Teil B
Lebende Systeme sind u. a. durch folgende Merkmale gekennzeichnet:
(a) Sie bestehen aus verschiedenen Elementen, die miteinander wechselwirken.
(b) Sie stehen in einem ständigen Energie- und Stoffaustausch mit ihrer Umgebung.
(c) Sie besitzen regulatorische Fähigkeiten.
(d) Sie entwickeln sich.
Erläutere unter Einbeziehung der Materialien diese Merkmale am Einzeller Paramecium spec.
Belege an einem selbstgewählten Beispiel, dass die genannten Merkmale auch auf der Organisationsebene Ökosystem nachweisbar sind.
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Material 1
Systeme sind vielfältig ineinander geschachtelt. Je nach Perspektive sind sie entweder Subsysteme oder Supersysteme. Eine Menge von Systemen mit vergleichbarer Zusammensetzung, Umgebung und Struktur nennt man Systemebene. Lebende Systeme können auf verschiedenen Systemebenen betrachtet werden, z. B. Zelle, Organismus und Ökosystem.
Nach: www.spektrum.de (11.11.2026)
Schematische Darstellung eines Systems
Nach: Harms: Unterricht Biologie. Zeitschrift für die Sekundarstufe 449, Friedrich Verlag, 43, Jg. 2019, S. 3
Material 2
Schematische Darstellungen von Individuen der Gattung Paramecium
Nach: Lieder, J.: Laboratorium für Mikroskopie (CD). Verlag für Diapositive, Transparente, Ludwigsburg 2016
Material 3
Die im Süßwasser lebenden Einzeller der Gattung Paramecium vermehren sich unter günstigen Bedingungen in wenigen Stunden ungeschlechtlich durch Querteilung. Zusätzlich sind sie zur Konjugation befähigt. Dabei tauschen jeweils zwei Individuen genetisches Material aus, indem sie sich aneinanderlagern und an einer bestimmten Stelle verschmelzen. Die Mikronuclei (Geschlechtskerne) teilen sich daraufhin meiotisch. Davon gehen in jedem der beteiligten Individuen drei haploide Mikronuclei zugrunde. Die verbleibenden Mikronuclei durchlaufen eine Mitose und die Makronuclei lösen sich auf. Von den beiden Kernen der letzten Teilung wandert je ein Kern (männlich = Wanderkern) durch die Verbindungsstelle in das andere Individuum und verschmilzt dort mit dem anderen Mikronucleus (weiblich = stationärer Kern). Aus den neu entstandenen diploiden Mikronuclei bilden sich die Makro- und Mikronuklei.
Konjugation bei Paramecium spec.
Nach: Lieder, J.: Laboratorium für Mikroskopie (CD). Verlag für Diapositive, Transparente, Ludwigsburg 2016
Material 4
Die Einzeller der Gattung Paramecium besitzen zwei kontraktile Vakuolen, die sternförmig von Radiärkanälchen umgeben sind. Unter Pumpbewegungen schwellen die kontraktilen Vakuolen bis zu einer bestimmten Größe an, dann verschmelzen sie mit der Zellmembran des Einzellers. Der Inhalt der Vakuole wird dabei an die Umgebung abgegeben. Die ausgestoßene Flüssigkeit besteht hauptsächlich aus Wasser, das kaum gelöste Salze enthält. In einem Experiment wurde die Aktivität der kontraktilen Vakuolen untersucht.
Flüssigkeitsausstoß von Individuen der Gattung Paramecium in verschieden konzentrierten Außenlösungen
Nach: Bickel, H. et al.: Natura Lehrerband. Zelle, Stoffwechsel, Ökologie. Klett Verlag GmbH, Ludwigsburg 2002, S. 38
Material 5
Vereinfachte schematische Darstellung zur Füllung der kontraktilen Vakuole bei Paramecium spec. in hypotonischem Medium
Hinweis: Die Pfeile kennzeichnen die Richtung der Wasserbewegung.
In Anlehnung an: www.ncbi.nlm.nih.gov (11.11.2026) und Quelle (11.11.2026)
Material 6
Einige Vertreter der Gattung Paramecium beherbergen eine Vielzahl von Grünalgen in ihrem Zytoplasma. Untersuchungsergebnisse zur metabolischen Interaktion sind in folgender Abbildung vereinfacht dargestellt.
Vereinfachte schematische Darstellung metabolischer Interaktionen
Nach: Quelle (11.11.2026)
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Paramecium spec. ist ein Einzeller, der durch eine Zellmembran von der Umwelt abgegrenzt ist. Im Inneren befinden sich verschiedene Zellstrukturen, darunter Nahrungsvakuolen, Vesikel mit Verdauungsenzymen, kontraktile Vakuolen sowie ein Makro- und ein Mikronucleus (Material 2).
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Der Organismus Paramecium spec. lebt heterotroph. Die Nahrung wird durch Wimpernschläge zum Mundfeld und anschließend zum Zellmund transportiert. Von dort gelangt sie über den Zellschlund in eine Nahrungsvakuole.
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Hat die Nahrungsvakuole eine bestimmte Größe erreicht, schnürt sie sich in das Zellinnere ab. Überschüssiges Wasser wird der Nahrungsvakuole entzogen.
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Über Lysosomen gelangen Verdauungsenzyme in die Nahrungsvakuole, die dann als Verdauungsvakuole bezeichnet wird. Die verwertbaren Stoffe werden resorbiert, unverdauliche Substanzen ausgeschieden (Material 2).
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Die Ernährung zeigt das Zusammenwirken verschiedener Systemelemente → Interaktionen zwischen den Zellstrukturen sichern die Ernährung des Einzellers.
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Paramecium spec. steht in einem ständigen Stoff- und Energieaustausch mit der Umgebung. Es nimmt Nahrung auf, verarbeitet diese und gibt unverdaute Reste an die Umgebung ab (Material 2).
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Der Einzeller lebt im Süßwasser. Sein Cytoplasma ist gegenüber dem umgebenden Wasser hypertonisch → ständig gelangt Wasser in die Zelle.
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Zur Regelung des Wasserhaushalts besitzt der Einzeller kontraktile Vakuolen. Bei einem bestimmten Füllungszustand verschmelzen sie mit der Zellmembran → überschüssiges Wasser wird an die Umgebung abgegeben (Material 4).
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Paramecium spec. kann seinen Wasserhaushalt aktiv regeln (Materialien 4 und 5).
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Bei geringem Salzgehalt des umgebenden Mediums entwickelt das Cytoplasma einen hohen osmotischen Druck → das Pantoffeltierchen nimmt viel Wasser auf. Damit es nicht platzt, muss es über die kontraktilen Vakuolen entsprechend viel Wasser abgeben.
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Mit steigendem Salzgehalt des umgebenden Mediums sinkt der osmotische Druck des Cytoplasmas → weniger Wasser wird ausgeschieden, wie das Diagramm in Material 4 zeigt.
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Die entsprechend angepasste Wasserabgabe über die kontraktilen Vakuolen reguliert den Wasserhaushalt.
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Unter günstigen Bedingungen vermehren sich Pantoffeltierchen ungeschlechtlich durch mitotische Teilung → identische Tochterzellen entstehen; die genetische Vielfalt wird dabei nicht gefördert.
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Die Einzeller sind außerdem zur Konjugation befähigt. Dabei wird genetisches Material zwischen zwei Individuen ausgetauscht (Material 3) → genetische Variabilität entsteht und ermöglicht Entwicklungsprozesse.
Der Mischwald ist durch eine Systemgrenze von anderen Ökosystemen abgegrenzt. Zu seinen zahlreichen Systemelementen gehören die verschiedenen Populationen. Zwischen ihnen bestehen enge Wechselbeziehungen, darunter Nahrungsbeziehungen und Symbiosen.
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Die Wechselwirkungen zwischen den Organismen zeigen sich am Stoffstrom: Grüne Pflanzen sind Produzenten. Sie bilden bei der Fotosynthese unter Lichteinwirkung aus den anorganischen Stoffen Kohlenstoffdioxid und Wasser organische Stoffe wie Glucose sowie Sauerstoff.
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Die produzierten Stoffe bilden die Lebensgrundlage der Konsumenten, zu denen viele Tiere verschiedener Trophieebenen gehören.
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Destruenten ernähren sich von toter organischer Substanz und bauen diese zu anorganischen Stoffen ab → diese bilden wiederum die Grundlage für das Leben der Produzenten.
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Der Mischwald steht in einem ständigen Stoff- und Energieaustausch mit seiner Umgebung → das Ökosystem ist stofflich und energetisch offen.
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Ökosysteme sind durch einen Energiefluss charakterisiert. Sonnenlicht gelangt von außen in den Mischwald und bildet die Grundlage für das Leben. Produzenten wandeln Lichtenergie in chemische Energie um und bilden auf dieser Basis organische Stoffe.
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Ein nicht geringer Anteil der organischen Stoffe wird über den Stoff- und Energiewechsel der Produzenten in Wärmeenergie umgewandelt → diese verlässt das Ökosystem.
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Die durchlässigen Grenzen ermöglichen außerdem einen Stoffaustausch mit der Umgebung. Tiere wechseln zwischen verschiedenen Ökosystemen, etwa zwischen Wald und Wiese.
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Der Mischwald ist wie andere naturnahe Ökosysteme zur Selbstregulation befähigt.
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Im Klimaxzustand halten sich assimilatorische und dissimilatorische Prozesse die Waage → es besteht ein Fließgleichgewicht, das als ökologisches Gleichgewicht bezeichnet wird.
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Charakteristisch ist ein über einen definierten Zeitraum ausgeglichenes Beziehungsgefüge zwischen Produzenten, Konsumenten, Destruenten und den abiotischen Faktoren.
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Umweltkatastrophen wie Vulkanausbrüche und großflächige Waldbrände können ganze Ökosysteme vernichten oder aus dem Gleichgewicht bringen.
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Nach großen Bränden können sich aus kahlen Flächen wieder gesunde Mischwälder entwickeln → diese Entwicklungsfolge wird als Sekundärsukzession bezeichnet.
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