Bioindikatoren – Bestimmen und Bedeutung

Bioindikatoren – Bestimmen und Bedeutung Übung

• Definiere die Begriffe Bioindikatoren und Zeigerpflanzen.

  Tipps

  Daphnien sind kleine Krebse (siehe Abbildung rechts). Da sie empfindlich auf Schadstoffe im Wasser reagieren, geben sie Auskunft über die Wasserqualität.

  Lösung

  Viele Pflanzen reagieren spezifisch und schnell auf die gesamten Umweltbedingungen. Das bedeutet aber nicht, dass sie sich schnell an Umweltveränderungen anpassen können – ganz im Gegenteil. Sie sind an abiotische Faktoren gut angepasst und haben eine geringe Toleranz gegenüber Veränderungen. Verändert sich ein bzw. verändern sich mehrere abiotische Faktoren, sind viele Pflanzen nicht mehr lebens- oder konkurrenzfähig.

  Ein Beispiel: Der Scharfe Mauerpfeffer wächst auf Böden, die stickstoffarm sind. Nimmt der Stickstoffgehalt zu, z.B. aufgrund von Pestizideinsätzen oder wegen eines Fabrikunfalls, stirbt der Mauerpfeffer und wird beispielsweise von der Großen Brennnessel verdrängt, die wiederum gut an stickstoffreiche Böden angepasst ist.

  Diese beiden Pflanzen sind Beispiele für Bioindikatoren bzw. Zeigerpflanzen. Aufgrund ihrer geringen Toleranz gegenüber Veränderungen in der Stickstoffkonzentration im Boden geben sie Auskunft darüber, ob der Boden eher stickstoffarm oder stickstoffreich ist. Es gibt auch Zeigertiere, wie Krebse oder Fische, die z.B. Aussagen über die Wasserqualität eines Flusses zulassen.

• Nenne Möglichkeiten zum Messen von abiotischen Faktoren.

  Tipps

  Das altgriechische Wort anemos bedeutet Wind.

  Die Beleuchtungsstärke wird in der Einheit Lux angegeben.

  Das altgriechische Wort hygrós kann mit feucht oder nass übersetzt werden.

  Lösung

  Die Temperatur wird natürlich mit dem Thermometer gemessen. Spezielle Thermometer gibt es z.B. für den Boden.

  Mit dem Luxmeter (Lux: Einheit der Beleuchtungsstärke) kann man den Faktor Licht messen.

  Möchtest du den pH-Wert des Bodens herausfinden, hilft dir das pH-Meter.

  Ein Hygrometer zeigt an, wie feucht die Luft ist.

  Die Windgeschwindigkeit wird mit dem Anemometer gemessen. Es besteht oft aus kugelförmigen Schalen. Je nachdem, wie stark der Wind in die Schalen bläst, drehen sie sich unterschiedlich schnell.

• Stelle biotische und abiotische Faktoren gegenüber.

  Tipps

  Das griechische Wort abiotisch bedeutet nichtlebend.

  Biotische Faktoren umfassen Interaktionen mit anderen Lebewesen.

  Lösung

  Abiotische Faktoren sind alle Faktoren, die von der unbelebten Natur ausgehen. Dazu zählen Klima (Niederschlag, Lufttemperatur, Wind), Boden und Relief, Licht, Wasser und Feuer sowie chemische Faktoren wie der pH-Wert oder die Salzkonzentration.

  Biotische Faktoren umfassen Interaktionen mit anderen Lebewesen. Das sind u.a. Konkurrenz und Parasitismus, Räuber-Beute-Beziehungen, Symbiosen und auch Altruismus.

• Bestimme Bioindikatoren für verschiedene abiotische Faktoren.

  Tipps

  Manchmal geben dir schon die Namen der Pflanzen einen Hinweis darauf, an welchem Standort sie bevorzugt wachsen.

  Das Gänseblümchen verträgt nur einen niedrigen pH-Wert.

  Lösung

  Es gibt eine Vielzahl von Zeigerpflanzen. Im Folgenden sind einige nach dem abiotischen Faktor und dem Aussagegehalt aufgelistet:

  Boden: Brennnessel (stickstoffreich), Kamille (stickstoffarm), Gänseblümchen (pH-Wert niedrig), Wiesensalbei (pH-Wert hoch)

  Licht: Gelbes Sonnenröschen (sonnig), Sauerklee (schattig)

  Wasser (im Boden): Sumpfdotterblume (nass), Ackerochsenzunge bzw. Ackerkrummhals (trocken)

  Recherchiere doch mal, wie die Pflanzen aussehen. Dann weißt du beim nächsten Spaziergang vielleicht mehr über die Boden-, Luft- und Lichtverhältnisse!

• Zeige auf, dass der pH-Wert des Bodens ohne Labor bestimmt werden kann.

  Tipps

  Die Skala, auf der der pH-Wert gemessen wird, reicht von 0 (stark sauer) bis 14 (stark basisch bzw. alkalisch). Säuren wie die Essigsäure haben einen pH-Wert, der weit kleiner ist als 7.

  Essig hat einen pH-Wert von ungefähr 3. Damit ist er ziemlich sauer.

  Lösung

  Essig hat einen sauren pH-Wert (ungefähr 3), während Backpulver leicht basisch ist (rund 8).

  Reagiert die Essigsäure in dem Essig mit dem Boden unter Bildung von Schaum, kann man daraus auf einen basischen pH-Wert des Bodens schließen. Andersherum führt nur ein saurer Boden mit dem Natron aus dem Backpulver zu einer Reaktion, in der ebenfalls Schaum zu sehen ist. Kommt es bei beiden Stoffen zu keiner Reaktion, ist der Boden neutral, hat also einen pH-Wert von ungefähr 7. Kommt es zu einer der beiden oben genannten Reaktionen, bildet sich das Gas Kohlenstoffdioxid ($CO_2$). Durch dieses Gas wird das Wasser im Boden aufgeschäumt (sonst würden wir das farblose Gas gar nicht „sehen“).

  Übrigens kann man in einem weiteren Experiment auch Essig und Backpulver direkt miteinander reagieren lassen. Dabei schüttet man Essig in eine Flasche und Backpulver in einen Luftballon. Den Luftballon zieht man über die Flaschenöffnung. Wenn dann Essig und Backpulver aufeinander treffen, entsteht in dieser heftigen Reaktion als Gas wieder Kohlenstoffdioxid. Deshalb wird der Ballon aufgeblasen.

• Bestimme evolutive Anpassungen von Organismen an ihren Standort.

  Tipps

  Nachtaktive Tiere können der gefährlichen Hitzestrahlung der Sonne entfliehen.

  Der Igel hält Winterschlaf, um die frostige Jahreszeit zu vermeiden.

  Lösung

  Für jeden abiotischen Faktor hat die Tier- und Pflanzenwelt im Laufe der Evolution Anpassungen ausgebildet. Diese sind nachfolgend zusammengefasst:

  Temperatur: In heißen Lebensräumen wie der Wüste sind Tiere meistens nachts aktiv. So vermeiden sie die Hitze der Sonne. Bakterien, die in heißen Quellen leben, haben hitzeresistente Proteine ausgebildet, da Proteine ab einer bestimmten Temperatur ihre Struktur und damit auch ihre Funktion verlieren (sie denaturieren). Anpassungen an Kälte sind z.B. ein dichtes Fell (Säugetiere – Fellwechsel), ein dichtes Federkleid (Vögel), eine Speckschicht (Meeressäuger, Wale etc.), das Halten von Winterschlaf, das Abstoßen des Laubes vor dem Winter oder Frostschutzmittel bei Nadelbäumen.

  Wasser: Gewölbte Spaltöffnungen helfen Pflanzen in feuchten Lebensräumen, leicht Wasser abzugeben, um so den Transpirationssog aufrechtzuerhalten. Bei Trockenheit haben Moose eine Resistenz gegen das Austrocknen entwickelt. So überdauern sie die Trockenzeit bis zum nächsten Regen. Kakteen besitzen wasserspeichernde Pflanzenorgane. Eine besonders dicke Cuticula schützt vor starkem Wasserverlust. Bei Tieren in trockenen Gebieten ist der Harn bzw. die Harnsäure sehr konzentriert, sodass auch hier Wasser eingespart wird.

  Licht: Bei trübem Wasser oder Dunkelheit ist eine Anpassung hinsichtlich der Augen erkennbar – sie sind stark vergrößert. Einige Tiefseefische besitzen Leuchtorgane, Fledermäuse und Delfine orten ihre Beute mit ihrem eingebauten Echolot, Nagetiere nehmen ihre Umgebung über Tasthaare wahr.

  Wind: Manche Schmetterlinge haben ihre Flügel verloren, um so in windigen Gebieten nicht von ihrem Lebensraum fortgeweht zu werden. Bei Bäumen verhindert das Dickenwachstum von Stämmen, dass sie umknicken.

  Gegen starke Wasserströmung hat sich der stromlinienförmige Körper von Fischen etabliert. Larven verstecken sich unter Steinen oder haben Haltevorrichtungen ausgebildet. Auch Saugnäpfe, erhöhtes Körpergewicht und ein verringerter Wasserwiderstand sind Anpassungen an starke Strömung.

  Neben der Anpassung an abiotische Faktoren haben sich im Laufe der Evolution natürlich auch Anpassungen an biotische Faktoren ausgebildet. Gegen Fressfeinde sind so z.B. Gifte, Stacheln oder Tarntrachten entstanden.