Station 3: Verschiedene Ökosysteme

NORDAMERIKA und wir
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Klasse: 10
Station 3:
Einblicke in Ökosysteme
Thema 1:
Leben im Wald
Lösungen:
1. Antworten (Film):
a. Auch in einem bewirtschafteten Wald sollte eine bestimmte Menge alter Bäume und
Totholz vorhanden sein. Dies ermöglicht u.a. seltenen Lebewesen ein Überleben. Auf
diese Weise wird in Wirtschaftswäldern die biologische Vielfalt sichergestellt.
b. Totalschutzzone: seit 1970; Entwicklung eines Urwaldes, wie es ihn in Mitteleuropa
früher gab
c. Vom Aussterben bedrohte Arten wie die Zitronengelbe Tramete, scheue Tierarten
2. Die Gesamtheit aller Wechselbeziehungen einer Art mit ihrer Umwelt nennt man ökologische
Nische. Unterschiedliche Arten bilden unterschiedliche ökologische Nischen aus. Dadurch
können auch ähnliche Arten im gleichen Lebensraum nebeneinander existieren.
3. Fichte, zahlreiche Insekten- und Pilzarten im und am Totholz, Kirsche, Buche, Eichhörnchen,
Eiche, Borkenkäfer, Specht, Habicht
4. Nahrungskette:
Borkenkäfer
Specht
Habicht
Konsument 1. Ordnung
K. 2. Ordnung
K. 3. Ordnung
Es fehlt in diesem Beispiel (ab 04.37) die Ernährungsstufe der Produzenten.
5. Viele einzelne Nahrungsketten ergeben ein Nahrungsnetz (s. Schulbuch S. 108).
6. Photosynthese
6 CO2 + 6 H2O + Lichtenergie  C6H12O6 + 6 O2
Zellatmung
C6H12O6 + 6 O2  6 CO2 + 6 H2O + Energie
(in Form von ATP + Wärmeverluste)
7. Die Maus ist ein gleichwarmes Säugetier. Somit muss ein größerer Teil der aufgenommenen
Nahrung zur Umwandlung von chemischer Energie (in Nahrung gespeichert) in Wärmeenergie genutzt werden, damit sie ihre Körpertemperatur unabhängig von der Umgebungstemperatur konstant halten kann. Sie muss außerdem größere Mengen ATP in Vorgänge investieren, die bei der Konstanthaltung der Körpertemperatur eine Rolle spielen (z.B. Muskelzittern).
Der Salamander gehört hingegen zu den Amphibien, ist also wechselwarm. Er kann einen
größeren Anteil der aufgenommenen Nahrung zum Aufbau körpereigener Substanzen nutzen, da er seine Körpertemperatur nicht konstant hält.
8. Bei jeder Stoffumwandlung treten Energieverluste in Form von Wärme auf!
Zufuhr von
Lichtenergie
Abgabe von
Wärmeenergie
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Einblicke in Ökosysteme
Thema 2:
Europäischer Urwald und Regenwald
Lösungen (zum Film):
1. Unter einem Urwald versteht man ein Gebiet, in dem der Mensch nichts verändern darf.
2. 20.000 Pflanzen-und Tierarten
3.
Vorteile:
 Tourismus
 Artenvielfalt bleibt erhalten
 Arbeitsplätze
Nachteile:
 Vorschriften nicht von allen eingehalten (Bauern sehr unzufrieden über Vorschriften)
 Ernteausfälle (durch Verbot, Ernte einzuholen)
 keine Genehmigung aller Bauvorhaben
 Das wurde im Film nicht genannt: Die versprochenen Ausgleichszahlungen (z.B. wegen Ernteausfällen) durch die Regierung kamen bisher bei den Menschen nicht an.
Lösungen zum Informationstext:
1. Europäische Länder mit ursprünglichem Regenwaldbestand:
Norwegen, Island, Irland, GB (Westküste), Frankreich (Bretagne), Spanien (Nord), Kroatien
und angrenzende Gebiete
2. Kahlschlag bedeutet, dass der Wald komplett abgeholzt wird (s. Abbildung 4 auf Seite 113).
Dadurch sterben alle dort lebenden Tier-, Pflanzen- und Pilzarten (gegebenenfalls auch die
Mikroorganismen), die auf irgendeine Weise von den Bäumen abhängig waren  Verlust der
Artenvielfalt
Bis der Wald in seiner ursprünglichen Form wieder vorhanden ist, braucht es über 100 Jahre
(Waldentwicklung über den Pionierwald zum Schlusswald). Nach Meinung einiger Ökologen
bedarf es hierfür sogar um die 800 Jahre!
Abgestorbene Bäume und anderes Totholz, abgeworfenes Laub und alles andere abgestorbene biologische Material werden durch Destruenten in kurzer Zeit abgebaut und die dabei
entstehenden Mineralien von Pflanzen wieder aufgenommen. Die Böden sind daher in der
Regel nährstoffarm  nicht sehr fruchtbar. Eine erfolgreiche landwirtschaftliche Nutzung
der Böden ist also ohne Einsatz von Düngern nicht möglich.
3. Urwälder sind Wälder, auf die der Mensch keinen Einfluss mehr nimmt. Regenwälder sind im
Grunde genommen auch Urwälder, allerdings ist dort die Niederschlagsmenge deutlich höher als in den übrigen Urwäldern. Das milde Klima und der hohe Niederschlag führen zu einer
für Regenwälder typisch hohen Nettoprimärproduktion (hoher Biomassezuwachs im Jahr).
4. Hypothese: Die größten Bäume der Erde könnten in Gebieten mit relativ gleichmäßigen Temperaturen und einer hohen Niederschlagsmenge vorkommen (s. auch tropische Regenwälder).
Tatsächlich ist es verblüffend, wie wenig über die Gründe der verschiedenen Baumhöhen auf unserer Erde bekannt ist. So veröffentlichte die Universität Helsinki im Fachblatt „New Phytologist“ kürzlich einen Artikel, der einen statistischen Zusammenhang zwischen
Wuchshöhe und Temperatur herstellt. Umweltfaktoren wie Boden,
Winddruck und die Vielfalt konkurrierender Baumarten seien gemäß
dieser Studie allerdings auch nicht zu unterschätzen.
Die Abbildung zeigt einen Lebensriesenbaum in British Columbia in
Kanada (Wuchshöhen von bis zu 50–70 m, daneben Herr Mehl).
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Einblicke in Ökosysteme
Thema 3:
Bewahrung des Ökosystems Meer
Lösungen (zum Film):
1. Das Meer ist die größte Nahrungsquelle der Welt. Für 1,2 Mrd. stellt Fisch den Hauptbestandteil der Ernährung dar.
2. Die Fischbestände sind in den letzten 60 Jahren um 90% gesunken.
3. Grund: Industrielle Fischerei
 Langleinenfischerei (Einsatz von Haken und Fischködern)
 Schleppnetzfischerei mit äußerst großen Schleppnetzen (Platz für 500t Fisch)
4. Hierbei handelt es sich um zufällig mitgefangene Meerestiere.
5. Viele der Zuchtfische sind Raubfische. Raubfische sind Konsumenten höherer Ordnung (!) 
Energie- und Biomasseverluste nehmen von Trophieebene zu Trophieebene () immer stärker zu  ineffizient
6. Nachdem die Politik scheinbar außer Stande ist, Ratschlägen von Experten zu folgen (s. Europa und der Blauflossenthunfisch), liegt die Verantwortung bei uns  Bewusste Ernährungsgewohnheiten (Informationspflicht des Einzelnen!)
Lösungen zum Informationstext 1:
Europäischer Flussaal: nein (weder Wildfang noch Zucht)
Regenbogenforelle: aus Zucht (Naturlandsiegel, Finnland, Dänemark) i.O.; wenn es sein
muss: Zucht (Europa), aus Zucht Südamerika nein
Karpfen: i.O.
Lösungen zum Informationstext 2:
1. Thunfische ernähren sich von Konsumenten höherer Ordnungen.
Stufe 1: Mikroalgen (Produzenten), Stufe 2-4: Konsumenten der Ordnung 1 bis 3
Es handelt sich hierbei allerdings um einen Mittelwert von 8 Arten!
Der Rote Thun beispielsweise gilt mit einer Spitzengeschwindigkeit bei der Jagd von 80 km/h
als eine Fressmaschine, der in Rudeln ähnlich wie Wölfe, auch Haie und Tintenfische jagt.
Dieser zeigt dementsprechend einen höheren MTL-Wert!
2. Die marine Nahrungskette wird Stufe für Stufe überfischt, bis irgendwann nur noch Arten eines niedrigeren trophischen Levels übrig sind wie etwa Quallen.
3. Wenn jede Trophiestufe gleichermaßen ausgebeutet wird, bleibt der MTL gleich.
Die Daten beruhen auf den Angaben der Fischer  Verlässlichkeit der Angaben z.T. zweifelhaft
Lösungen zum Informationstext 3:
1. Lebensraum für epiphytische oder Aufwuchs-Algen, aber auch für Kleintiere, die in den weichen Sedimenten nicht leben könnten und für Tiere, die ihre Gänge in der Nähe der Wurzelsysteme graben  Nahrungsquelle für beispielsweise pflanzenfressende Fische, aber auch
für Watttiere und Zugvögel. Ort zur Fortpflanzung für manche Arten; Produzent großer Mengen Sauerstoff, Verbesserung der Wasserqualität (z.B. Entfernung von Schadstoffen)
2. Wäre das Habitat intakt gewesen, wäre es nicht von Menschen besiedelt gewesen  Art
Schutzzone bis zu ersten Siedlungen; Strömungshindernisse wie z.B. Muschelbänke, Seegraswiesen oder Sandbänke können der Welle (Sturmflut nach Hurrikans!) die Kraft nehmen.
Bauwerke aus Beton, Buhnen und Molen führen hingegen zu rapider Erosion.
Es herrscht Konsens darüber, dass man die Fluten nicht für immer aussperren kann. Platz
machen statt Widerstand leisten, sollte also das Motto lauten.
3. Menschen sind besonders von den Folgen eines Hurrikans betroffen (Zahl der Hurrikans steigend).  Der Schutz der Ökosysteme ist sinnvoll gemäß der Erhaltungsfunktion (Abnahme
der Erosion) und Regulierungsfunktion (Wucht der Wellen wird gebremst). Bewahrung der
Ökosysteme für die dort lebenden Menschen also aus ökonomischer Sicht sinnvoll (weniger
Kosten
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Thema 4:
Ökosystem Maisfeld
Lösungen:
1. Abgabe der Bewertung bei Frau Mehl!
2. Zum einen wird der Mais spät im Jahr ausgesät, das heißt, manche Vögel könnten im Frühjahr auf den noch ungenutzten Feldern beginnen zu brüten, werden dann aber gestört, zum
anderen könnten die nach der Saat gebauten Nester auch beim Ausbringen von Herbiziden
zerstört werden.
Hinweis: Die meisten Getreidearten können bereits im März ausgesät werden, manche sogar
im Herbst.
Des Weiteren könnten die Vögel unter dem Rückgang des Grünlandes leiden (weniger Nahrung als im Grünland?) und der dortigen stärkeren Bewirtschaftung (Zunahme der Mähgänge
 größere Wahrscheinlichkeit beim Mähen umzukommen).
3. Führt man in das Ökosystem einen Fressfeind ein, könnte die Maiszünslerpopulationsdichte
verringert werden. Es könnte allerdings passieren, dass der Fressfeind bei einem starken
Rückgang der Maiszünslerpopulationsdichte andere
Beutetiere jagen muss  Folgen für das Ökosystem
nicht vorhersagbar
Abb.: Adultform des Maiszünslers
http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Ostrinia
_nubilalis01.jpg
4. Nachdem der Maiszünsler zu den Schmetterlingen
gehört, müssten die Raupen durch das Toxin getötet werden. Des Weiteren spricht die Bildung zweier Generationen pro Jahr dafür, den Bt-Mais anzubauen, da nur so die Menge an in die Umwelt ausgebrachten Pestiziden nicht zu hoch wird.
Andererseits sollte man Folgendes bedenken:
Schädlinge werden früher oder später unempfindlich gegenüber Pflanzenschutzmitteln, mit denen
sie bekämpft werden. Das ist auch beim Einsatz
Raupe des Maiszünslers
von Bt-Präparaten nicht anders oder bei gentech- Abb.:
http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Corn_borer.jpg
nisch veränderten Pflanzen, die Bt-Proteine bilden. Wenn resistente Schädlinge auftauchen, besteht die Gefahr, dass das Bt-Konzept hinfällig wird und auch klassische Bt-Präparate nicht mehr greifen.
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Einblicke in Ökosysteme
Thema 5:
Popcorn
Lösungen:
1. Wichtige Informationen:
 Eiweiße (Proteine) können durch Einwirkung von Säure oder Lauge zerlegt werden.
 Sie bestehen aus Aminosäuren.
O
 Aminosäuren zeichnen sich durch den Besitz einer Amino- und
einer Carboxygruppe aus; Sie unterscheiden sich lediglich im H2N
OH
Rest. Die Skelettformel rechts zeigt die einfachste Aminosäure,
Glycin.
 Am Aufbau von Proteinen sind ausschließlich -Aminosäuren beteiligt.
2. In deinem Schulbuch auf S. 149 ist die Strukturformel angegeben.
3. 2,6-Diaminohexansäure
4. Mais enthält nur wenig Lysin und Tryptophan. Hierbei handelt es sich allerdings um für den
Menschen essenzielle Aminosäuren, das heißt, er muss sie über die Nahrung zuführen. Ernährt sich jemand ausschließlich von Mais, können Mangelerscheinungen auftreten.
5. Reaktion 1
Reaktion 2
6. Es handelt sich um ein Dipeptid. Die Bindung bezeichnet man als Peptidbindung.
7. Beobachtungen:
 Typ 1 braucht länger, bis die Körner poppen.
 Typ 1 bringt nicht so große und weiße gepoppte Körner hervor (sie sind kleiner, ein
wenig dunkler).
 Fast alle Körner von Typ 1 poppen, einige färben sich aber stellenweise schwarz.
Hypothese und ihre Überprüfung:
Für ein gelungenes Poppen scheint Wasser vonnöten zu sein. Bei Typ 1 ist der Wassergehalt
im Korn durch das behutsame, aber kontinuierliche Erwärmen im Backofen wahrscheinlich
gesunken. Würde man die Körner von Typ 1 noch länger bei 80°C erwärmen oder sehr alte
verwenden, müssten sie aufgrund eines zu niedrigen Wassergehalts zusehends schlechter
und ab einem bestimmten Zeitpunkt gar nicht mehr poppen.
8. Das gepoppte Korn färbt sich nach Zugabe der Iodlösung blau. Dies ist ein Nachweis für Stärke. Iod lagert sich hierbei in die Hohlräume der Spiralen ein, was die Blaufärbung verursacht.
9. Ein Korn kann nur gut poppen, wenn es eine harte Schale besitzt, so dass sich genügend
Druck beim Erhitzen im Korn aufbauen kann.
Der Druck ist auf das Wasser im Endosperm zurückzuführen, welches ab einer gewissen
Temperatur gasförmig wird. Das Maiskorn muss also wasserhaltig sein.
Stärke bildet beim Erhitzen mit Wasser ein Gel. Das Korn muss genügend Stärke enthalten.
Zusatzinformation:
Tritt dieses flüssige Gel schlagartig aus, wenn das Korn explodiert, dann kühlt es sich sehr
rasch ab. Die Porenbildung im fest werdenden Gel ist auf den expandierenden Dampf zurückzuführen. Das Weiße ist somit die Stärke des durchsichtigen Endosperms als fester Schaum.
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