Monera, Protisten, Pilze, Pflanzen: Biologie Tema 10 und 11 – Ernährung der Pflanzen

Thema 10: Die Reiche der Lebewesen

Monera: Zu den Monera gehören Bakterien und Archaeen, einzellige Lebewesen ohne echten Zellkern (prokaryotische Zellen), die etwa 1 Milliarde Jahre auf der Erde existieren.

• Eubakterien: Grüne Bakterien sind fotoautotroph, sie produzieren keinen Sauerstoff (O₂) und besitzen Chlorophyll (Bacteriochlorophyll).
• Proteobakterien: Breite Gruppe gramnegativer Bakterien, zu der auch fotosynthetische und heterotrophe Arten wie Legionella gehören.
• Spirochäten: Gramnegative Bakterien, die spiralförmig gewunden sind.
• Cyanobakterien (blaugrüne Algen): Sie betreiben Photosynthese mit Chlorophyll und sind die Vorläufer der Chloroplasten. Sie wandeln Stickstoff der Atmosphäre in Verbindungen um.
• Chlamydien: Intrazelluläre Parasiten, die nicht außerhalb der Wirtszelle leben können.
• Grampositive Bakterien: Heterotrophe Bakterien mit großer Bedeutung für die Lebensmittelindustrie. Einige sind Krankheitserreger, z. B. der Erreger der Tuberkulose.
• Archaeen: Sie leben unter extremen Bedingungen.
  • Halophile: Leben in extrem salzhaltigen Lösungen (Salzseen).
  • Methanogene: Produzieren Methan aus CO₂ und H₂, z. B. im Verdauungstrakt von Tieren und in Feuchtgebieten.
  • Thermoacidophile: Leben in sehr sauren und sehr heißen Umgebungen (über 60 °C).

Protisten

Protisten: Die Protisten sind eukaryotische Organismen ohne einheitliche taxonomische Kategorie. Sie bilden eine sehr vielfältige Gruppe mit unterschiedlichen Merkmalen.

• Algen: Meist einzellig oder mehrzellig, fotosynthetisch in aquatischen Lebensräumen und Grundlage der trophischen Ebenen (Produzenten).
  • Dinoflagellaten: Einzellig, mit zwei Geißeln, produzieren starke Toxine und können sich explosionsartig vermehren, wodurch das Wasser rot gefärbt wird (Rote Flut).
  • Kieselalgen: Einzellig, in Süß- und Salzwasser, mit Schutzhülle aus Kieselsäure. Werden u. a. als Bienenwachs-Ersatz genutzt.
  • Euglenen: Einzellige Mikroorganismen im Süßwasser, bewegen sich mit einer Geißel, besitzen Chloroplasten und können auch ohne Licht heterotroph leben.
  • Rotalgen: Mehrzellige Organismen, deren Farbe durch Pigmente entsteht. Sie bilden Kalkablagerungen und tragen zum Aufbau von Korallenriffen bei.
  • Braunalgen: Mehrzellige Organismen an felsigen Küsten, einige erreichen über 100 m Länge und bilden echte Unterwasserwälder.
  • Grünalgen: Enthalten Chlorophyll, sowohl einzellig als auch mehrzellig. Sie zeigen Ähnlichkeiten mit Landpflanzen und leben vor allem im Süßwasser.
• Protozoen: Einzellige, heterotrophe Organismen.
  • Geißeltierchen (Zooflagellaten): Bewegen sich mit Geißeln, leben im Boden oder Wasser, einige verursachen Krankheiten wie die Schlafkrankheit.
  • Wurzelfüßer (Sarkodinen): Bewegen sich mit Scheinfüßchen (Pseudopodien), die meisten sind frei lebend, einige sind Parasiten.
  • Sporentierchen (Sporozoen): Parasiten, die im erwachsenen Stadium keine Fortbewegungsorgane besitzen.
  • Wimpertierchen (Ciliaten): Leben in Süß- und Salzwasser, ihr Körper ist von Wimpern umgeben.
• Wasserschimmel und Schleimpilze: Fadenförmige Organismen, die Zellulose in den Zellwänden besitzen. Einige verdauen organische Substanz über Enzyme.
  • Oomyceten (Wasserpilze): Fadenförmig, eng verwandt mit Algen, aber nicht zu den Pilzen gehörig.
  • Myxomyceten (Schleimpilze): Plasmodium-Form, eine Zellmasse mit vielen Zellkernen, sehr auffällig.
  • Acrasiomyceten: Einzellig, fressen Bakterien und bewegen sich bei ungünstigen Bedingungen zu einem geeigneten Ort, um sich zu vermehren.

Reich der Pilze

Pilze: Heterotrophe, meist mehrzellige Eukaryoten (einige einzellig), unbeweglich. Die meisten bilden Hyphen (Myzel). Sie ernähren sich durch Zersetzung organischer Substanz. Sexuelle und asexuelle Fortpflanzung sind möglich.

• Zygomyceten: Zersetzen pflanzliches oder tierisches Material, z. B. Schimmelpilze auf Brot.
• Ascomyceten (Schlauchpilze): Bilden Sporen in Schläuchen (Asci). Viele verursachen Fäulnis bei Obst.
• Basidiomyceten (Ständerpilze): Bilden Sporen auf besonderen Fruchtkörpern, z. B. Speisepilze.

Reich der Pflanzen

Pflanzen: Mehrzellige, autotrophe Organismen mit Kutikula, Spaltöffnungen und Wurzeln. Sie betreiben Photosynthese und sind die Produzenten der Nahrungskette.

• Moose (Bryophyten): Pflanzen ohne Leitgewebe (Gefäße und Lignin), ohne Samen. Sie nehmen Wasser und Nährstoffe über die Oberfläche auf und besitzen Rhizoide statt echter Wurzeln.
  • Lebermoose: Primitive Pflanzen ohne Spaltöffnungen, flach und thallusförmig.
  • Laubmoose: Besitzen Rhizoide und blattartige Strukturen (Phyllioden).
• Farne (Pteridophyten): Besitzen Leitgewebe (Xylem und Phloem) aus Lignin. Sie vermehren sich über Sporen in Sporangien und Sori.
  • Schachtelhalme: Feuchte Standorte, erinnern an Bambus, enthalten Kieselsäure.
  • Farne: Große und vielfältige Gruppe kernloser Pflanzen, die Sporen bilden.
• Nacktsamer (Gymnospermen): Samen ohne schützende Fruchthülle.
  • Cycadeen: Palmenähnliche Pflanzen mit Samen, sehr alt.
  • Ginkgo: Im Jura verbreitet, heute vor allem als Zierbaum kultiviert.
  • Nadelgehölze (Koniferen): Größte Gruppe der Nacktsamer, z. B. Kiefern und Fichten.
• Bedecktsamer (Angiospermen): Blütenpflanzen, die letzten entwickelten Pflanzen und heute dominierend. Sie sind sehr vielfältig und durch Blüten, die Insekten anlocken, erfolgreich.

Einteilung der Blütenpflanzen

Monokotyledonen (Einkeimblättrige): Beispiele: Schwertlilien, Tulpen, Weizen, Palmen. Merkmale: ein Keimblatt, parallelnervige Blätter, Faserwurzeln, Blütenteile meist in 3er-Vielfachen.

Dikotyledonen (Zweikeimblättrige): Beispiele: Rose, Eiche, Mandelbaum. Merkmale: zwei Keimblätter, netzartig verzweigte Blattadern, Pfahlwurzel, Blütenteile meist in 4er- oder 5er-Vielfachen.

Taxonomie

Taxonomie: Die Wissenschaft, die sich mit der Klassifizierung der Lebewesen beschäftigt. Die acht Taxa sind: Domäne, Reich, Stamm, Klasse, Ordnung, Familie, Gattung und Art. Eine Art umfasst Organismen, die fruchtbare Nachkommen erzeugen können und ein gemeinsames genetisches Erbe haben.

Nomenklatur: Die Teildisziplin der Taxonomie, die Regeln zur Benennung festlegt. Verwendet wird die binäre Nomenklatur mit lateinischem Gattungs- und Artnamen.

Geschichte der Klassifikation

• 18. Jh.: Carl von Linné führte die binäre Nomenklatur ein und ordnete Lebewesen in Pflanzen- und Tierreich.
• 19. Jh.: Charles Darwin begründete die Evolutionstheorie und den gemeinsamen Stammbaum.
• 19. Jh.: R. H. Whittaker schlug fünf Reiche vor: Monera, Protisten, Pilze, Pflanzen und Tiere.
• L. Margulis und K. Schwartz erweiterten das System um die Protisten als eigenständige Gruppe.
• Drei-Domänen-System: Bakterien, Archaeen und Eukaryoten.

Stammbaum: Ein Schema, das die natürlichen Verwandtschaftsbeziehungen zwischen Arten darstellt. Arten gehören nur dann zur gleichen Gruppe, wenn sie einen gemeinsamen Vorfahren haben.

Thema 11: Die Funktion der Ernährung

Die Ernährung ist ein Prozess, durch den Organismen Energie und Stoffe aufnehmen, die sie für ihre eigenen Strukturen und lebenswichtigen Funktionen benötigen.

Wichtige Nährstoffe

• Kohlenstoff (C, als CO₂): Bestandteil aller organischen Moleküle.
• Sauerstoff (O, als H₂O): Bestandteil vieler organischer Moleküle.
• Wasserstoff (H, als H₂O): Bestandteil aller organischen Moleküle.
• Stickstoff (N, als NO₃^-): Bestandteil aller Aminosäuren und Nukleotide.
• Kalium (K⁺): Beteiligt am Öffnen und Schließen der Spaltöffnungen.
• Calcium (Ca²⁺): Bestandteil der Zellwand, regelt die Durchlässigkeit der Membranen.
• Phosphor (PO₄^3-): Bestandteil von Nukleotiden und Lipiden, bildet Membranen.
• Magnesium (Mg²⁺): Bestandteil des Chlorophylls.
• Schwefel (SO₄^2-): Bestandteil einiger Aminosäuren.

Phasen der Nährstoffaufnahme bei Pflanzen

1. Aufnahme von Wasser und Mineralsalzen über die Wurzel: Mineralstoffe werden nur in gelöster Form über die Wurzelhaare aufgenommen. Der Transport erfolgt über zwei Wege:

• Transzellulärer (symplastischer) Weg: Von Zelle zu Zelle über Plasmodesmen.
• Extrazellulärer (apoplastischer) Weg: Über die Zellwände und Zwischenräume, an der Endodermis durch das Caspary-Band gestoppt.

2. Transport von Wasser und Mineralsalzen im Xylem: Der Saft wird in den Leitgefäßen nach oben transportiert. Zwei Theorien erklären den Aufstieg:

• Kohäsions-Spannungs-Theorie: Durch die Transpiration entsteht eine Saugkraft. Der Zusammenhalt der Wassermoleküle durch Wasserstoffbrücken und die Haftung an den Gefäßwänden ermöglichen einen kontinuierlichen Wasserstrom.
• Wurzeldruck: Durch Ansammlung von Wasser im Wurzelgewebe entsteht ein Druck, der den Saft nach oben drückt. Ein Beweis dafür ist die Guttation, das Austreten von Wassertropfen an den Blattspitzen.

3. Gasaustausch über Spaltöffnungen: Die Spaltöffnungen sind Strukturen der Epidermis, gebildet aus zwei Schließzellen mit einer Öffnung (Ostiole). Wenn Kohlenstoffdioxid (CO₂) für die Photosynthese benötigt wird, öffnen sich die Schließzellen durch eine Protonenpumpe (H⁺). Der dabei entstehende Wasserverlust wird über die Transpiration ausgeglichen.