckt in Uferpflanzen pickt von der Oberfläche nach Schnecken, Insekten und Laich Teichrohrsänger über dem Boden an Schilfstängeln Insekten zwischen Schilfhalmen Große Rohrdommel dicht am Wasser, auf Röhrichtstängeln im Röhricht, Schnecken, Insekten, Frösche Haubentaucher Schwimmnest aus Pflanzen tauchend in größerer Tiefe, Fische Beschreibe und erkläre die Abb. 1 dieser Seite und die Abb. 142. 2. — Durch die Dichteanomalie des Wassers und die Erwärmung von oben entstehen Schichten. Während oben Sauerstoff gelöst und durch Fotosynthese frei wird, dominiert unten der Verbrauch. Fischsterben wird häufig im Sommer beobachtet, selten im Herbst. Begründe. — Im Sommer fehlt die Durchmischung (sauerstoffarmes Tiefenwasser). Erläutere, warum unter einer Eisdecke im See Fische überleben können. — Im kalten Wasser ist relativ viel Sauerstoff gelöst, wenn das Gewässer nicht überdüngt ist. Außerdem benötigen die wechselwarmen Tiere wenig Sauerstoff. Schülerbuch Seite 145 Nenne drei Nahrungsketten aus der Abbildung 1 auf Seite 144. — Algen — Wasserflöhe — Großlibellenlarve — Rotfeder — Graureiher; Wasserpflanzen — Teichralle; Wasserpflanzen — Rotfeder — Hecht. Moderne Schädlingsbekämpfungsmittel sollen biologisch abbaubar sein. Begründe. — Tiere und Pflanzen nehmen nicht abbaubare Schädlingsbekämpfungsmittel in ihren Körper auf, wenn diese Stoffe in ihrer Umwelt vorkommen. Werden diese Organismen gefressen, werden auch die Schädlingsbekämpfungsmittel aufgenommen. Da ein Tier wesentlich mehr an Nahrung zu sich nimmt, als es seinem eigenen Massenzuwachs entspricht, nimmt es auch entsprechend viel an Schädlingsbekämpfungsmitteln auf. Während jedoch der größte Teil der Nahrung zur Deckung seines Energiebedarfs wieder abgebaut wird, bleiben die nicht abbaubaren Schädlingsbekämpfungsmittel im Körper und reichern sich so dort an. Wende dein Wissen über Nahrungsketten und Energiefluss an und erkläre die Aussage: „Bei der Ernährung der Menschen in den Industrienationen könnte viel Energie in der Landwirtschaft eingespart werden“. — Viele Menschen in den Industrienationen ernähren sich von Fleisch, z. B. von Schweinen und Rindern. Würden diese Menschen mehr pflanzliche Nahrung zu sich nehmen, könnte damit die Energie direkt genutzt werden. Energieverluste durch die Tiermast wären entsprechend geringer. Ökosystem See 19 Schülerbuch Seite 146 Oligotrophe Seen sind klar, eutrophe Seen sind meist grünlich getrübt. Erläutere die Ursachen dafür. Welche Konsequenzen hat das für die Grenze zwischen Nähr- und Zehrschicht? Begründe. — Das Wasser in oligotrophen Seen ist klar, weil durch den geringen Mineralstoffgehalt auch wenig pflanzliches Plankton entsteht. Durch den höheren Mineralstoffgehalt nimmt die Zahl der Erzeuger und Verbraucher zu, sodass in eutrophen Seen auch mehr abgestorbenes organisches Material existiert. Dadurch kann das Sonnenlicht nicht mehr so tief eindringen, die Grenze zwischen Nährschicht und Zehrschicht (die so genannte Kompensationsebene) verschiebt sich nach oben. Schülerbuch Seite 149 Erkläre die Angepasstheiten der Lebewesen eines Gebirgsbaches. — Die Körperformen der Gliederfüßer und ihrer Larven haben keinen großen Strömungswiderstand. Sekretfäden oder beschwerende Gehäuse verhindern die Abdrift. Viele Kleintiere leben im Lückensystem des Bachbodens. Größere Bachbewohner können sich mit ihrem strömungsgünstigen Körper und der starken Muskulatur der Strömung entgegenstellen und auch stille Randzonen nutzen. Moose und Algen im Bach leben hier in Formen, die dem Wasser geringen Widerstand bieten. Beschreibe die Umweltbedingungen im Verlauf eines Fließgewässers. — Während der Oberlauf durch Nährstoffarmut und hohe Fließgeschwindigkeiten gekennzeichnet ist, entsteht durch das Wachstum der Wasserpflanzen, durch Eintrag von Biomasse über Zuflüsse und Ufervegetation ein nährstoffreicher Mittellauf mit geringer Strömungsgeschwindigkeit. Zum Unterlauf hin nimmt die Abwasserfracht des Flusses zu, oft auch die Temperatur und der Nährstoffgehalt, sodass hier Sauerstoffmangel eintritt. Im Delta entsteht unter dem Einfluss von Ebbe und Flut eine Brackwasserzone. Erkläre die Bedeutung der Auen (Abb. 2). — Auen sind ein Rückhalteraum für Hochwasser und Lebensraum für eine Vielzahl von Vögeln, Insekten und Amphibien. Sie sind Laichgewässer für Flussfische und ein Biotop mit Pflanzengesellschaften, die an Überflutungen angepasst sind. Sie bilden ein Wasserreservoir und beeinflussen damit das regionale Klima und die Grundwasserbildung. Schülerbuch Seite 150 Suche nach vergleichbaren Zahlen für Hessen und vergleiche die einzelnen Bundesländer. — Nach Angaben von Naturschutzverbänden hat die Zahl der Weißstorchpaare in den letzten zehn Jahren weltweit um 37 Prozent von 20 Ökosystem See 166 000 auf 230 000 Brutpaare zugenommen, in Deutschland direkt jedoch abgenommen. Im Jahr 2005 haben in Hessen 100 Weißstorchenpaare gebrütet und 219 Jungvögel großgezogen (NABU). Aktuelle Daten können z. B. unter http://www.nabu.de eingesehen werden. Schülerbuch Seite 151 Sucht im Internet nach der roten Liste für Vögel. Überprüft, wie und warumTurteltaube, Kiebitz und Kormoran darin eingestuft sind. — Die Vögel sind z. B. aufgelistet unter http:// www.nabu.de/m05/m05_03/01229.html Der Kormoran ist auf der Roten Liste in der Kategorie V (Vorwarnliste) eingestuft, ebenso die Turteltaube. Der Kormoran war durch intensive Bejagung fast ausgerottet, konnte sich dann durch Schutzmaßnahmen wieder erholen und wird jetzt wieder als Konkurrent in der Teichwirtschaft verfolgt. In Deutschland leben etwa 15 000 Brutpaare in rund 60 Kolonien. Die Turteltaube gehört zu den Langstreckenziehern (Überwinterung südlich der Sahara in Afrika) und bevorzugt bei uns auch Auen- und Laubwälder. Auf dem Vogelzug werden die Tiere in den südlichen Ländern Europas und in Nordafrika geschossen, bei uns wird der Lebensraum zunehmend eingeengt. Der Kiebitz gehört zu den „stark gefährdeten Arten“ (Kategorie 2). Er bevorzugt offenes, flaches und feuchtes Dauergrünland, Wiesen, Weiden und Überschwemmungsflächen. Dieser Lebensraum ist in Deutschland jedoch selten geworden. Außerdem ist er brutplatztreu, d.h. wenn Grünland umgewandelt wird, kann er kaum ausweichen. Schülerbuch Seite 154 Erläutere die Unterschiede in der Fließgeschwindigkeit des Wassers in den einzelnen Flussabschnitten. Welchen Einfluss hat das auf die Lebensbedingungen der dort lebenden Kleintiere? — Im Oberlauf ist die Fließgeschwindigkeit hoch, da z. B. in den Bergen große Höhenunterschiede schnell überwunden werden. Die Organismen müssen an die hohe Strömungsgeschwindigkeit angepasst sein (z. B. flacher Körperbau). Im Mittelauf wird die Geschwindigkeit geringer, Aufwuchs von Bakterien und Algen an Steinen kann entstehen und die Gruppe der „Weidegänger“, die diesen Aufwuchsen fressen, nimmt zu. Im Unterlauf ist die Fließgeschwindigkeit sehr gering; dadurch gibt es viel Detritus und pflanzliches Plankton. Die tierischen Organismen müssen an geringe Sauerstoffkonzentrationen angepasst sein. Vergleiche und erläutere die Form der dargestellten Bachprofile und die Art des Untergrundes. — Der Bergbach hat einen grobkörnigen Untergrund mit großen Steinlückenräumen und — — ist relativ flach mit wenig Schlamm (da große Fließgeschwindigkeit). Der Hügellandbach ist tiefer und durch die angedeuteten hohen Bäume könnte viel Laub eingetragen werden. Im Flachlandbach werden schließlich geringe Tiefen erreicht, der Untergrund dürfte verschlammt und die Fließgeschwindigkeit gering sein Ordne die Kreisdiagramme den einzelnen Flussabschnitten zu. Erläutere, wie die einzelnen Ernährungstypen jeweils verteilt sind. Das obere Kreisdiagramm gehört zum Oberlauf: Das Vorherrschen der Zerkleinerer im Oberlauf erklärt sich dadurch, dass hier viel Falllaub der Uferbäume ins Wasser fällt, das umgesetzt wird. Daneben ernähren sich Sedimentfresser und Filtrierer vom Detritus, das die Zerkleinerer bereitstellen. Die wenigen Weidegänger fressen den Algenaufwuchs auf Steinen ab. Räuberische Steinfliegenlarven ernähren sich von anderen Tieren. Das mittlere Kreisdiagramm gehört zum Mittellauf: Im Mittellauf erklärt sich die starke Zunahme der Sedimentfresser und Filtrierer durch die Zunahme von Feindetritus aus dem Oberlauf. Die Zunahme der Weidegänger wird möglich, weil die Bäume am Gewässerrand zurücktreten und damit der Algenaufwuchs auf Steinen zunimmt. Abnahme der Zerkleinerer durch geringeres Aufkommen an Grobdetritus. Das untere Kreisdiagramm gehört zum Unterlauf: Im Unterlauf mit geringer Fließgeschwindigkeit und wenig Beschattung ist viel Feindetritus und Phytoplankton im freien Wasser. Dies erklärt das Überwiegen der Sedimentfresser und Filtrierer. Räuber ernähren sich von beiden. Erläutere, weshalb sich der Eintrag von Phosphor- und Stickstoffverbindungen negativ auf das Gewässer auswirkt. Schlage mithilfe der Angaben in der Tabelle geeignete und wirksame Gegen- bzw. Vorbeugemaßnahmen vor. Phosphor und Stickstoff sind so genannte „Mineraldünger“, d. h. Pflanzen benötigen diese Verbindungen, um wachsen zu können. Die Tabelle zeigt, dass sowohl die Phosphateinträge als auch die Stickstoffverbindungen überwiegend aus der Landwirtschaft und aus kommunalen Kläranlagen stammen. Wenn man die Eutrophierung in den Gewässern reduzieren möchte, muss man zunächst in der Landwirtschaft so gezielt düngen, dass der Boden und die Pflanzen die Mineralstoffe halten und nützen können. Außerdem wird deutlich, dass in den kommunalen Kläranlagen die 3. Stufe mit einer chemischen Fällung von Phosphaten und Stickstoffverbindungen flächendeckend eingeführt werden muss (Kläranlage siehe Seite 157). Schülerbuch Seite 156 Erkläre die Vorgänge der biologischen Selbstreinigung mithilfe der Abbildung 2. — Erklärung im Schülerbuchtext. Schülerbuch Seite 157 Vergleiche die Vorgänge bei der biologischen Selbstreinigung in einem Bach mit den Stationen in einer Kläranlage. — Ufer- und Wasserpflanzen kämmen große Verunreinigungen aus dem Wasser (Rechenanlage). In ruhigen Flussabschnitten setzen sich Sand und grobe Partikel (Sandfang) und teilweise auch Schwebstoffe (Vorklärbecken) ab. Bakterien und andere Mikroorganismen im freien Wasser sowie auf Steinen und Pflanzen bauen organische Stoffe ab (Teilschritte der biologischen Reinigung). Frei werdende Nährsalze fördern das Pflanzenwachstum, sodass der Gehalt des Wassers an Nitraten und Phosphaten abnimmt (chemische Reinigung). Schülerbuch Seite 161 Werte die Abb. 2 aus. Welches der beiden Produkte hältst du für günstiger? — Da das Produkt B eine erhebliche Mehrbelastung bei der Gesundheitsgefährdung (und bei der Bodenbelastung) hat, kann man das Produkt A für günstiger halten, obwohl es in fünf anderen Punkten (die im Wesentlichen eine Umweltbelastung darstellen) eine Mehrbelastung darstellt. Wirklich „günstig“ ist demnach keines der beiden Produkte. Ordnung in der Vielfalt Schülerbuch Seite 165 Erstelle eine Tabelle mit den systematischen Begriffen der Abbildung auf S. 164 für das Reich der Tiere und der Pflanzen. — Tiere Reich Tiere Stamm Wirbeltiere Klasse Vögel Ordnung Sperlingsvögel Familie Meisenvögel Gattung Meisen Art Blaumeise Pflanzen Reich Pflanzen Stamm Blütenpflanzen Klasse Zweikeimblättrige Ordnung Asternartige Familie Korbblütler Gattung Kratzdisteln Art Ackerkratzdistel Ordnung in der Vielfalt 21 Basiskonzepte Struktur und Funktion Schülerbuch Seite 173 Erläutere das Konzept von Struktur und Funktion. Zeige anhand geeigneter Beispiele, dass es bei verschiedenen Arten und bei Ein- und Mehrzellern gilt. — Hinweis: Hierbei handelt es sich um eine reine Wiederholungs- bzw. Anwendungsaufgabe. (siehe z. B.ausführliche Erläuterungen in „Basiskonzepte Sekundarstufe I und II“) Vergleiche verschiedene pflanzliche oder tierische Zelltypen untereinander. Nenne Gemeinsamkeiten und Unterschiede. — Gemeinsam sind die Grundstrukturen Zellmembran, Cytoplasma, Zellkern und Mitochondrien. Pflanzliche Zellen besitzen darüber hinaus die Zellwand, Plastiden und die Zentralvakuole. Verschiedenen Zelltypen wie die tierische Nervenzelle (mit Dendriten und Axon) oder die pflanzlichen Steinzellen (mit extrem verdickter Zellwand) variieren einzelne Strukturen entsprechend ihrer Funktion. Beschreibe das Prinzip der Oberflächenvergrößerung anhand weiterer Beispiele. Denke z. B. an die Lunge oder den Dünndarm des Menschen. — In der Lunge des Menschen wird durch innere Einstülpungen eine extreme Oberflächenvergrößerung erreicht: Durch die ca. 300 Millionen Lungenbläschen wird der Gasaustausch bewerkstelligt. Jedes dieser Bläschen hat einen Durchmesser von ca. 0,2 mm. Die gesamte Austauschfläche ist etwa 100 m2 groß. Im Darm des Menschen wird durch eine vielfache Auffältelung eine enorme Oberflächenvergrößerung erreicht (KerckringFalten, Zotten, Mikrovilli). Beiden Beispielen gemeinsam ist, dass auf geringem Raum eine riesige Austauschfläche vorhanden ist. Finde weitere Beispiele, wo zwei Strukturen ähnlich einem Schlüssel zum Schloss zueinander passen und miteinander funktionieren. — z. B. Gelenkkopf und Gelenkpfanne, AntigenAntikörper-Reaktionen. Hohe Stabilität bei gleichzeitiger Materialeinsparung zu erzielen, ist biologisch sinnvoll. Erläutere das Röhrenprinzip am Beispiel der Gefäße einer Pflanze. Vergleiche mit der Luftröhre. — Die Wand der Tracheen ist relativ dünn. Die nötige Stabilität wird durch ringförmige, spiralige oder spangenförmige Verstärkungselemente erreicht. Bei der Luftröhre sind das Knorpelspangen, bei den Tracheen der Pflanzen spiralige Verdickungen der Zellwand. Ergänzung: Auch das Tracheensystem der Insekten besteht aus einem Röhrensystem mit cuticulären Verstärkungen und durchzieht den gesamten Körper der Gliederfüßer. Mögliche Beispiele aus der Technik findet man z. B. in „Das große Buch der Bionik“ von W. NACHTIGALL und K. BLÜCHEL. 22 Basiskonzepte Die Wasserleitungsgefäße der Blütenpflanzen sind nicht nur stabilisierend, sondern müssen auch dem Wurzeldruck und Transpirationssog standhalten. Welche Vorteile ergeben sich aus der spiraligen Wandverdickung? — Durch den Aufbau wird eine hohe Stabilität bei gleichzeitiger Material- und Gewichtseinsparung erreicht. Damit ausgestattete Stiele und Zweige bleiben außerdem biegsam. Planktonorganismen besitzen verschiedene Strukturen, die das Absinken im Wasser verlangsamen. Vergleiche diese Strukturen mit ähnlichen Beispielen aus der Technik. — Kieselalgen wie das Schwebesternchen besitzen einzelne Stäbchen, die als Schwebefortsätze wirken. Hüpferlinge verlangsamen mit ihren Antennen das Absinken. Die Einlagerung von Gasblasen oder Ölbläschen ermöglicht ebenfalls das Schweben im Wasser. Die äußeren Strukturen lassen sich mit einem Fallschirm oder einem Drachen vergleichen, die inneren mit der Füllung von Luftballonen oder den Ballasttanks der Schiffe. Reproduktion Schülerbuch Seite 175 Erläutere die Begriffe Reproduktion, Fortpflanzung und Vermehrung allgemein und anhand geeigneter Beispiele. — Hinweis: Hierbei handelt es sich um eine reine Wiederholungs- bzw. Anwendungsaufgabe. Ausführliche Erläuterungen in „Basiskonzepte Sekundarstufe I und II“ Menschen und Menschenaffen beschützen, versorgen und erziehen ihre Kinder über mehrere Jahre. Die Zahl der Nachkommen ist pro Paar sehr gering, Blattläuse hingegen haben fast massenhaft Nachwuchs, um den sich die Elterntiere nicht kümmern. In den beiden Beispielen werden Möglichkeiten deutlich, mit deren Hilfe Lebewesen ihren eigenen Nachwuchs sicherstellen. Erläutere. — Menschenaffen zeigen die für Säugetiere typischen Strategie: Die wenigen Jungen werden sehr sorgfältig betreut. Blattläuse haben viele Nachkommen, die nicht betreut werden. Durch die Betreuung erhöhen sich die „Kosten“ für die Elterntiere, d. h. sie müssen mehr Energie investieren und können sich in dieser Zeit nicht weiter fortpflanzen, wie es z. B. die Blattläuse sofort wieder tun. Durch die Betreuung wird aber die Chance erhöht, dass die Nachkommen alle selbst wieder geschlechtsreif werden. Anmerkung: Amphibien folgen z. B. der „Blattlausstrategie“, Spechte kümmern sich um die wenigen Jungtiere sehr intensiv, haben also die gleiche Strategie wie die Menschenaffen. Die Vertreibung der herangewachsenen Jungen aus dem Revier dient der Verbreitung der Art und der Vermeidung zu starker innerartlicher Konkurrenz durch zu viele Individuen in einem Revier. Bei Tieren ist die Unterscheidung männlich oder weiblich meist kein Problem. Selten gibt es Zwitter, wie z. B. bei Regenwürmern oder Schnecken. Demgegenüber sind Blütenpflanzen meist zwittrig und nur so genannte zweihäusige Pflanzen könnte man als „männlich“ oder „weiblich“ ansprechen. Ist diese Einteilung leicht zu erkennen und gerechtfertigt? Begründe. — Männliche Pflanzen bilden zahlreiche kleine Fortpflanzungszellen, die zu den weiblichen Fortpflanzungszellen transportiert werden. Weibliche Pflanzen bilden weniger Fortpflanzungszellen, die (bei Angiospermen) in einen Fruchtknoten eingeschlossen und somit unbeweglich sind. Die weibliche Pflanze übernimmt die Versorgung der Nachkommen mit energiereichen Stoffen. Welche Vor- und Nachteile könnte die Sporenbildung bei Moosen und Farnen haben? Untersuche dazu auch, an welchen Faktor die geschlechtliche Fortpflanzung der beiden Pflanzengruppen gebunden ist. — Sporen werden bei trockenem Wetter aus den Sporenkapseln in großen Mengen freige- setzt und vom Wind verbreitet. Damit können viele neue Pflanzen fern der Ursprungspflanze entstehen. Die Geschlechtszellen können nur in feuchter Umgebung aufeinander treffen und gewährleisten durch die Kombination der Erbsubstanz, dass Nachkommen mit neuen Eigenschaften entstehen. Durch sie wird aber keine Ausbreitung möglich. Informiere dich über die Entwicklung einzelner Individuen und die „Verwandtschaftsbeziehungen“ im Ameisenstaat. Welche Besonderheiten fallen dir auf? — Aus befruchteten Eiern entstehen Weibchen, aus unbefruchteten Männchen, die nach der Begattung sterben. Die Weibchen sind unfruchtbar (Arbeiterinnen) und eng verwandt, da nur die Königinnen die Eier legen. Außerdem kehren begattete Weibchen (Königinnen) wieder zum Nest zurück, sodass die enge Verwandtschaft innerhalb des Staates auch über die Generationen erhalten bleibt. Basiskonzepte 23 Biosysteme Schülerbuch Seite 177 Beschreibe anhand des Schachtelmodells das Prinzip der Kompartimentierung. — Das Prinzip der Kompartimente wird hier so verstanden, dass einzelne Reaktionsräume (d. h. Schachteln) vorhanden sind, die entweder durch eine Membran oder andere Mittel (d. h. Schachtelwand) gegeneinander abgegrenzt sind. Sie können in einer größeren Einheit (z. B. weitere Schachtel) zusammenarbeiten und Stoffe austauschen. (Das geht bei den Schachteln nicht: Modellkritik!) Die Organellen werden meist durch eine Membran umgrenzt, die Zelle entweder durch eine Membran oder eine Zellwand und Organe bzw. Organismen z. B. von Bindegewebe, Haut oder Abschlussgewebe. Arten haben keine sichtbare Umgrenzung, die Lebewesen können sich aber nur innerhalb der Art fruchtbar fortpflanzen. Auch den Ökosystemen fehlt die sichtbare Umgrenzung; sie sind eher eine vom Menschen in natürliche Zusammenhänge interpretierte Einheit. In der Biosphäre schließlich sind alle Kompartimente vereinigt. Blut wird laut Biolexikon als „flüssiges Gewebe“ bezeichnet. Manche Autoren betrachten das Blut auch als Organ. Nenne Argumente, die für oder gegen die jeweilige Bezeichnung sprechen. — Dem Blut wird eine besondere Bedeutung zugeordnet, da es über das verzweigte Gefäßsystem mit allen Organen und über die durchlässigen Gefäßwände mit sämtlichen Geweben des Körpers in sehr enger Beziehung steht. Man kann es als Gewebe ansehen, da das Blut eine bestimmte Aufgabe erfüllt. Man kann es aber auch als Organ betrachten, wenn man die roten und weißen Blutzellen und Blutplättchen jeweils als ein (flüssiges) Gewebe sieht: „Blut ist ein komplex zusammengesetztes, flüssiges Organ, das im Plasma (Blutflüssigkeit) aufgeschwemmte Zellelemente enthält und spezifische Transport- und Abwehraufgaben erfüllt.“ (GIEBELER, 1983) Könnte man die Stockwerke des Waldes als „Kompartimente“ betrachten? — Da sich bestimmte Pflanzen und Tiere im oder am Boden, in der Kraut- und Strauchschicht oder in der Baumschicht wiederfinden, kann man die jeweiligen Stockwerke ähnlich den Ökosystemen als nicht direkt umgrenzte Kompartimente betrachten. Wodurch sind unter natürlichen Bedingungen die Tiere oder Pflanzen einer Art gegen Tiere oder Pflanzen einer anderen Art abgegrenzt? — Tiere oder Pflanzen einer Art können sich nur untereinander fruchtbar fortpflanzen. Diskutiere mögliche Parallelen zwischen den Ebenen Zelle — Gewebe — Organ — Organismus und Population — Ökosystem — Biosphäre. 24 Basiskonzepte — Die Abstufung Zelle — Gewebe — Organ —Organismus geht vom Grundbaustein zum gesamten System. Ebenso ist die Population in einem Ökosystem der Ausgangspunkt, weil die Lebewesen nur in Wechselbeziehungen miteinander überleben können (ebenso wie die Zellen in einem mehrzelligen Organismus). Mit dem Organismus wäre in dieser Abstufung dann die Biosphäre vergleichbar. Regelung und Steuerung Schülerbuch Seite 179 Untersuche die gezeigten Beispiele nach Gemeinsamkeiten entsprechend folgender Kriterien: Was soll geregelt werden? Wie erfolgt die Regelung? — Durch die veränderte Blattstellung wird der Wasserhaushalt des Sauerklees geregelt. Auslöser ist zu hohe Lichtintensität. Im Beispiel Temperatur und Wasserverdunstung werden der Wasserhaushalt und der Gasaustausch in den Blättern geregelt. Dies geschieht u. a. osmotisch durch die Weite der Spaltöffnungen. Die Kreisläufe zeigen, dass gegenläufige Prozesse dazu führen, dass z. B. bestimmte Gaskonzentrationen annähernd gleich bleiben oder sich Wasserstände langfristig nicht verändern. Die Wasserqualität wird in Fließgewässern durch die Tätigkeit von Mikroorganismen und Kleintieren geregelt. Der Begriff „Biologisches Gleichgewicht“ steht stellvertretend für komplizierte Wechselwirkungen zwischen Räuber und Beute. Das Heizungsbeispiel zeigt die Regulation der Raumtemperatur; es ist gleichzeitig ein Beispiel für Steuerung, da der Mensch den Sollwert verändern kann. Mit welchen Mechanismen regelt der Sauerklee seine Fotosyntheseleistung? — Die Pflanzen wachsen an schattigen Standorten und blühen, bevor die Laubbäume Blätter haben. Sie besitzen dünne Schattenblätter. Durch das Einklappen der Blätter bei zu hoher Bestrahlung wird einerseits der Wasserhaushalt geregelt, andererseits aber auch eine Zerstörung der zarten Schattenblätter verhindert. Diskutiere, ob für die Pflanzen heißer Zonen immer die Alternative „Verhungern oder Verdursten“ zutrifft. — Werden bei hohen Temperaturen die Spaltöffnungen geschlossen, um nicht zu „verdursten“, kann kaum Fotosynthese betrieben werden, da über die Spaltöffnungen auch das Kohlenstoffdioxid aufgenommen wird. Damit würde die Pflanze „verhungern“. Die meisten Pflanzen, die an heiße Standorte angepasst sind, haben Auswege aus diesem Dilemma gefunden. Sie betreiben z. B. die Fotosynthese vorwiegend am Morgen und späten Nachmittag oder entwickeln besondere chemische Prozesse. Suche nach Gründen für den Anstieg des Kohlestoffdioxidanteils in der Luft. Welche Folgen ergeben sich daraus? — In den Gaskreislauf hat der Mensch dadurch eingegriffen, dass er fossile Brennstoffe verstärkt abbaut und damit Kohlenstoffdioxid, das eigentlich in Öl, Gas oder Kohle gebunden war, freisetzt. Die Folgen ergeben sich aus dem Treibhauseffekt, d. h. einem Anstieg der Durchschnittstemperaturen, wodurch Polkappen abschmelzen und verstärkt Unwetter und Umweltkatastrophen auftreten. Welche Faktoren tragen zur Selbstreinigung von Fließgewässern bei? — Bakterien können unter Energiegewinn Schwefelwasserstoff, Ammonium und Methan abbauen. Sie dienen selbst wieder Einzellern als Nahrung, die wiederum von Wirbellosen gefressen werden. Wenn dann wieder genügend Licht einfallen kann, werden Algen und Wasserpflanzen als Sauerstoffproduzenten aktiv und das Wasser hat wieder eine Qualität, in der auch Fische vorkommen können. „Die Regelung einer konstanten Körpertemperatur bei gleichwarmen Tieren ist viel komplizierter als die Regelung einer konstanten Raumtemperatur.“ Finde Gründe für diese Aussage. Bedenke dabei z. B., ob du bereits Situationen erlebt hast, in denen dir kalt oder warm wurde, ohne dass sich die Umgebungstemperatur geändert hat. — Die Körpertemperatur des Menschen wird nicht nur durch die Umgebungstemperatur oder die durch körperliche Aktivität entstehende Wärmeenergie beeinflusst (wie etwa eine kühle Umgebung eines Zimmers oder ein heizender Ofen in einem Raum). Wir frieren oder schwitzen z. B. auch, wenn wir aufgeregt oder verängstigt sind. Emotionen spielen also auch eine Rolle. Basiskonzepte 25 Stoff- und Energieumwandlung Schülerbuch Seite 181 Gib bei den in den Knoten genannten Beispielen die genutzte Energiequelle und die entstehenden Energieformen an. — Anmerkung: Bei allen Energieumwandlungen geht ein Teil als Wärme verloren und erhöht die thermische Energie der Umgebung. Dies wird hier nicht jedes Mal aufgeführt. Beispiel Energiequelle entstandene Energieformen Zimmerpflanze Licht chemische Energie Radfahrer chemische Energie Bewegungsenergie Baby chemische Energie Bewegungsenergie, chemische Energie (Baustoffe) Getreidekeimling chemische Energie chemische Energie (Baustoffe) Benenne die Zellbestandteile, die in den Grafiken zur Fotosynthese und zur Zellatmung mit den Kugeln dargestellt sind. — Fotosynthese: Chloroplast; Zellatmung: Mitochondrium Ändere die Grafik zur Energiebilanz, wenn statt eines Radfahrers ein ruhender Mensch dargestellt wird. — Die Bewegungsenergie fällt weg und der Gesamtumsatz ist geringer. Vergleiche den Stoffwechsel eines Säuglings mit dem eines Weizenkeimlings. Beschreibe Unterschiede und Gemeinsamkeiten. — Unterschiede: Der Säugling wird gesäugt (Zufuhr von Nährstoffen), der Weizenkeimling nutzt Nährstoffe des Mehlkörpers (Vorrat von Nährstoffen); ein Säugling setzt viel mehr Energie um und produziert mehr Wärme, ... Gemeinsamkeiten: Zellatmung, Aufnahme von Sauerstoff und Abgabe von Kohlenstoffdioxid, Wachstum, Wärmeabgabe, ... Mitochondrien werden oft als die „Kraftwerke der Zelle“ bezeichnet. Finde einen entsprechenden Begriff für die Chloroplasten. — Die Chloroplasten könnten als „Solarzellen der grünen Pflanzen“ bezeichnet werden. Wenn man betonen will, dass die Chloroplasten die Energieträger für die Kraftwerke liefern, wäre auch die Bezeichnung „Bergwerke der Zelle“ denkbar. „Wer abnehmen will, muss weniger essen und viel Sport treiben.“ Erkläre diese Aussage mit Energieumwandlungen. — Wer abnehmen will, muss im Körper gespeicherte Energieträger (z. B. Fett) abbauen. Dazu muss mehr Energie verbraucht werden als zugeführt wird. 26 Basiskonzepte Der Kern einer Kirsche ist von einem nährstoffreichen Fruchtfleisch umgeben. Erläutere die biologische Bedeutung der Nährstoffe im Fruchtfleisch. — Nährstoffe im Fruchtfleisch dienen oft dem Anlocken von Tieren zur Samenausbreitung. (Anmerkung: Die Nährstoffe im Samen sind für den Keimling bestimmt.) Pflanzen produzieren Nährstoffe, die von Tieren mit der Nahrung aufgenommen werden. Durch den Abbau von Nährstoffen ist es Tieren möglich, sich zu bewegen. Stelle die beschriebenen Energieumwandlungenvon Pflanze und Tier in einer Grafik dar. — In der Grafik sollte der Energiefluss deutlich werden. „Die Sonne spendet Leben.“ Erläutere diesen Satz. Beachte dabei die energetischen Aspekte. — Ohne Sonne könnten Pflanzen keine Nährstoffe produzieren und Leben auf der Erde wäre nicht möglich. Alternative Begründung: Der Energiefluss käme zum Erliegen. Information und Kommunikation Schülerbuch Seite 183 Suche weitere Beispiele für die Kommunikation von Zellen, Organen und Organismen, auch zwischen verschiedenen Arten. Untersuche dabei jeweils, wer Sender und wer Empfänger ist und welche Information transportiert wird. — Weitere Beispiele auf der Ebene der Zellen sind die die Botenstoffe, die zum Wundverschluss ausgetauscht werden müssen oder zu Abstoßungsreaktionen bei transplantierten Organen führen. Beispiele auf der Ebene von Organen findet man bei der Entwicklung des Embryos und Fetus. Kommunikation zwischen Organismen zeigt die Tanzsprache der Bienen, die Partnersuche bei Insekten, das Verhalten der Waldameisen (Duftstraßen) oder die Sprache der Delfine bzw. Hunde. Die UV-empfindlichen Augen der Bienen sind ein Beispiel für Sinnesorgane, wie wir sie nicht haben. Ein Beispiel für andersartige Sinnesorgane ist der Nilhecht. Er ist in der Lage, mit elektrischen Signalen sein Revier zu verteidigen oder in der Fortpflanzungsperiode ein Weibchen anzulocken. Was ist dazu auf der „Empfängerseite“ notwendig? Beschreibe allgemein den Zusammenhang zwischen Signalen und Sinnesorganen. — Wenn elektrische Signale ausgesendet werden und beim Empfänger eine Reaktion bewirken sollen, muss dieser die Signale auch wahrnehmen können, d. h. entsprechende Sinnesorgane besitzen. Allgemein gilt: Wenn sich Organismen mit chemischen, akustischen oder optischen Signalen verständigen können, gibt es entsprechend reagierende Sinnesorgane, die diese Signale verarbeiten können. Bei vielen Tieren sind Duftstoffe ein wichtiges Mittel zur Verständigung untereinander. Chemische Signale werden auch von Pflanzen ausgesendet. In der menschlichen Kommunikation spielen Duftstoffe dagegen eine untergeordnete Rolle. Begründe. — Beim Menschen sind besonders Augen und Ohren als „Leitsinne“ ausgeprägt, weniger die Nase. Außerdem verfügt der Mensch über eine sehr differenzierte Sprache, durch die mehr Information vermittelt werden kann als durch chemische Signale. Pflanzen setzen bestimmte chemische Substanzen frei, wenn sie durch fressende Raupen verletzt werden. Durch diese Duftstoffe werden dann Schlupfwespen oder andere Feinde der Schmetterlingsraupen angelockt. Dies ist ein Beispiel dafür, dass verschiedene Arten miteinander kommunizieren können. Suche ähnliche Beispiele. Kann man von einer „Sprache der Pflanzen“ reden? — In diesem Beispiel haben Pflanze, Schmetterling und Schlupfwespe zwar miteinander kommuniziert, von einer Sprache in dem Sinne, wie Tiere oder der Mensch sie benutzen, kann man aber nicht reden. Weitere Beispiele sind: Amseln stoßen z. B. Warnrufe aus, wenn eine Katze ins Revier eindringt. Diese Laute zeigen der Katze nicht nur, dass sie gesehen wurde, sondern sie werden auch von anderen Vogelarten verstanden. Basiskonzepte 27 Variabilität und Angepasstheit Schülerbuch Seite 185 Beschreibe an selbst gewählten Beispielen die Unterschiede zwischen Variabilität, Angepasstheit und Anpassung. — Variabilität zeigt sich zwischen Geschwistern, Angepasstheit im Körperbau aller Individuen einer Art und Anpassung bei individuellen Reaktionen. Das Tracheensystem der Insekten verdeutlicht in seinem Aufbau ein biologisches Prinzip, das im Basiskonzept „Struktur und Funktion“ dargestellt wird. Erkläre. — Das Tracheensystem der Insekten verdeutlicht ebenso wie die Kiemen der Fische oder die Lungen der Vögel und Säugetiere das Prinzip der Oberflächenvergrößerung. Durch feinste Verästelungen gelangen die Chitinröhrchen nicht nur in jeden Bereich des Körpers, sondern gewährleisten auch eine ausreichende Sauerstoffversorgung. Moose und Farne unterscheiden sich in ihrem Grundbauplan deutlich von dem der Blütenpflanzen. Vergleiche. — Moose und Farne (siehe S. 100/101 des Schülerbuches) zählen zu den Sporenpflanzen, bilden also keine Samen, die durch Bestäubung und Befruchtung innerhalb einer Blüte entstehen. Die winzigen Sporen sind in Sporenkapseln eingeschlossen, die bei Trockenheit aufspringen. Die Kapseln befinden sich entweder auf der Unterseite der Blattwedel (Farne) oder werden auf den Sporenträgern extra weit herausgehoben (Moose). Moose und Farne sind sog. Lagerpflanzen, weil sie keine verholzten Sprosse bilden. Die Befruchtung ist an Feuchtigkeit gebunden, da die männlichen Geschlechtszellen (= Schwärmer) Wasser zur Fortbewegung benötigen. Im Unterschied zu den Blütenpflanzen kann man einen „Generationswechsel“ beobachten, d.h. auf eine ungeschlechtliche Vermehrung über die Sporen folgt eine geschlechtliche Phase. An welche Faktoren in ihrer Umgebung sind Oleander und Kakteen angepasst? Erläutere und suche weitere Beispiele dieser Art. — Das Oleanderblatt zeigt im Querschnitt typische Anpassungen an Hitze, Trockenheit und starke Sonneneinstrahlung. Das entspricht den Bedingungen im natürlichen Lebensraum der Pflanze (Südeuropa, Mittelasien). Die bekannten Dornen der Kakteen (s. Seite 63 Schülerbuch) sind extrem reduzierte Blätter. Auf diese Weise wird die Wasserverdunstung stark eingeschränkt. Fotosynthese betreiben diese Pflanzen über die ganze grüne Sprossachse, die eine geringe Oberfläche hat. Gleichartige Umweltbedingungen können auch bei nicht näher verwandten Arten eine gleichartige Angepasstheit bewirken. Die Ausbildung solcher Ähnlichkeiten nennt man Konvergenz. Erkläre dies an einem selbst gewählten Beispiel. 28 Basiskonzepte — Beispiel für Konvergenz sind z. B. die strömungsgünstige Körperform bei verschiedenen Wirbeltieren (Hai, Ichthyosaurier, Pinguin, Delfin), die Angepasstheit an ähnlichen Nahrungserwerb bei Mauersegler und Rauchschwalbe oder Kolibri und Nektarvögel. Bei Pflanzen zeigen z. B. die Blattquerschnitte unterschiedlicher Arten aus dem gleichen Lebensraum Anpassungsähnlichkeiten (z. B. versenkte Spaltöffnungen in heiß-trockenen Gebieten). Warum können sich besondere Angepasstheiten auf Inseln schneller entwickeln als auf dem Festland? — Die Populationen der Lebewesen sind auf einer Insel von einer Durchmischung ihres Erbmaterials (ihrer angeborenen Eigenschaften) mit angrenzenden Populationen abgeschnitten. Ereignet sich auf der Insel z. B. eine besondere Mutation, so kann sie sich schneller ausbreiten als auf dem Festland. Entwicklung Schülerbuch Seite 187 Häufig gibt es zwei unterschiedliche „Zeitaspekte“, unter denen das Thema betrachtet wird. Beschreibe kurz die genannten Themen und Aspekte. Untersuche dann, ob auch die Metamorphose der Amphibien unter diesen beiden Zeitaspekten gesehen werden kann. — Der eine Zeitaspekt ist jeweils die individuelle Entwicklung (wie z. B. das einzelne Küken aus dem Ei entsteht und sich weiterentwickelt), der andere die stammesgeschichtliche Entwicklung (wie sich z. B. die Vögel aus Reptilienvorfahren entwickelt haben). Die Entwicklung aus dem Ei oder aus Samen zeigt beide Aspekte, ebenso die Entwicklungslinien. Die Metamorphose der Amphibien spiegelt auch wieder, wie sich einstmals erste Landformen entwickelt haben könnten. Die Koevolution betrifft sehr lange Zeiträume, die Sukzession in diesen Größenordnungen eher kurze. Die Mistel ist ein Beispiel aus dem Pflanzenreich, wo man von Parasit und Wirt sprechen könnte. Sie sitzt auf den Ästen der Bäume, saugt Wasser und Mineralsalze aus den Leitungsbahnen der Wirtspflanze, besitzt aber Blattgrün und kann Fotosynthese betreiben. Ist sie ein echter Parasit? — Die Mistel wird als Halbparasit bezeichnet, weil sie über die Fotosynthese ihre Nährstoffe selbst produziert. Vier Fünftel aller Landpflanzen besitzen eine Mykorrhiza. Da einzelne Hyphen der Pilze bis in die Wurzelrinde vordringen, scheint auf den ersten Blick eine parasitische Beziehung vorzuliegen. Fehlt aber diese Wurzelverpilzung, gedeihen die Pflanzen besonders auf mineralstoffarmen Böden sehr schlecht. Informiere dich über die wechselseitige Beziehung und begründe, warum hier kein Parasitismus vorliegt. — Die Mykorrhiza ist eine Symbiose, da beide Partner Vorteile aus der Beziehung haben. Ist die individuelle Entwicklung der Pflanzen mit den Entwicklungsschritten der Tiere zu vergleichen? Betrachte z. B. die Zygote, den Embryo und den „jungen“ Organismus. — Die Zygote entsteht sowohl bei Pflanzen als auch bei Tieren durch die Verschmelzung einer männlichen und weiblichen Keimzelle. Die entstehenden Samen der Pflanzen besitzen z. B. eigene Nährstoffe, wie sie auch das Hühnerküken im Ei hat. Der Pflanzenembryo (siehe Bohnenkeimung) hat meistens eine andere Gestalt als die ausgewachsene Pflanze, während „junge“ Organismen den älteren stärker gleichen als bei den Tieren. Basiskonzepte 29
