Aufgabe 2 – Kannenpflanzen
Die Kannenpflanzen sind carnivore Pflanzen. Zur Familie der Kannenpflanzengewächse Nepenthaceae gehören rund 
Arten, die vorwiegend im tropischen Bergland mit ganzjährig warmen Tagen und kühlen, feuchten Nächten vorkommen.
Vergleiche anhand von fünf Kriterien den mikroskopischen Aufbau eines mesophyten Laubblattes mit dem in Abbildung 1 gezeigten, mikroskopischen Aufbau eines Nepenthes-Fangblattes (Material 2).
Stelle den biologischen Stickstoffkreislauf für ein terrestrisches Ökosystem in einem Fließschema dar.
Formuliere unter Berücksichtigung der Angaben in Tab. 1 eine Hypothese zur Menge der gebildeten Duftstoffe der beiden Nepenthes rafflesiana-Unterarten (Material 3).
Beschreibe das Diagramm in Abbildung 2 (Material 4).
Interpretiere anhand der Daten das Zusammenleben von Nepenthes rajah und Kleinsäugern sowie die Beziehung zwischen den Kleinsäugern untereinander aus ökologischer Sicht (Material 4).
Begründe, dass Nepenthes-Pflanzen in heimischer Haltung bei zu wenig Licht und ausreichender Düngung keine Kannenfallen ausbilden (Material 1, Material 2).
Erläutere die Notwendigkeit der Aufnahme von Stickstoffverbindungen für die Existenz der Kannenpflanze (Material 5).
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monatlich kündbarSchulLV Plus-Vorteile im ÜberblickDu hast bereits einen Account?Material 1: Carnivore – fleischfressende Pflanzen
Carnivore Pflanzen sind an sehr mineralstoffarme Standorte wie Moore und Sandböden angepasst. Sie sind in der Lage, einen Teil ihres Stickstoffbedarfs durch den Fang mit Hilfe von Fallen und die Verdauung kleiner Tiere, wie Mücken, Ameisen und Fliegen, zu decken. Die Bildung dieser Fallen ist für die Pflanzen mit einem hohen Energieaufwand verbunden. Daher weisen sie eine hohe Präferenz für sehr helle bis sonnige Standorte auf.
Material 2: Aufbau einer Kanne bei Nepenthes-Arten
Über mehrere Millionen Jahre haben sich aus den herkömmlichen Laubblättern die Kannenfallen entwickelt.
Bei den Nepenthes-Arten haben sich der ursprüngliche Blattgrund eines gewöhnlichen Laubblattes zum Basalteil und der Blattstiel zur Ranke der Kanne umgewandelt. Diese Funktion übernimmt der Basalteil des Blattes. Die Blattspreite wurde schließlich durch Faltung und Zusammenrollen zur eigentlichen Kannenfalle. Die Kannen sind kaum oder nicht fotosynthetisch aktiv.
Abbildung 1: Mikroskopischer Ausschnitt aus der Kanne eines Nepenthes-Blattes
Material 3: Nepenthes rafflesiana und die Wollfledermaus
Von der im Regenwald von Borneo beheimateten Kannenpflanze Nepenthes rafflesiana sind zwei Unterarten bekannt: N. rafflesiana elongata und N. rafflesiana typica. Nur eine dieser Unterarten nutzt zur Deckung des Stickstoffbedarfs ausschließlich die Verdauung von Insekten, die von Duftstoffen angelockt werden.
Die andere Unterart kann etwa 
ihres Stickstoffbedarfs über den in die Kanne abgegebenen Kot von Wollfledermäusen der Art Kerivoula hardwickii abdecken. Die nur ca. 
großen Tiere hängen tagsüber an der inneren Kannenwand und finden dort einen Schlafplatz.
Tab. 1: Merkmale der Unterarten von Nepenthes rafflesiana
|
Merkmale |
Nepenthes rafflesiana elongata |
Nepenthes rafflesiana typica |
|---|---|---|
|
Kannengröße |
ca. |
ca. |
|
Füllhöhe des Verdauungssaftes in der Kanne |
ca. |
ca. |
Material 4: Interspezifische Beziehungen von Nepenthes rajah
Die Art Nepenthes rajah ist eine asiatische Kannenpflanze, die ausschließlich im Hochland von Nord-Borneo auf relativ mineralstoffarmen Substraten oberhalb von 
vorkommt. In diesen Höhen sind Insekten eher selten. Nepenthes rajah sondert an der Deckelunterseite ihrer großen Kannen ein kohlenhydratreiches Sekret ab. Diese Substanz wird sowohl von Spitzhörnchen Tupaia montana als auch der Gipfelratte Rattus baluensis gefressen. Währenddessen geben die Tiere in die Kannen der Pflanze Kotbällchen ab. Der Kot der Tiere wird von den Kannenpflanzen als Stickstoffquelle genutzt.
Abbildung 2: Relative Besuche von Kleinsäugern an einer Pflanze der Art Nepenthes rajah über 24 Stunden
Material 5: Verschiedene Biomoleküle beiNepenthes-Pflanzen
Abbildung 3: Stickstoffverbindungen in Pflanzen
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|
Kriterien |
Mesophytes Laubblatt |
Nepenthes-Fangblatt |
|---|---|---|
|
Epidermis |
vorhanden |
|
|
Leitbündel |
vorhanden |
|
|
Pallisadengewebe |
vorhanden |
nicht vorhanden |
|
Drüsengewebe |
nicht vorhanden |
vorhanden |
|
Spaltöffnungen |
vorhanden |
nicht vorhanden |
Darstellen:
Hypothese:
-
N. rafflesiana elongata produziert weniger Duftstoffe als N. rafflesiana typica
Begründen:
-
N. rafflesiana elongata hat mit
relativ lange Kannen, besitzt eine geringere Füllhöhe an Verdauungssaft -
Kannen bieten viel Raum für Fledermäuse, die ihren Kot absetzen können
-
weniger Insektenanlockung für Deckung des Stickstoffbedarfs notwendig
-
dadurch geringere Produktion an Duftstoffen notwendig
Beschreiben:
-
dargestellt sind die relativen Besuche zweier Kleinsäugerarten pro Stunde an N. rajah innerhalb eines Tages
-
Spitzhörnchen kommen am Tag zur Kannenpflanze. Von 6:00 Uhr bis 19:00 Uhr sind kontinuierliche Besuche zu verzeichnen. Die häufigsten Besuche sind am Morgen zwischen 7:00 und 8:30 Uhr sowie am späten Nachmittag von 17:00 bis 18:30 Uhr.
-
Gipfelratten besuchen die Kannenpflanze hauptsächlich in der Nacht zwischen 19:00 Uhr und 06:00 Uhr. Einzelne Besuche finden auch schon um 16:00 und 17:00 Uhr statt.
Interpretieren:
Ökologische Beziehung zwischen Kannenpflanze und Kleinsäugern:
-
durch den regelmäßigen Besuch der Kleinsäuger wird die Kannenpflanze kontinuierlich durch die im Kot enthaltenen Stoffe mit ausreichend Mineralien versorgt
-
Kleinsäuger finden Nahrung an den Blättern der Kannenpflanzen
-
Nepenthes und die Kleinsäuger profitieren in dieser Lebensgemeinschaft voneinander, es handelt sich um eine Symbiose
Ökologische Beziehung zwischen Gipfelratten und Spitzhörnchen:
-
stehen in spezifischer Nahrungskonkurrenz um das Sekret der Kannenpflanze
-
direkte Konkurrenz wird durch zeitliche Verschiebung der Aktivitäten ausgeschlossen; Gipfelratten sind nachtaktiv, Spitzhörnchen sind tagaktiv
-
Kleinsäuger besetzen somit unterschiedliche ökologische Nischen
-
beide Kleinsäuger können durch zeitliche Trennung der Nahrungssuche nebeneinander trotz gleicher Ansprüche existieren
Begründen:
-
Lichtmangel verursacht eine geringe Fotosyntheseleistung und somit verminderte Biomasseproduktion; keine Kannenbildung aufgrund des hohen Energieaufwands möglich
-
hoher Stickstoffgehalt bei Düngung im Boden- kein Bedarf der zusätzlichen Stickstoffaufnahme durch Fang notwendig, keine Kannenbildung
Erläutern:
Chlorophyll:
-
Voraussetzung für die Fotosynthese
-
wichtig für den Aufbau von Biomasse
Aminosäuren:
-
Grundlage für die Synthese von Proteinen
-
Aufbau von Struktur- und Funktionseiweißen (Enzyme)
Nucleotid:
-
Bildung von Nukleinsäuren oder Coenzymen
-
Voraussetzung für Proteinbiosynthese oder Stoffwechselregulation
