Extreme Lebensräume – Anpassung von Pflanzen und Tieren

Extreme Lebensräume – Anpassung von Pflanzen und Tieren Übung

• Nenne Anpassungen an verschiedene Lebensräume.

  Tipps

  Sukkulenz von lat. suculentus = saftreich

  Zu den Sukkulenten gehören z.B. Kakteen oder Agaven. Sie speichern Wasser in bestimmten Pflanzenorganen, z.B. in Blättern oder im Spross.

  Menschliche Proteine sind nur bei Körpertemperatur funktionsfähig. Sinkt die Temperatur deutlich darunter, funktionieren menschliche Proteine nicht mehr ordnungsgemäß. Die Proteine einiger Tiere sind an viel kältere Temperaturen angepasst – sie sind also kältetolerant.

  Lösung

  Es gibt für jeden Lebensraum, extrem oder nicht, typische Anpassungen. Im Video werden einige davon genannt:

  Sukkulenz ist eine typische Eigenschaft für Pflanzen in warmen und trockenen Gebieten. Sukkulente Pflanzen speichern in einem Pflanzenorgan Wasser über längere Zeit. Daher auch der Name, denn sucus kommt aus dem Lateinischen und bedeutet Saft. Je nachdem wie viel Wasser die Pflanze noch gespeichert hat, sind die entsprechenden Organe, z.B. Spross oder Blätter, dicker oder dünner. Beispiele sind Kakteen, Agave oder Aloe Vera. Eine weitere Anpassung an Hitze ist die Rückbildung von Blättern, auch das kennst du von Kakteen. Um die Oberfläche und damit auch die Transpiration zu verringern, werden Blätter stark reduziert. Übrig bleiben Haare oder Dornen. Durch die Kühlung der Atemluft kann die Kängururatte ihren Wasserverbrauch reduzieren. Das in der Atemluft enthaltene Wasser kondensiert so vor dem Ausatmen.

  Salzseen sind besonders feindliche Lebensräume. Das aktive Ausscheiden von Salz hilft Tieren beim Überleben in diesen Regionen. Auch Dauereier helfen beim Überleben. Sie stellen sicher, dass der Nachwuchs selbst dann überlebt, wenn der See zwischenzeitlich ausgetrocknet ist.

  An Kälte angepasste Proteine sind eine Voraussetzung fürs Überleben im Eismeer. Nur wenn die Proteine kältetolerant sind, kann der Stoffwechsel funktionieren. Da die Körpertemperatur der Meeresbewohner von der Wassertemperatur abhängt, müssen alle Stoffwechselvorgänge auch bei geringer Temperatur ablaufen können.

  Doch auch manche Tiere, die normalerweise nicht mit solch extremen Bedingungen klarkommen müssen, können bei Eiseskälte überleben – z.B., indem sie den Stoffwechsel stark drosseln und sich so in einen todesähnlichen Zustand versetzten, der aber nur anhält, bis die Lebensbedingungen wieder besser werden.

• Beschreibe die Anpassung der Kängururatte an die Wüste.

  Tipps

  Ein kleiner Exkurs in die Physik:

  Bei steigender Temperatur steigt auch die Fähigkeit der Luft, Wasser aufzunehmen. Anders formuliert: Je wärmer die Luft, desto leichter lösen sich Wassermoleküle bzw. verdunstet Wasser. Deswegen föhnen wir uns die Haare auch mit warmer Luft, statt mit kalter.

  Lösung

  Bei uns Menschen sorgt die Nasenschleimhaut unter anderem für eine Erwärmung der Atemluft. Da sie laufend Wärme an die Luft abgibt, ist sie besonders gut durchblutet. Bei der Kängururatte ist das etwas anders. Hier ist die Nasenschleimhaut schlechter durchblutet als der restliche Körper. Dadurch ist die Nasenschleimhaut auch etwa 10°C kälter als der restliche Körper.

  Die Umgebungsluftist in der Heimat der Kängururatte etwa 30°C warum und relativ trocken (Wassergehalt von 10 mg Wasser / 1 Liter Luft). Beim Einatmen nimmt die trockene Luft Wasser von den feuchten Schleimhäuten auf. Durch die Verdunstung werden die Schleimhäute kühl gehalten (etwa 27-30°C). Im Körper nimmt die Luft weiter Wasser auf, sodass sie am Ende einen Wassergehalt von etwa 60 mg/l hat.

  Wird die nun sehr feuchte und auch warme Luft wieder ausgeatmet, kühlt sie durch die Nasenschleimhäute wieder ab. Dadurch gibt sie einen Teil des Wassers wieder an die Schleimhäute ab. Zwar wird die Luft dadurch nicht wieder genauso trocken wie vorher, aber die Kängururatte kann so ihren Wasserverlust doch stark reduzieren.

• Erläutere die Anpassungen der Eisfische an das Polarmeer.

  Tipps

  Im Video hast du gelernt, dass das Blut der Eisfische keine roten Blutkörperchen (Erythrozyten) enthält.

  Lösung

  Das Blut der Eisfische ist etwas Besonderes. Es unterscheidet sich stark vom Blut anderer Wirbeltiere und sorgt so dafür, dass der Eisfisch im kalten Polarmeer überleben kann. Der auffälligste Unterschied ist die Farbe: Das Blut der Eisfische ist farblos. Es enthält keine Erythrozyten und somit auch nicht den Blutfarbstoff Hämoglobin. Wie werden die Zellen trotzdem mit Sauerstoff versorgt? Je kälter Wasser ist, desto mehr Sauerstoff ist darin gelöst. Dementsprechend ist der Sauerstoffgehalt der Polarmeere deutlich höher als in warmen Gewässern. Außerdem ist der Stoffwechsel eines Eisfisches deutlich reduziert im Vergleich zu dem eines Tropenfisches. Also brauchen Eisfische zum einen nicht so viel Sauerstoff. Zum anderen reicht der hohe Sauerstoffgehaltes des Wassers aus, um im erythrozytenarmen Blut genug Sauerstoff zu transportieren. Dabei ist der Sauerstoff im Blut genauso gelöst wie im Wasser. Es bedarf keiner weiteren Hilfsmittel zum Transport (wie z.B. Erythrozyten).

  Weitere Anpassungen, wie z.B. ein größeres Herz, ein größeres Blutvolumen, eine verringerte Viskosität des Blutes oder Blutgefäße mit einem größeren Durchmesser, machen die Anpassung der Eisfische perfekt.

• Erarbeite mögliche Anpassungen an weitere extreme Lebensräume.

  Tipps

  Chemosynthese (analog zur Fotosynthese): Durch die freigesetzte Energie einer exergonen Reaktion (z.B. Oxidation von Schwefelwasserstoff) werden organische Stoffe aufgebaut. In Tiefseequellen sind chemosynthetisch aktive Bakterien die einzigen Primärproduzenten.

  Besonders stabile Proteine und robuste DNA sind toleranter gegenüber hohen Temperaturen. Durch zusätzliche Bindungen innerhalb der Moleküle behalten sie bei steigenden Temperaturen länger ihre Form und damit auch ihre Funktionalität.

  Lösung

  Lebewesen in Hochgebirgen müssen an die schroffe Umgebung – Steilhänge und Felswände – angepasst sein. Bei Pflanzen macht sich dies u. a. durch Kleinwüchsigkeit bemerkbar. Es wird weniger Energie ins Wachstum investiert, dafür mehr in die Fortpflanzung und den Schutz gegen niedrige Temperaturen und hohe UV-Strahlung. Bei Tieren zeigen sich die Anpassungen zum einen durch den Körperbau. Steinböcke z.B. sind exzellente Kletterer mit starken Muskeln und Sehnen. Zum anderen ist der Stoffwechsel optimiert: Der Hämoglobingehalt im Blut ist deutlich höher als bei Tieren in tieferen Lagen. Dadurch kann, trotz des geringen Sauerstoffgehaltes in der Luft, genug Sauerstoff durch den Körper transportiert werden.

  In der Tiefsee ist der enorme Wasserdruck das größte Problem. Es gibt viele Tiefseebewohner, die dem einen sehr weichen Körper entgegensetzen, wie z.B. der Riesenkalmar oder der Blobfisch. Im Gegensatz zu den Hochgebirgen ist hier Riesenwuchs eine Anpassung an die Umwelt. Wer groß ist, wird nicht so schnell gefressen.

  In heißen Quellen gibt es kaum Lebewesen, zumindest keine, die uns auffallen würden. Hier leben vor allem Mikroorganismen, z.B. Bakterien, die an warme und sauerstoffarme Standorte angepasst sind. Sie besitzen Proteine und DNA, die besonders hitzebeständig sind. So gibt es Organismen, die auch noch bei einer Temperatur von 60, 80 oder gar 100°C noch überleben können.

  Black Smokers sind heiße Quellen in der Tiefsee. Durch den hohen Wasserdruck steigt die Siedetemperatur von Wasser, sodass hier Temperaturen von bis zu 400°C möglich sind. Dabei darfst du nicht vergessen, dass das Wasser in der Tiefsee meist eine Temperatur von nur etwa 2°C hat. Zu den extremen Temperaturen kommt noch einer besonders hoher Gehalt an verschiedenen Salzen und Schwefelverbindungen. Das hört sich alles sehr ungemütlich an und trotzdem werden diese Unterwasserquellen von unzähligen verschiedenen Arten von Mikroorganismen bewohnt. Besonders wichtig sind dabei chemosynthetische Bakterien, die in der Lage sind, organische Verbindungen aufzubauen und so die Rolle der Primärproduzenten einnehmen.

• Bestimme den Lebensraum der Tiere.

  Tipps

  Flamingos ernähren sich unter anderem von Salinenkrebschen.

  Lösung

  Die Kängururatte kommt in heißen und trockenen Lebensräumen vor. Sie ist genauso wie das Kamel perfekt an das Leben in der Wüste angepasst.

  Der Eisfisch lebt in den eisigen Polarmeeren. Dort ist auch der Eisbär manchmal anzutreffen. Bei ihm handelt es sich zwar um das größte Landraubtier, doch ist er auch ein ausgezeichneter Schwimmer.

  Das Salinenkrebschen lebt in Salzseen. Es ist oft Nahrung für verschiedene Vogelarten, z.B. den Flamingo. Der Flamingo ist durch seine langen Beine gut vor dem stark salzhaltigen Wasser geschützt.

• Analysiere die Evolution der Wirbeltiere im Hinblick auf ihre Anpassungen an den Lebensraum.

  Tipps

  Bei der Amnionhöhle handelt es sich um einen mit Fruchtwasser gefüllten Raum im Ei von Reptilien und Vögeln. Der Embryo entwickelt sich in dieser Blase. Damit sind die betreffenden Tiere bei der Fortpflanzung nicht mehr auf Wasser angewiesen.

  Lösung

  Die Amphibien sind die ältesten Landsäugetiere. Sie sind perfekt angepasst für ein Leben an Land und im Wasser. Für die Fortpflanzung sind sie auf Wasser angewiesen. Sie legen ihre Eier unter Wasser. Es schlüpfen Larven, die sich im Wasser zu einem adulten Tier entwickeln (Metamorphose) und dann an Land gehen. Während dieser Veränderung bilden sich die Kiemen zu Lungen um und ein Skelett bildet sich aus.

  Reptilien sind im Vergleich zu Amphibien besser an ein Leben an Land angepasst. Ihr Nachwuchs entwickelt sich in einer sogenannten Amnionhöhle (mit Fruchtwasser gefüllte Höhle) innerhalb des Eis. Dadurch sind Reptilien bei der Fortpflanzung nicht mehr auf Wasser angewiesen. Die Tiere durchlaufen keine Metamorphose mehr, sondern entwickeln sich direkt vom Embryo zum Jungtier.

  Vögel gehören zoologisch betrachtet zur Gruppe der Dinosauria und zählen somit zu den Reptilien. Trotzdem werden sie meist unabhängig davon betrachtet. An ihr Leben in der Luft sind sie bestens angepasst: leichte Knochen, gefiederte Flügel, eine leistungsfähige Lunge sind nur ein paar der Merkmale, die zu den Vögeln gehören. Ihr Schnabel dient zur Nahrungsaufnahme, aber auch als Werkzeug. Je nach Aufgabe ist er anders gestaltet. Die Bürzeldrüse ist ein weiteres typisches Merkmal für diese Gruppe. Sie versorgt das Gefieder mit Fett und macht es so wasserundurchlässig.

  Säugetiere gelten als die höchst entwickelten Landwirbeltiere. Die heutigen Wirbeltiere sind Nachfahren einer Reptiliengruppe. Sie unterscheiden sich in vielen Merkmalen von den anderen Landwirbeltieren. Säugetiere findet man in allen Gebieten der Erde. Ein Grund dafür ist sicherlich die Fähigkeit, ihre Körpertemperatur aufrecht zu erhalten (Homoiothermie). Dadurch ist ihr Stoffwechsel nicht direkt von der Umgebungstemperatur abhängig, wie z. B. bei den Reptilien. Weitere Anpassungen sind Haare bzw. Fell, ein ausdifferenziertes Gebiss (Heterodontie) und die namensgebenden Milchdrüsen. Zudem sind Säugetiere (bis auf die Kloakentiere) lebendgebärend.