Aufgabe 3.2 – Korallenbleiche
Korallenriffe zählen mit 600.000 km2 zu den größten von Lebewesen geschaffenen Strukturen der Erde. Sie sind der Lebensraum für ein Viertel aller Tier- und Pflanzenarten in unseren Meeren. Doch seit mehreren Jahrzehnten bedroht der menschengemachte Klimawandel diese Ökosysteme.
Vergleiche mit Hilfe von Material 1 den Bau der Zellen von Korallenpolypen und Zooxanthellen anhand von fünf Kriterien (M 1).
Erläutere die interspezifische Beziehung zwischen Zooxanthellen und Korallenpolypen (M 1).
Begründe die Gefährdung der Korallenriffe durch den Temperaturanstieg der Weltmeere (M 2).
Diskutiere, inwieweit die in Material 3 beschriebene Algenart des Persischen Golfs und Korallenpolypen des Roten Meeres zur Rettung des Great Barrier Reefs beitragen könnte (M 2, M 3).
Stelle ein Totalpräparat eines Laubblattes der Dichtblättrigen Wasserpest Egeria densa her (M 4).
Fertige eine beschriftete, mikroskopische Zeichnung von vier Zellen im Zellverband des Blattes an. Nach Fertigstellung der Zeichnung ist das Präparat unter dem Mikroskop der Aufsicht führenden Lehrkraft vorzuzeigen.
Sollte die Anfertigung des Präparates nicht gelingen, fordere eine entsprechende mikroskopische Abbildung gegen die Nichterteilung von 5 Bewertungseinheiten von der Aufsicht führenden Lehrkraft an.
Stelle den Ablauf der lichtabhängigen Reaktion der Fotosynthese in einem Fließschema dar.
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Bei einer Koralle handelt es sich nicht um einen einzelnen Organismus, sondern um eine Kolonie vieler, kleiner Polypen. Die Kolonie bildet gemeinsam ein Kalkskelett, welches die Grundlage für Korallenriffe ist. Korallen filtern Nahrungspartikel aus dem Meerwasser, was meist nicht zum Decken des Energiebedarfs ausreicht. Ihre tierischen, zellwandlosen Zellen besitzen keine Chlorplasten, wodurch sie nicht zur autotrophen Assimilation befähigt sind. Deshalb sind die meisten Korallenarten auf kleine Algen, die Zooxanthellen, angewiesen. Diese Algen betreiben Fotosynthese und können somit den Polypen mit Nährstoffen versorgen. Dabei leben sie geschützt in der inneren Zellschicht der Polypen.
Abb. 1: Schematische Zeichnung einer Koralle: Längsschnitt durch ein Einzeltier (links), Ausschnitt (rechts)
Material 2: Korallenbleiche
Der durch den Menschen verursachte Klimawandel lässt seit Jahrzehnten die globale Durchschnittstemperatur und damit auch die Temperatur der Weltmeere ansteigen. Aber auch natürliche Wetterphänomene, wie der unregelmäßig auftretende El Niño, bei dem es sich um eine Zirkulationsanomalie der Meeresströmungen im Pazifik handelt, können für eine Erhöhung der Wassertemperatur sorgen. Für die Korallenriffe hat dies schwerwiegende Folgen. Übersteigt die Wassertemperatur einen gewissen Punkt, kommt es zum Hitzestress für die Zooxanthellen. Die gestressten Algen bilden Giftstoffe. Deshalb stoßen die Korallenpolypen die Algen ab. Die Riffe verlieren dadurch ihre Farbe und wirken somit gebleicht.
Material 3: Rettung des Great Barrier Reefs durch hitzetolerante Algen und Korallen
Das Great Barrier Reef liegt an der Ostküste Australiens und ist fast 350.000 km2 groß. Die Riffe des Roten Meeres und des Persischen Golfes sind dagegen wesentlich kleiner.
Forschende sind bei ihren Untersuchungen im Persischen Golf bei Abu Dhabi auf die Algenart Symbiodinium thermophilum gestoßen, die auch bei Temperaturen über 36 °C keine Giftstoffe produziert. Es wurde festgestellt, dass diese in mindestens sechs verschiedenen Korallenarten vorkommt. Trotz hoher Wassertemperaturen wurde ein Ausbleichen der Korallen nicht beobachtet.
Eine Übertragung von S. thermophilum durch Taucher auf gebleichte Korallen wäre denkbar. Eine weitere Möglichkeit, die Regeneration zu unterstützen, ist die Umsiedlung von Korallenpolypen mit hitzetoleranten Algen. Auch eine Verdriftung durch Meeresströmungen aus den warmen Regionen ist nicht ausgeschlossen.
Material 4: Wasserpest als Modellorganismus
Als fotoautotropher Modellorganismus für die Zooxanthellen soll die Dichtblättrige Wasserpest Egeria densa, eine Wasserpflanze aus der Familie der Froschbissgewächse Hydrocharitaceae, dienen. Sie wächst im Uferbereich von stehenden und langsam fließenden Gewässern. Sie stammt ursprünglich aus Südamerika und ist in Europa als eine neophytische Art verbreitet.
Weiter lernen mit SchulLV-PLUS!
monatlich kündbarSchulLV-PLUS-Vorteile im ÜberblickDu hast bereits einen Account?Vergleich von Zellen von Korallenpolypen und Zooxanthellen:
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Beide besitzen Cytoplasma, einen Zellkern und eine Zellmembran
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Zellen von Korallenpolypen sind im Gegensatz zu Zooxanthellenzellen frei von Chloroplasten und bilden keine Zellwand aus
Interspezifische Beziehung zwischen Zooxanthellen und Korallenpolypen:
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Korallenpolypen werden mit Kohlenhydraten und Sauerstoff versorgt
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Algen leben in einem geschützten Raum
→ Deswegen handelt es sich bei dieser interspezifischen Beziehung um eine Symbiose
Gefährdung der Korallenriffe durch den Temperaturanstieg der Weltmeere:
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Algen bilden bei Hitzestress Giftstoffe und werden abgestoßen
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ein großer Teil der Nährstoffversorgung fehlt
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Korallenpolypen werden nicht mehr ausreichend versorgt und sterben allmählich ab
Inwieweit die in Material 3 beschriebene Algenart des Persischen Golfs und Korallenpolypen des Roten Meeres zur Rettung des Great Barrier Reefs beitragen könnte:
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Die hitzetolerante Algenart Symbiodinium thermophilum kann in bedrohten Korallenriffen eingebracht werden und dort eine Symbiose mit Korallenpolypen eingehen
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Aufgrund der Größe des Great Barrier Reefs ist eine ausreichende Ausbringung von Algen jedoch schwer möglich
Totalpräparat eines Laubblattes der Dichtblättrigen Wasserpest (Egeria densa):
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Einstellung des Präparates unter dem Mikroskop
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Übereinstimmung von Präparat und Zeichnung
Beschriftete, mikroskopische Zeichnung von vier Zellen im Zellverband des Blattes:
Anfertigung einer Zeichnung in entsprechender Form und Größe
In etwa:
Folgende Informationen sollten auf der Skizze enthalten sein:
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Beschriftung der Zeichnung: Zellwand, Chloroplast, evtl. Zellkern
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Informationen zum Präparat: Laubblattzellen von Egeria densa, Präparation, Vergrößerung, Datum, Kennzahl
Ablauf der lichtabhängigen Reaktion der Fotosynthese:
Fotosystem II (P680), Fotolysekomplex, H2O → O2, Elektronentransportkette, Aufbau eines Protonengradienten, ATP-Bildung, Fotosystem I (P700), NADP+→ NADPH + H+