Eine Freiarbeit zum Einfluss von Licht auf Pflanzen und Tiere

 Eine Freiarbeit zum Einfluss von Licht auf Pflanzen und Tiere Eine Gruppenarbeit von:
Max Nastula und Nathalie Falkowski
Inhaltsverzeichnis: Abiotische Umweltfaktoren…………………………………………………………….3 Allgemeines……………………………………………………………………………………………………….3 Auswahl einzelner abiotischer Umweltfaktoren…………………………………………………..3 Versuch 1: Lichtöffnungskammer………………………………………………..…5 Material………………………………………………………………………………………………………….…6 Durchführung……………………………………………………………………………………………………6 Vermutungen……………………………………………………………………………………………………6 Beobachtungen…………………………………………………………………………………………………6 Ergebnis……………………………………………………………………………………………………………8 Versuch 2: Keimungsversuche………………………………………………………..9 Material………………………………………………………………………………………………………..…10 Durchführung……………………………………………………………………………………………….…10 Vermutungen……………………………………………………………………………………………….…10 Beobachtungen…………………………………………………………………………………………….…11 Ergebnis…………………………………………………………………………………………………………12 Grafik von Versuch a., b. und c.…………………………………………………………………………13 Versuch 3: Lichtsinn beim Regenwurm…………………………………………15 Versuch a.: Material…........................................................................................................................16 Durchführung…………………………………………………………………………………………………16 Vermutungen………………………………………………………………………………………………….16 Beobachtungen……………………………………………………………………………………………….16 Ergebnis (Ansatz)……………………………………………………………………………………………17 Versuch b.:Material………………………………………………………………………………………….17 Durchführung………………………………………………………………………………………………….17 Vermutungen…………………………………………………………………………………………………..17 Beobachtungen……………………………………………………………………………………………….18 Ergebnis………………………………………………………………………………………………………….19 Versuch c.: Material………………………………………………………………………………………...19 Durchführung…………………………………………………………………………………………………19 Vermutungen………………………………………………………………………………………………….19 Beobachtungen…………………………………………………………………………………………….....20 Ergebnis………………………………………………………………………………………………………....20 Versuch 4: Begonien mit Schablonen…………………………………………….21 Material…………………………………………………………………………………………………………..22 Durchführung………………………………………………………………………………………………….22 Vermutungen……………………………………………………………………………………………….….23 Beobachtungen…………………………………………………………………………………………….….23 Ergebnis………………………………………………………………………………………………………….24 Seite 2 von 37 Versuch 5: Sonnenblumensamen…………………………………………………...26 Material…………………………………………………………………………………………………………...27 Durchführung…………………………………………………………………………………………………..27 Vermutungen…………………………………………………………………………………………………...27 Beobachtungen………………………………………………………………………………………………..27 Messungen………………………………………………………………………………………………………28 Ergebnis…………………………………………………………………………………………………………..29 Gedankenexperimente zum Lichtsinn bei Insekten…………………………30 Experiment 1: Kellerasseln…………………………………………………………...31 Situation………………………………………………………………………………………………………….31 Verhalten der Kellerasseln………………………………………………………………………………..31 Erklärung………………………………………………………………………………………………………...31 Experiment 2: Fliege mit einer Zeitung erschlagen………………………….32 Situation………………………………………………………………………………………………………….32 Erklärung………………………………………………………………………………………………………..32 Experiment 3: Fliege mit einem Glas einfangen………………………………33 Situation………………………………………………………………………………………………………….33 Vermutungen…………………………………………………………………………………………………..33 Tafelbild……………………………………………………………………………………..34 Fototropismus…………………………………………………………………………………………………35 Definition zum Begriff Etiolement…………………………………………………………………….36 Karteikarten…………………………………………………………………………………………………….37 Seite 3 von 37 Abiotische Umweltfaktoren: Allgemeines: Als abiotisch werden alle Umweltfaktoren zusammengefasst, an denen Lebewesen nicht erkennbar beteiligt sind. Sie umfassen unter anderem Klima, Atmosphäre, Wasser, Wärme, Temperatur, Licht, Strömung, Salinität, Konzentration an Nährsalzen und anderen chemischen Stoffen. Sie stellen somit alle nicht-­‐belebten Interaktionspartner in einem Ökosystem. Alle Pflanzen-­‐ und Tierarten sind an definierte Standortbedingungen angepasst. Dadurch entwickeln sie sich an jedem Standort zu einer typischen und an die abiotischen Faktoren angepassten Lebensgemeinschaft. Auswahl einzelner abiotischer Umweltfaktoren: -­‐
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Klima: Hierzu zählen Strahlungsverhältnisse, die Lufttemperatur und die Luftfeuchtigkeit, Niederschläge, sowie verschiedenste Wettererscheinungen, wie Nebel, Winde oder Blitze. Lufttemperatur: Alle Lebewesen brauchen einen eingegrenzten Temperaturbereich, um existieren zu können. Bei zu hohen oder zu niedrigen Temperaturen kann es zur Einschränkung des Stoffwechsels bis hin zu dessen Erliegen kommen (zum Beispiel: Hitze-­‐ oder Kältestarre). Die Reaktionsgeschwindigkeit verdoppelt sich, wenn die Temperatur um 10°C steigt. Relief: Hierbei sind vor allem Hangrichtung und Hangneigung, aber auch die Lage zur Umgebung wichtig. Das Relief hat einen Einfluss auf die Höhe und Dauer der Sonneneinstrahlung, sowie auf die Witterungsexposition. Boden: Hier sind vor allem die Struktur, als Körnung, Humusgehalt und das geologische Ausgangsmaterial von Bedeutung. Aber auch die Feuchtigkeit, der Nährstoffgehalt, der pH-­‐Wert und die chemische Zusammensetzung spielen eine wichtige Rolle. Licht: Licht ist hier als Energiequelle und Reiz für die Lebewesen zu sehen. Außerdem ist der Lichteinschlag für die Photosynthese von Pflanzen von großer Bedeutung. Wasser: Hierbei wird vor allem der Zugang zum Wasser, der Grundwasserstand, aber auch der Wassergehalt der Luft betrachtet. Feuer: Hier geht es um die Anpassungen von Lebewesen an regelmäßig wiederkehrende Brände und Auswirkungen von Bränden auf Ökosysteme. Chemische Faktoren: Dabei wird die Kohlendioxid-­‐ und Sauerstoffkonzentration, die Gift-­‐ und Schadstoffe und der pH-­‐Wert betrachtet. Mechanische Faktoren: Hier sind Wind, Raumeinengung, die Schneelast und ähnliche Faktoren von Bedeutung. Im Pflanzenschutz werden alle Pflanzenschäden, die auf abiotischen Einwirkungen beruhen, als abiotische oder nicht –parasitäre Schadursachen bezeichnet. Seite 4 von 37 Versuch 1
V ersuch 1 Seite 5 von 37 Versuch 1: Lichtöffnungskammer Material: Schuhkarton mit Deckel, Papprohr (Zewa-­‐Rolle), Kressesamen, Schere, dunkles Tuch, Alufolie, kleines Marmeladenglas, Erde und Wasser. Durchführung: Als erstes sollte an der linken Seite des Schuhkartons (möglichst lichtdicht) eine so große Öffnung herausgeschnitten werden, so dass man dort eine Zewa-­‐Rolle hinein schieben kann. Außerdem muss die Zewa-­‐Rolle fest sitzen und auf eine Länge von 200mm gekürzt werden. Danach wird eine Verschlusskappe für das eine Ende der Zewa-­‐Rolle, aus Alufolie, angefertigt. In die Alufolienkappe wird eine 20mm große Öffnung ausgeschnitten. Als nächstes wird das mit Erde und Kressekeimlingen gefüllte Marmeladenglas in den Schuhkarton gestellt. Dieser wird nun mit dem Deckel verschlossen und mit einem lichtdichten Tuch abgedeckt. Dabei ist zu beachten, dass nur die Papprohr-­‐
Verschlusskappe frei bleiben muss. Der ganze Versuchsaufbau wird danach mit der Verschlusskappe zum Fenster hin, aufgestellt. Anschließend werden die Kressekeimlinge nach 24, 48 etc. Stunden begutachtet. Vermutungen: -­‐ Langsames Wachstum der Kressesamen, aufgrund mangelnder Lichtquelle -­‐ Kressesamen werden zum Licht hin wachsen, da sie versuchen werden, so viel Licht wie möglich „aufzunehmen“ -­‐ Kressesamen werden nur an der Stelle wachsen, wo auch der Lichteinfluss am größten ist Beobachtungen: Stunden Beobachtungen 0 Versuchsstart Seite 6 von 37 24 (1.Tag) 48 (2.Tag) Vereinzelte Samen weisen Keimansätze auf Alle Samen keimen; besonders in der Mitte des Marmeladenglases (was wahrscheinlich nur an der Anhäufung liegt); im Verglich zum Vortag kann man an einigen Stellen Wurzeln, sowie Wurzelhaare erkennen; außerdem haben sich ganz kleine gelbe Blätter gebildet 120 (5.Tag) Kressesamen sind nach dem Wochenende einige Zentimeter gewachsen; man erkennt nun ganz deutlich die gelbe Blattfarbe; überall recht gleichmäßig gewachsen, allerdings neigen die Pflanzen alle in die Richtung der Papprohröffnung 144 (6.Tag) Kressesamen sind weiter gewachsen, sonst keine Veränderungen Seite 7 von 37 Ergebnis/Erklärung: Es bestätigen sich in diesem Versuch zwei Erscheinungsbilder im Zusammenhang mit dem Ökofaktor Licht: Zum einen wird der Fototropismus bestätigt, dass heißt, dass sich in diesem Fall die Kressesprossen zum Licht hin krümmen (lichtwendig). Diese Reaktion kommt dadurch zustande, dass die lichtabgewandte Seite des Sprosses stärker wächst, was sich anhand der Fotos bestätigen lässt. Aber auch die Blätter gelangen durch diese Wachstumsbewegung in eine günstigere Stellung zum Lichteinfall, damit die Umwandlung von Lichtenergie in chemische Energie in Form von Fotosynthese sattfinden kann. An diesem Bild zum Beispiel kann man den Fototropismus sehr gut erkennen. Dank der waagerechten und senkrechten Linie, sieht man noch deutlicher, dass die Lichtöffnung sich hier rechts befunden haben muss, da die Kressesprossen eine leichte Neigung nach rechts aufweisen. Zum anderen wird außerdem noch Etiolement nachgewiesen. Was in diesem Versuch zwar nur nebensächlich, aber dennoch ein Beweis ist. Denn bei anhaltendem Lichtmangel bilden Pflanzen lange, bleiche Sprosse mit rückgebildeten Blättern und schwachen Lichtbündeln. An den Fotos kann man auch bei diesem Versuch feststellen, dass die Blätter nicht grün, sondern gelb sind, das heißt, dass die Kresse in dem Schuhkarton unter Lichtmangel gelitten haben. Seite 8 von 37 Versuch 2
V ersuch 2 Seite 9 von 37 Versuch 2: Keimungsversuche Material: Schuhkarton mit Deckel, 3 Marmeladengläser, Erde und Kressesamen Durchführung: In dem ersten Marmeladenglas werden auf die Erde Kressesamen, gut 2 Samen/cm², gefüllt. (Versuch a.) Mit dem zweiten Marmeladenglas wird ebenfalls wie beim ersten Versuch angefangen, jedoch mit dem Unterschied, dass die Kressesamen noch einmal mit Erde bedeckt werden. (Versuch b.) Beim dritten und letzten Marmeladenglas wird wieder, wie bei den Versuchen a. und b. gestartet und zum Schluss wird das Glas in einen Schuhkarton hineingestellt und mit einem Deckel verschlossen. (Versuch c.) Alle Versuche werden nun mehrere Tage lang genau beobachtet. Natürlich muss auch auf die Bewässerung geachtet werden! Vermutungen: Versuch a.: -­‐ Kressesamen werden ganz gewohnt wachsen, -­‐ Samen werden nur verlangsamt wachsen, da die Wurzeln der Samen erst vernünftigen Halt finden müssen, -­‐ Nicht alle Samen werden wachsen, da jeder für sich Halt finden muss Prinzip Survival of the fittest, Versuch b.: -­‐ Kressesamen werden ganz gewohnt wachsen, -­‐ Beschleunigtes Wachstum, da die Kressesamen bereits in der Erde sind und deshalb die jungen Wurzeln einen guten Halt bekommen. Versuch c.: -­‐ Kressesamen wachsen gar nicht, da sie ohne Licht auch keine Photosynthese betreiben können, -­‐ Kressesamen werden nur etwas wachsen, -­‐ Wie bei Versuch 1. Könnte eine veränderte Blattfarbe auftreten, die allerdings hier stärker ausgeprägt sein könnte. Seite 10 von 37 Beobachtungen: Tage Versuch a. 1 Die Samen keimen bereits etwas, es sind aber nur minimale Keimungsansätze zu beobachten 2 Aus den Samen sind nun weniger als ca. 1 Zentimeter große Keimlinge gewachsen mit kleinen grünen Blättern; wachsen aber sehr durcheinander und scheinbar unstabil auf der Erde Blätter sind etwas gelblich und nicht ganz entfaltet; Keimlinge recht klein; wachsen in „alle Richtungen“ Kresse etwa vier Zentimeter groß aber eingefallen und umgekippt, da sie keinen Halt hat; Stiel nicht mit durchgehender Dicke; Blätter sind grün, außer vereinzelter Blätter, die sich grün/braun verfärbt haben 5 7 Versuch b. Die meisten Samen keimen sehr deutlich (im Vergleich zu Versuch a. sind die Keime mindestens doppelt so lang) und die jungen Wurzeln bahnen sich bereits senkrecht nach unten ihren Weg durch die Erde Keimlinge sind etwas mehr als ein Zentimeter gewachsen mit kleinen grünen Blattansätzen; hauptsächlich sind alle Keimlinge senkrecht in der Erde gewachsen Versuch c. Die Samen keimen nur minimal Grüne, entfaltete Blätter; Keimlinge scheinen stabiler zu sein und wachsen fast ganz senkrecht aus der Erde Keimlinge sind weiter gewachsen und deren Blättern sind immer noch gelb. Sehr groß gewachsene Kresse mit sehr weit ausgebreitet grünen Blättern; nahezu ganz senkrecht stehend Die Kresse ist vergleichbar mit der Kresse aus dem ersten Versuch (Schuhkarton, Unterschied: ist zu keiner Lichtquelle hin gewachsen! Sondern mehr verteilt) und mit Es sind ganz kleine Keimlinge aus den Samen gewachsen mit kleinen gelben Blättern Seite 11 von 37 dem parallel gestarteten Versuch a.: Stiele im Vergleich zu Versuch b. nur sehr dünn und klein. Außerdem sind die Blätter immer noch gelb. Ergebnis: Versuch c.: Wie schon bei Versuch 1 erklärt, handelt es sich hier ganz eindeutig um Etiolement. Dieses Phänomen wird auch als Vergeilung bezeichnet. Hier ist allerdings der Unterschied, dass sich die Sprossen der Kresse in keine Richtung gekrümmt haben (Fototropismus), weil die Kresse in diesem Versuch keinen Lichteinflüssen ausgeliefert wurde. Ganz genau genommen wird man folgendes beobachten können: es kommt zu einem verstärkten Längenwachstum mit weit auseinander gerückten Internodien, um so eine Lichtquelle zu „erschließen“. Des Weiteren sind die Blätter oft schuppenartig klein und wegen Chlorophyllmangels blassgelb. Die Wurzeln zeigen dabei nur ein vermindertes Wachstum auf. Etiolierte Keimlinge verfügen nur über stark minderentwickeltes Festigungsgewebe, wodurch sie weich und biegsam sind. Dies kann man auch ausnutzen, so sind die Stangen des Spargels oder von Bambussprossen essbar, solange sie vergeilt sind. Werden sie belichtet, wird das Gewebe zäh und sehr schwer verdaulich. Hier noch einmal alle drei Versuche im direkten Vergleich: Nummer 1 zeigt die Kresse, die in dem Schuhkarton eingeschlossen war. Nummer 2 zeigt die Kresse, wo die Samen nachträglich mit Erde überschüttet wurden. Seite 12 von 37 Nummer 3 zeigt die Kresse, die einfach nur auf die Erde gesät wurde. Grafik zu Versuch a., b. und c.: 12 10 8 6 Versuch a. 4 Versuch b. Versuch c. 2 0 Start 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. Tag Tag Tag Tag Tag Tag Tag Seite 13 von 37 Man betrachtet bei dem Graphen besonders Versuch a. und b.. Versuch c. dient nur zur Kontrolle. (vgl. Ergebnis: Versuch c.) Wenn man sich die beiden Kurven nun einige Zeit lang betrachtet, stellt man fest, dass sie mit zunehmender Zeit weiter auseinander gehen. Dies liegt in diesem Fall an den Gegebenheiten, also an den Versuchsaufbau. (vgl. Durchführung) Deshalb wird auch schnell klar, dass die Kresse in Versuch b. größer gewachsen ist, weil ihre Wurzeln einmal einen besseren Halt hatten und zum anderen, weil sie einen weiteren Weg (durch die Erde) bis zum lebenspendenden Licht zurück legen mussten. Dieses Problem hatte die Kresse in Versuch a. zum Beispiel nicht, da sie auf die Erde platziert wurde. Seite 14 von 37 Versuch 3
V ersuch 3 Seite 15 von 37 Versuch 3: Lichtsinn beim Regenwurm Versuch a.: Material : Regenwurm und 1 Bogen Löschpapier (angefeuchtet) & schwarzes Tonpapier . Durchführung : Aus dem schwarzen Tonpapier wird dann eine Art Deckel von 3 Zentimeter Höhe, 17 Zentimeter Länge und 15 Zentimeter Tiefe angefertigt. Der Regenwurm wird auf feuchtes Papier gelegt und mit dem angefertigten Deckel überdeckt. Nach 10 Minuten wird die Schachtel rasch hochgehoben und der Regenwurm beobachtet. Vermutungen: -­‐ der Regenwurm wird sich nach den 10 Minuten so lang wie möglich auf dem Papier ausgebreitet haben, da das Papier angefeuchtet ist und es unter der selbst gebastelten Schachtel dunkel ist -­‐ er wird unter der Schachtel sehr aktiv werden, dank der Feuchtigkeit und weil er evtl. versuchen würde sich weiter einzugraben -­‐ oder er würde sich gerade wegen der Dunkelheit kaum bewegen Beobachtungen: Verstrichene Zeit -­‐ Regenwurm zusammen geknotet und -­‐ Regenwurm wird zunehmend aktiver unbeweglich -­‐ Besonders die Enden des Regenwurms -­‐ Ein Ende besonders dick fangen an sich erst langsam, und dann immer schneller zu bewegen -­‐ Nach weiteren Minuten erkundet er die Umgebung Seite 16 von 37 Sofort nach den 10 Minuten liegt der Regenwurm zusammengeknotet und unbeweglich in der Mitte des Löschpapiers. Er scheint fast nur leblos dahin zu vegetieren. Nach weiteren Minuten wird der Regenwurm zunehmend aktiver. Am Anfang bewegt er erst nur langsam und dann immer schneller beide Enden seines Körpers, bis er sich schließlich aufmacht, um die Umgebung zu erkunden. Ergebnis (Ansatz): Regenwürmer scheinen eine Art Sinn entwickelt zu haben, wann sie dem Licht ausgeliefert sind und wann nicht. Dies ist natürlich von großer Bedeutung für sie, weil sie erstens unter zu viel Sonneneinstrahlung sterben würden und zweitens sind sie unter der Erde vor Fressfeinden besser geschützt. Man unterscheidet dabei allerdings auch drei verschiedene Arten von Regenwürmern: Epigäische Arten wohnen knapp unterhalb der Bodenoberfläche im organisch angereicherten Horizont oberhalb des Mineralbodens. Aufgrund des notwendigen UV-­‐
Schutzes sind sie dunkel gefärbt. Anektische Formen sind vertikalgrabend und suchen auch tiefere Bodenschichten auf. Diese Arten fördern die Durchmischung der Mineralerde mit dem Humus. Last but not least gibt es noch die Endogäische Vertreter der Regenwürmer, die im oberen Bereich des Mineralbodens leben. Sie sind durchscheinend bleich gefärbt, da sie selten an die Oberfläche kommen. Versuch b.: Material: Regenwurm und 1 Bogen schwarzes Tonpapier. Durchführung: Aus dem Tonpapier wird eine Hülse mit einem ungefähren Durchmesser von 2 Zentimeter und 8 bis 10 Zentimeter Länge gebastelt. Die schon vorbereitete Papierhülse wird nun angefeuchtet, dabei darf man nicht vergessen, dass das eine Ende der Hülse ebenfalls abgedunkelt werden muss. Nun wird die präparierte Hülse direkt an den Regenwurm gelegt und beobachtet. Vermutungen: -­‐ Der Regenwurm wird in die Papierhülse hineinkriechen und nicht mehr herauskommen Seite 17 von 37 Beobachtungen: Wie vermutet kriecht der Regenwurm tatsächlich in die Papierhülse hinein. Langsamer als angenommen, aber die Vermutung ist trotz allem bestätigt. Nachdem der Regenwurm die Hülse wahrgenommen hat, erkundet er als erstes die Hülse von außen, in dem er mit seinem Ende die Hülse von außen und dann immer mehr von innen „betastet“. Danach macht sich der Regenwurm sehr lang und schiebt sich immer mehr in die Hülse hinein, bis er dort ganz verschwunden ist. Das ganze dauert maximal eine Minute. Seite 18 von 37 Ergebnis: Im Tierreich gibt es die verschiedensten Augentypen. Manche davon sind sehr hochentwickelt, andere auf einem sehr niederen Stadium. Dabei haben sie entsprechend ihrem Bau sehr unterschiedliche Aufgaben. Viele wirbellose Tiere, so auch der Regenwurm sind nur zu einer Hell-­‐Dunkel-­‐Wahrnehmung in der Lage. So hat der Regenwurm in die Haut eingelagerte Lichtsinneszellen, mit denen er feststellen kann, ob er dem Licht ausgesetzt ist. Man könnte nun meinen, dass der Regenwurm, der sich im Normalfall in der Erde befindet, überhaupt nichts sehen muss. Wenn seine Lichtsinneszellen aber reagieren, so ist das für ihn das Zeichen, dass er sich im Tageslicht befindet und die Gefahr besteht, dass er von Vögeln gefressen wird. Der Lichtsinn des Regenwurms ist in etwa vergleichbar mit dem menschlichen Wärmesinn. Versuch c.: Material: Regenwurm, Alufolie und Taschenlampe. Durchführung: Als erstes wir nun die Taschenlampe vorne mit der Alufolie abgedeckt. Außerdem wird in die Alufolie ein zentrales Loch von 1mm Durchmesser durchgestochen. Nachdem nun der Regenwurm in die Hülse hineingekrochen ist, wird sein Vorder-­‐ sowie Endende mit der präparierten Taschenlampe beleuchtet. Vermutungen: -­‐ Der Regenwurm wird sich vom Lichtstrahl versuchen abzuwenden -­‐ Vorder-­‐ und Endende spielen keine große Rolle, Reaktion wird vermutlich die Gleiche sein -­‐ Der Regenwurm wird versuchen seine Vorder-­‐ sowie Hinterseite vor dem Lichtstrahl zu schützen, die Reaktion könnte deshalb ganz unterschiedlich sein, zum Beispiel könnte er wieder etwas aus der Hülse herauskriechen oder er verknotet sich, um sich kleiner zu machen Seite 19 von 37 Beobachtungen: Hinterende Der Regenwurm verdickt sich an dem Endende so viel wie möglich. Ansonsten sind keine weiteren Reaktionen zu beobachten. Vorderende Der Regenwurm wendet sich die ganze Zeit vom Licht ab, und wenn man immer wieder auf das Vorderende leuchtet. Volle Bestrahlung Auf direkte Beleuchtung von oben reagiert der Regenwurm wie folgt: er macht sich so klein und dick wie möglich. Außerdem verknotet er sich wieder einmal. Ergebnis: Vergleiche mit Versuch b. Hier wurden die Sinneszellen des Regenwurms mit einer Taschenlampe beabsichtigt gereizt. Seite 20 von 37 Versuch 4
V ersuch 4 Seite 21 von 37 Versuch 4: Begonien mit Schablonen Material: Alufolie, Büroklammern und Begonie. Später noch: Lugolsche Lösung im Becherglas, Alkohol, Heizplatten, Becherglas mit Wasser und Becherglas mit Alkohol. Durchführung: Aus der Alufolie werden mehrere Quadrate in verschiedenen Formen ausgeschnitten. Anschließend werden diese Schablonen identisch an Blattunter-­‐ sowie Oberseite mit Büroklammern befestigt. Die Pflanze wird nun für 2 Tage ins Dunkle gestellt. Danach wird sie für 4 Stunden ans Tageslicht gestellt. Nach den 4 Stunden werden die Blätter mit den Schablonen von der Pflanze abgenommen. Dann werden die Blätter in kochendes Wasser eingetaucht, bis sie olivgrün werden. Anschließend werden die Blätter aus dem Wasser herausgeholt und gut abgetropft. Nachdem man Alkohol in einem Wasserbad erhitzt hat, werden die abgetropften Blätter so lange in den heißen Alkohol gehalten, bis diese entfärbt sind. Zum Schluss werden die Blätter noch in Lugolsche Lösung eingetaucht. Zum Abschluss der Prozedur wird das Blatt gegen das Licht gehalten und genau betrachtet. Seite 22 von 37 Vermutungen: -­‐ Man wird vielleicht schon nach denn 2/3 Tagen unter den Schablonen eine Veränderung erkennen können -­‐ Man wird erst nach den Anwendungen der Chemikalien etwas interessantes beobachten können -­‐ Mit der Lugolschen Lösung kann man Stärke nachweisen, folglich wird man vermutlich einen veränderten Stärkegehalt unter den Schablonen nachweisen Beobachtungen: Bevor die Blätter auf die besondere Art und Weise präpariert wurden, wie schon in der Durchführung erläutert, kann man keine Veränderung erkennen. Im Wasserbad muss man die Blätter einige Zeit kochen lassen, bis man Blasen beobachten kann. Zudem werden diese auch olivgrün. Außerdem muss man die Blätter ganz vorsichtig wieder aus dem Wasserbad herausholen, da die Membranen in den Blättern durch das heiße Wasser zerstört wurden und deshalb die Blätter schnell auseinander reißen können. Weiter bei dem Alkohol verliert das Blatt seine grüne Farbe, was man anhand der zurückgebliebenen grünen Farbe in dem Becherglas erkennen kann. Seite 23 von 37 Nachdem die Blätter in die Lugolsche Lösung eingetaucht wurden, haben sich die Blätter bräunlich verfärbt. Nachdem man ganz vorsichtig die Blätter ausgebreitet hat und gegen das Licht hält, kann man recht deutlich unten an dem Rand der Blätter einen gelblichen, helleren Ton erkennen, wo die Schablonen die Tage davor befestigt worden waren. Außerdem ist der gelbe Ton viel heller und kräftiger, als an anderen Stellen des Blattes. Ergebnis: Dieser Versuch zeigt, dass das Licht zum einen eine große Rolle für Blätter darstellt und zum anderen deren Folgen bzw. Auswirkungen in Form der Fotosynthese. Fotosynthese bezeichnet die Erzeugung von energiereichen Stoffen aus energieärmeren Stoffen mit Hilfe von Lichtenergie, die für die Pflanze lebenswichtig ist. Als lichtbetriebener Prozess hängt die Photosynthese naturgemäß in erster Linie von der Lichtstärke ab. Je höher diese ist, desto höher ist auch die Photosyntheserate einer Pflanze. Daher folgen die Blätter einer Pflanze dem Sonnenstand und sind möglichst senkrecht zum Licht ausgerichtet. Auch die Stellung der Chloroplasten wird für eine optimale Photosynthese ausgelegt. Bei Schwachlicht, zum Beispiel bei starker Bewölkung, ist die Breitseite der Chlorplasten dem Licht ausgesetzt, während dies Seite 24 von 37 unter Starklicht die Schmalseite ist. Diese Reorientierung wird durch das Cytoskelett vermittelt. Da bei dem Versuch mit den Begonien nun ein Teil des Blattes abgedeckt wurde, konnte schließlich keine energiereichen Stoffe erzeugt werden. Mit der Lugolschen Lösung konnte man Stärke in dem Blatt nachweisen. An den helleren Stellen (vgl. Foto) wurde dies eben nicht bestätigt, was bedeutet, dass neben Stärke auch noch andere Produkte nicht an den besagten Stellen produziert werden konnten, weil kein Sonnenlicht diese Stellen erreichen konnten. Denn es wird bei der Fotosynthese nicht nur Stärke produziert, sondern auch Produkte wie Kohlenstoff. (6CO2 + 6H2O + Licht  C6H12O6 (Glukose) + 6O2 (Oxygen) ) Ohne Fotosynthese könnten nämlich die Pflanze nicht überleben. Allerdings ist dies nicht der einzige Punkt, warum Fotosynthese so wichtig ist: -­‐ Pflanzen können so „Nahrung“ produzieren -­‐ Tiere bekommen ihre Nahrung von Pflanzen. Deshalb bekommen beide, Pflanzen und Tiere Nahrung von Fotosynthese -­‐ Es produziert Oxygen, was die meisten Lebewesen benötigen -­‐ Es ist der Grund, dass zum Beispiel Öl, Torf oder ähnliches gebildet wurde Seite 25 von 37 Versuch 5 Seite 26 von 37 Versuch 5: Sonnenblumensamen Material: Sonnenblumensamen, 4 Klarsichtdosen als Anzuchtgefäße, Sägespäne, Sieb, Aluminiumfolie, Lampe (bzw. Leuchtstofflampe), Lineal und Zeichengeräte. Durchführung: Als erstes werden die Sägespäne in einem Sieb unter fließendem Wasser ausgewaschen und dann für einige Stunden zum aufquellen gebracht. Danach werden die abgetropften Späne in 4 Klarsichtdosen umgefüllt. Außerdem werden auch jeweils 10 Sonnenblumensamen in die Gefäße angebracht, die zuvor einen halben Tag zum aufquellen in Wasser gelegen haben. Zwei Gefäße werden lichtdicht mit Aluminiumfolie umhüllt. Je ein Gefäß mit und ohne Aluminiumfolie wird 4 Tage lang im normalen Hell-­‐Dunkel-­‐
Wechsel (Fensterbank) bzw. unter dem Licht einer Lampe (Dauerbeleuchtung) aufgestellt. Vermutungen: -­‐ Die Sonnenblumensamen die sich unter der Aluminiumfolie befinden, werden vermutlich kaum oder sogar gar nicht wachsen (evtl. vergleichbar mit den ersten beiden Versuchen) -­‐ Die Sonnenblumensamen die sich auf der Fensterbank befinden werden am besten von allen Versuchsansätzen wachsen, da ein Hell-­‐Dunkel-­‐Wechsel herrscht -­‐ Die Sonnenblumensamen die der Dauerbeleuchtung ausgesetzt werden, werden vermutlich genauso schlecht wie die abgedeckten Sonnenblumensamen wachsen, da zu viel Sonneneinstrahlung herrscht. Beobachtungen: Dauerbeleuchtung (Lampe) Hell-­Dunkel-­Wechsel (Fensterbank) ohne Abdeckung -­‐
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mit Abdeckung Sägespäne ist -­‐
fast vollständig ausgetrocknet Fast alle Samen haben nicht einmal zu -­‐
keimen angefangen Bei ganz Samen haben schon sehr deutlich angefangen zu keimen Wegen der Abdeckung ist die Sägespäne noch sehr ohne Abdeckung -­‐
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mit Abdeckung Samen haben -­‐
sehr stark gekeimt Haben außerdem auch schon einen recht festen Halt in dem provisorischen Ähnlich wie bei dem Versuch unter der Dauerbeleuchtu
ng mit Abdeckung: Samen keimen zwar, allerdings nicht so sehr wie Seite 27 von 37 wenigen Samen sind kleine Ansätze einer Keimung vorhanden Messungen: feucht -­‐
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Boden gefunden Samenhüllen liegen nicht mehr auf dem Boden Paar Samenhülsen sind sehr weit aufgegangen um für die kommende Pflanze mehr Platz zu schaffen bei dem Versuch auf der Fensterbank ohne Abdeckung Nummer 1: Fensterbank ohne Abdeckung Nummer 2: Fensterbank und Dauerbeleuchtung mit Abdeckung Nummer 3: Dauerbeleuchtung ohne Abdeckung Die Messungen variieren von Sonnenblume zu Sonnenblume, deshalb sind hier nur ungefähre Angaben: Nummer 1: ca. 7 cm Nummer 2: ca. 1 bis 2,5 cm Nummer 3: ca. 1 bis max. 1,5 cm (Vgl. Abb. Links) Seite 28 von 37 Ergebnis: Die vorliegenden Beobachtungen lassen sich anhand des Fotoperiodismus erklären. Unter Fotoperiodismus versteht man den Wechsel von Licht und Dunkelheit. Aber auch die Tageslänge, die als Fotoperiode bekannt ist. Er dient als wichtigste zeitliche Orientierungsmarke für zahlreiche Lebensvorgänge. Manche Pflanzen passen sich deshalb unterschiedlich in den Jahresrhythmus ein, indem sie die Tageslänge messen. Außerdem besitzen Pflanzen so etwas wie eine „innere Uhr“. Die Lebensvorgänge folgen genau diesem Rhythmus dieser „Uhr“. Dazu zählen zum Beispiel: Aktivitätsmuster von Hormonen, Enzymen oder Zellteilungen. Sie werden alle meist durch die Fotoperiode als Taktgeber mit dem Tages-­‐ oder Jahresverlauf synchronisiert. Bei den Versuchen musste man feststellen, dass die Sonnenblume auf der Fensterbank ohne Abdeckung am Besten gewachsen sind. Also haben sich die „inneren Uhren“ dieser Sonnenblumen den gewohnten Rhythmus angepasst, da ein ausgewogener Wechsel von Licht und Dunkelheit herrschte. Den gegenteiligen Effekt hat man bei den Sonnenblumen, die unter der Dauerbeleuchtung standen erzielt, da sie 24 Std. lang dem Licht ausgeliefert wurden und so ihr Rhythmus aus dem Gleichgewicht gebracht hat. Die beiden letzten Versuche, die mit Alufolie abgedeckt wurden sind mittelmäßig gewachsen, da sie in dem einen Fall zu wenig Licht bekommen haben (Fensterbank) und in dem anderen trotz Abdeckung, zu viel Licht hatten (Dauerbeleuchtung). Seite 29 von 37 Gedanken -­‐
E xperiment e Seite 30 von 37 Gedankenexperimente zum Lichtsinn bei Insekten Experiment 1: Kellerasseln Situation: Einige Blumentöpfe im Garten werden verschoben. Unter diesen Töpfen befinden sich meistens Kellerasseln. Verhalten der Kellerasseln: Die Kellerasseln werden in dem Moment in dem man die Töpfe beiseite schieben würde, wild durcheinander laufen, da der Lichteinfluss für sie grell und unerwartet kommt. Dabei unterscheiden sich die Reaktionen von Assel zu Assel ein kleines bisschen. Einige würden länger als andere Artgenossen noch über dem Boden, scheinbar planlos herumlaufen und sich nicht sofort einen neuen sicheren dunklen Platz suchen. Andere Asseln dagegen würden höchst wahrscheinlich bei einem Wechsel vom Schatten in den direkten Sonnenschein sofort die Richtung wechseln und so schnell wie möglich einen dunkleren Ort suchen. Man wird auch bei paar Asseln beobachten können, dass sie sich überhaupt nicht vom Fleck bewegen, dies liegt daran, dass sie sich halbtot stellen. Dies wäre nur dann der Fall, wenn sie vertrocknet auf dem Rücken liegen würden! (Schutzmechanismus) Erklärung: Weil Kellerasseln Feuchtigkeit auf ihrer Unterseite benötigen, suchen sie besonders während des Tages feuchte Stellen auf. Sie sind nämlich nicht nur lichtscheu, sondern auch logischerweise nachtaktiv. Aus diesem Grund suchen sie sich während des Tages dunkle Orte, wie zum Beispiel unter Blumentöpfen oder Steinen. Wenn sie dann aber einer direkten Sonneneinstrahlung ausgeliefert werden, laufen überwiegend alle Kellerasseln fort um sich einen neuen dunklen und feuchten Ort zu suchen. Wenn man die Evolution der Asseln nur kurz untersucht wird man außerdem feststellen, dass sie der Gattung der Krebse angehören, also eigentlich „Wassertiere“ sind und deshalb dunkle und feuchte Orte den besten Lebensraum für sie darstellen. Seite 31 von 37 Experiment 2: Fliege mit einer Zeitung erschlagen Situation: Eine Fliege hat sich im Haus verirrt und summt am Fenster entlang. Versucht man nun die Fliege mit einer eingerollten Zeitung zu erschlagen, trifft man sie einfach nicht. Egal wie schnell man auch zuschlägt, die Fliege ist schneller! Erklärung: Facettenaugen setzen sich aus einer Vielzahl von Einzelaugen (Ommatidien) zusammen, von denen jedes acht Sinneszellen enthält. Jedes Einzelauge sieht nur einen winzigen Ausschnitt der Umgebung, das Gesamtbild ist ein Mosaik aus allen Einzelbildern. Die Anzahl der Einzelaugen kann zwischen einigen Hundert bis hin zu einigen Zehntausend liegen. Die Auflösung des Facettenauges ist durch die Anzahl der Einzelaugen begrenzt und ist daher weit geringer als die Auflösung des Linsenauges. Allerdings kann die zeitliche Auflösung bei Facettenaugen deutlich höher sein als bei Linsenaugen. Sie liegt etwa bei fliegenden Insekten bei 250 Bildern pro Sekunde, was etwa dem vierfachen des menschlichen Auges entspricht. Dies verleiht ihnen eine extrem hohe Reaktionsgeschwindigkeit. Die Farbempfindlichkeit des Facettenauges ist in den ultravioletten Bereich verschoben. Außerdem verfügen Spezies mit Facettenaugen über das größte Blickfeld aller bekannten Lebewesen. Zu finden sind diese Augen bei Krebsen und Insekten. Zusätzlich besitzen viele Gliederfüßer Ocellen, kleinere Augen, die sich häufig auf der Stirnmitte befinden und sehr unterschiedlich aufgebaut sein können. Die Fliege kann deshalb der Zeitung ohne Probleme entkommen, weil sie eben dank ihrer Facettenaugen eine deutlich höhere Auflösung besitzt und so schneller der Zeitung ausweichen kann. Außerdem sollte man auch den Ort der Augen nicht außer Acht lassen, da die Augen einer Fliege ihr zusätzlich einen guten Überblick der Umgebung verschaffen, weil sie sehr zentral am Kopf angelegt sind vergleichsweise mit anderen Insekten. Jedoch liegen dem Ausweich-­‐Phänomen der Fliege auch noch andere Faktoren zu Grunde. Wie zum Beispiel die Zeitung. Da eine eingerollte Zeitung ein relatives stabiles Seite 32 von 37 Objekt ist. Ein Glas vergleichsweise wäre für eine Fliege nicht so gut zu erkennen, weil es durchsichtig ist und eine größere Einfang Fläche besitzt. Experiment 3: Fliege mit einem Glas einfangen Situation: Eine Fliege hat sich schon wieder im Haus verirrt und summt am Fenster entlang. Die Fliege wird nun mit einem Glas und ein Stück Papier eingefangen; indem das Glas blitzschnell über sie gestülpt wird. Danach wird das Stück Papier zwischen Glas und Fenster geschoben. Wie wird sich die Fliege verhalten, wenn man das verschlossene Fangglas mit dem Glasboden an das Fenster halten wird? Vermutungen: Die Fliege würde in die Richtung der Lichtquelle krabbeln/fliegen. Man kann dieses Verhalten noch besser anhand anderer Experimente bestätigen (…) Dies liegt daran, dass Seite 33 von 37 Tafelbild Seite 34 von 37 Fototropismus Als Fototropismus (ursprünglich Heliotropismus) wird das Phänomen bezeichnet, dass Pflanzen auf einseitiges Licht reagieren lässt. Es gilt als charakteristisch für wachsende Gewebe. Man unterscheidet positiven (die Pflanzen wachsen auf das Licht zu) und negativen (die Pflanzen wachsen vom Licht weg) Fototropismus. Die meisten Sprossachsen und Blattstiele höherer Pflanzen sind positiv fototrop. Negativer Fototropismus lässt sich eher selten beobachten. Rein mechanisch funktioniert der Fototropismus so, dass die eine Seite eines Pflanzenstängels oder Blattes schneller wächst als die andere, dadurch neigt sich der endsprechende Teil der Pflanze. Fototropismus bei einem Senfkeimling. Die positiv fototrope Orientierung Es gilt eine Proportionalität, zwischen Dauer beziehungsweise der Blätter zum von links Intensität der Lichtbestrahlung und der Stärke des erfolgenden einfallenden Licht ist gut Reizes. Diese Proportionalität ist unter Reizmengengesetzt, sichtbar. In Hydrokultur lässt sich auch eine Produktregel und als Reziprozitätsgesetz bekannt. Diese Proportionalität ist jedoch einerseits dadurch negativ fototrope Krümmung der Wurzel eingeschränkt, dass es einen Schwellenwert gibt, bevor die erkennen. Reaktion ausgelöst wird. Andererseits dadurch, dass bei einer zu hohen Lichtintensität nach einiger Zeit eine gegenteilige Reaktion stattfindet. Außerdem spielen die Wellenlängen des Lichts eine große Rolle, während zum Beispiel Rotes Licht bei Keimlingen eine starte Reaktion hervorruft, so löst es bei schon gekeimten Pflanzen nahezu keine Reaktion aus. Seite 35 von 37 Definition zum Begriff Etiolement: Entoilment, beziehungsweise Vergeilung bezeichnet eine Gestaltänderung bei Pflanzen, die auftritt, wenn Mangel an photosynthetisch nutzbarem Licht vorherrscht. Charakteristisch für Vergeilung sind lange, dünne gelbe Triebe ohne Blätter. Seite 36 von 37 Karteikarten: Fotoperiodismus & die Steuerung der Samenkeimung Fotoperiodismus Fotoperiodismus, bezeichnet den Vorgang der Verhaltensanpassung von Individuen, an die Jahreszeit. Dies funktioniert indem die Individuen anhand der Tageslänge (Fotoperiode) Rückschlüsse auf die Jahreszeit ziehen. Lebensvorgänge wie, Schlaf-­‐ und Wachzeit, Enzym-­‐ und Hormonaktivität und Zell-­‐ sowie Organfunktionen werden so ermittelt. Wichtig ist dies für Pflanzen, die so ihre Blütezeit erkennen können und Tiere, die so ihre Balz-­‐ Fortpflanzungszeiten einschätzen Die Steuerung der Samenkeimung Bei den Lichtkeimern wir die Samenkeimung durch Licht ausgelöst. Oftmals reicht ein Blitz. Bei den Dunkelkeimern unterdrückt Licht die Samenkeimung. Für die Keimung ist das Pigment Phytochrom verantwortlich, es schaltet Gene an und ab, je nach Wellenlänge des vorherrschenden Lichts.
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