Botanik und Zoologie - Überblick (BIO-BZ) — Biologie · Matura-Zusammenfassung

Pflanzenphysiologie - Wasser- und Stofftransport#

StandardBIO-BZ-8.1

Pflanzen sind sessil und müssen Wasser, Nährstoffe und Assimilate über teils enorme Distanzen transportieren - ohne ein pumpendes Herz. Ihre Grundorgane teilen die Arbeit: Die Wurzel nimmt Wasser und Mineralstoffe auf und verankert die Pflanze, der Spross trägt und leitet, das Blatt betreibt Photosynthese, die Blüte dient der Fortpflanzung.

Den Ferntransport übernehmen zwei Leitgewebe: Das Xylem (aus toten Tracheen und Tracheiden) leitet Wasser und gelöste Mineralien von der Wurzel aufwärts; das Phloem (lebende Siebröhren) transportiert die Assimilate, vor allem Saccharose, von den Blättern (Quelle) zu den Verbrauchsorten (Senke) - und das in beide Richtungen.

Der Wasseraufstieg ist ein eleganter physikalischer Trick (Kohäsionstheorie): An den Blättern verdunstet Wasser über die Stomata (Transpiration), das erzeugt einen Sog. Weil Wassermoleküle über Wasserstoffbrücken aneinander haften (Kohäsion) und an den Gefässwänden (Adhäsion), wird die gesamte Wassersäule wie an einem Faden nach oben gezogen - bis in über 100 m Höhe beim Mammutbaum. Wasser wird also gezogen, nicht gepumpt.

Den Wasserverlust muss die Pflanze regeln: Die Stomata werden von Schliesszellen begrenzt (), die bei Licht und

\ce{CO2}

-Bedarf öffnen und bei Trockenheit schliessen. Das Stresshormon Abscisinsäure (ABA) löst das Schliessen bei Wassermangel aus - stets ein Kompromiss zwischen

\ce{CO2}

-Aufnahme und Wassersparen.

Blattquerschnitt - Gewebe und Gasaustausch

Abb. 1Cuticula, obere Epidermis, Palisaden- und Schwammparenchym, Leitbündel, untere Epidermis mit Stoma und Schliesszellen.

Wachstum und Entwicklung steuern Pflanzenhormone. Auxin fördert die Zellstreckung und steuert den Phototropismus; Cytokinine fördern die Zellteilung; Gibberelline das Streckungswachstum und die Keimung; Abscisinsäure wirkt als Stresshormon (Stomata zu); Ethylen löst die Fruchtreifung aus (das „eine faule Apfel"-Phänomen).

Pflanzen reagieren mit gerichtetem Wachstum auf Reize, den Tropismen: Phototropismus (zum Licht), Geotropismus/Gravitropismus (Wurzel nach unten, Spross nach oben), Hydrotropismus (zum Wasser) und Thigmotropismus (auf Berührung, bei Ranken). Der Phototropismus beruht darauf, dass sich Auxin auf der Schattenseite sammelt und dort stärkeres Längenwachstum bewirkt - der Spross krümmt sich zum Licht.

Querverbindung zur Zellbiologie: Die Wasseraufnahme in die Wurzel folgt der Osmose entlang des Wasserpotenzials (vgl. Thema Zellbiologie, Membrantransport). Der Ferntransport ist also kein aktiver Pumpvorgang, sondern beruht auf Verdunstung, Kohäsion und osmotischen Gefällen - rein physikalischen Prinzipien.

Musterbeispiel

Transpirationsrate und Wassernutzung

Ein Blatt der Fläche 50 cm2 verdunstet pro Stunde 0,2 g Wasser. Berechne die Transpirationsrate je Quadratmeter und Stunde und die Tagesmenge (12 h Licht) für einen Baum mit 40 m2 Blattfläche.

Fläche umrechnen
$50\ \mathrm{cm^2} = 50\cdot 10^{-4}\ \mathrm{m^2} = 0{,}005\ \mathrm{m^2}$ .
Rate je m2
$\dfrac{0{,}2\ \mathrm{g}}{0{,}005\ \mathrm{m^2}} = 40\ \mathrm{g\,m^{-2}\,h^{-1}}$ .
Baum pro Stunde
$40\ \mathrm{g\,m^{-2}\,h^{-1}}\cdot 40\ \mathrm{m^2} = 1600\ \mathrm{g/h} = 1{,}6\ \mathrm{kg/h}$ .
Tagesmenge
$1{,}6\ \mathrm{kg/h}\cdot 12\ \mathrm{h} = 19{,}2\ \mathrm{kg/Tag}$ .

Ergebnis: Transpirationsrate 40 g/(m2 h); der Baum verdunstet rund 19 L Wasser an einem Tag - dieser Sog treibt den Ferntransport im Xylem.

Schritt-für-Schritt Erklärung3 Schritte

1
Pflanzen pumpen kein Wasser - sie verdampfen es und nutzen den Sog.
2
Auxin steuert Wachstumsrichtung - bei einseitigem Licht sammelt es sich auf der Schattenseite.
3
CAM-Pflanzen leben mit Wassermangel: Stomata nachts auf, tagsüber zu.

SRDP-Aufgaben

SelbsttestAus der Fragenbank5 Punkte

Aufgabenstellung

Erläutere den Wasser- und Stofftransport in Pflanzen und nenne zwei ökologische Anpassungen an Trockenheit.

Deine Antwortwird nicht automatisch bewertet

Typische Fehler

Xylem und Phloem in der Funktion vertauscht.
Wassertransport "wird gepumpt" - er wird gezogen durch Transpiration.
Auxin mit Adrenalin verwechselt.

Aktive Wiederholung

Erläutere, wie ein Baum Wasser bis in 30 m Höhe transportiert.

Aktiv abrufen

Erinnere dich an die Kernpunkte — dann aufdecken.

Quellen: OpenStax Biology 2e, Kap. 30 Plant Form and Physiology (OpenStax)

Tierreich - Systematik und Baupläne#

BasisBIO-BZ-8.2

Die Vielfalt der Tiere ordnet die Systematik in ein hierarchisches System, das auf Carl von Linné (1735) zurückgeht. Seine binominale Nomenklatur gibt jeder Art einen zweiteiligen lateinischen Namen (Homo sapiens = Gattung + Art). Die Rangstufen lauten Reich, Stamm, Klasse, Ordnung, Familie, Gattung, Art; 1990 ergänzte Carl Woese darüber die Domänen (Bacteria, Archaea, Eukarya).

Das Tierreich gliedert sich in zahlreiche Stämme. Wichtig sind die Schwämme (Porifera), Nesseltiere (Cnidaria), Plattwürmer, Fadenwürmer, Ringelwürmer (Annelida), Weichtiere (Mollusca), Stachelhäuter (Echinodermata) und vor allem die Gliederfüsser (Arthropoda) - sie stellen mit Insekten, Spinnen und Krebsen rund 80 % aller Tierarten. Die Wirbeltiere gehören zum Stamm der Chordatiere und sind nur ein kleiner Zweig dieses Stammbaums.

Innerhalb der Chordata bilden die Wirbeltiere fünf Klassen: Fische (Knorpel- und Knochenfische), Amphibien, Reptilien, Vögel und Säugetiere (). Sie unterscheiden sich systematisch klar in Haut, Temperaturregulation und Fortpflanzung.

Die fünf Wirbeltierklassen

Abb. 2Vergleich der Wirbeltierklassen nach Hautbedeckung, Temperaturregulation und Fortpflanzung.

Geordnet wird nach Schlüsselmerkmalen des Bauplans: die Symmetrie (radial wie bei Nesseltieren vs. bilateral bei den meisten anderen), das Vorhandensein einer echten Leibeshöhle (Coelom), die Segmentierung des Körpers, die Lage des Skeletts (innen oder aussen), die Art der Atmung (Kiemen, Lunge, Tracheen) und Merkmale der Embryonalentwicklung.

Die Säugetiere sind durch eine Reihe gemeinsamer Merkmale definiert: Haare, Milchdrüsen zur Versorgung der Jungen, bei den Plazentaliern die Plazenta, das Zwerchfell als eigener Atemmuskel und die drei Gehörknöchelchen im Mittelohr. Diese Merkmale verbinden Maus und Mensch ebenso wie Wal und Fledermaus.

Die moderne phylogenetische Systematik (Hennig) ordnet nicht mehr nach blosser Ähnlichkeit, sondern nach gemeinsamen abgeleiteten Merkmalen (Synapomorphien) und bildet nur natürliche, monophyletische Gruppen (vgl. Thema Evolution). Deshalb gelten die Vögel heute als spezialisierte „Reptilien"-Gruppe, und die klassischen „Reptilien" ohne die Vögel sind keine echte Einheit mehr.

Musterbeispiel

Tiere systematisch einordnen

Ordne Honigbiene, Tintenfisch, Frosch und Specht den Tierstämmen bzw. -klassen zu. Was haben sie gemeinsam, was unterscheidet sie?

Honigbiene
Stamm Arthropoda (Gliederfüsser), Klasse Insekten - Exoskelett, sechs Beine, Tracheenatmung.
Tintenfisch
Stamm Mollusca (Weichtiere) - wirbellos, kein Aussenskelett, hoch entwickeltes Nervensystem.
Frosch
Stamm Chordata, Klasse Amphibien - Wirbeltier, wechselwarm, mit Metamorphose.
Specht
Stamm Chordata, Klasse Vögel - Wirbeltier, gleichwarm, mit Federn.

Ergebnis: Frosch und Specht sind Wirbeltiere (Chordata), Biene und Tintenfisch wirbellose Tiere aus verschiedenen Stämmen. Gemeinsam sind allen die Vielzelligkeit und die heterotrophe Ernährung - getrennt werden sie durch Bauplan, Skelett und Atmung.

Schritt-für-Schritt Erklärung3 Schritte

1
Linne schuf ein System, das bis heute gilt - jedes Lebewesen trägt zwei Namen.
2
Wirbeltiere sind ein kleiner Zweig im Stammbaum - Arthropoden machen 80 % der Tierarten aus.
3
Säugetiermerkmale sind Haare, Milch, Plazenta - das verbindet Maus und Mensch.

SRDP-Aufgaben

SelbsttestAus der Fragenbank4 Punkte

Aufgabenstellung

Vergleiche Wirbeltierklassen am Beispiel von Frosch, Eidechse, Spatz und Maus.

Deine Antwortwird nicht automatisch bewertet

Typische Fehler

Spinnen und Skorpione als Insekten (sind Arachniden).
Fische als einheitliche Klasse - tatsächlich zwei Klassen.
Wal als Fisch - er ist Säugetier.

Aktive Wiederholung

Ordne folgende Arten taxonomisch: Honigbiene, Tintenfisch, Frosch, Specht. Was haben sie gemeinsam, was unterscheidet sie?

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Erinnere dich an die Kernpunkte — dann aufdecken.

Quellen: Hennig W (1966) Phylogenetic Systematics (University of Illinois Press)

Vergleichende Anatomie und Stammesgeschichte#

StandardBIO-BZ-8.3

Bevor es Gentests gab, lieferte die vergleichende Anatomie Darwins stärkste Belege für die Evolution - und sie tut es bis heute (). Der Schlüsselbegriff ist die Homologie: Organe mit gemeinsamer stammesgeschichtlicher Herkunft, oft mit verschiedener Funktion. Die Vorderextremitäten von Mensch (Greifen), Wal (Schwimmen) und Fledermaus (Fliegen) teilen denselben Knochenbauplan - das verrät einen gemeinsamen Vorfahren.

Belege für Evolution

Abb. 3Die wichtigsten Beleggruppen der vergleichenden Biologie mit ihrem Prinzip und einem Beispiel.

Davon streng zu trennen ist die Analogie: gleiche Funktion bei verschiedener Herkunft. Der Flügel eines Vogels (umgebaute Wirbeltiergliedmasse) und der eines Insekts (Cuticula-Auswüchse) erfüllen beide den Flug, sind aber nicht verwandt - ein Fall konvergenter Evolution, bei der ähnliche Selektionsdrücke unabhängig zu ähnlichen Lösungen führen.

Ein eigener Beleg sind rudimentäre Organe: zurückgebildete Strukturen, die ihre ursprüngliche Funktion verloren haben - das menschliche Steissbein (Rest des Schwanzes), der Blinddarmfortsatz oder die winzigen Beckenknochen mancher Wale. Sie sind nur erklärbar, wenn die Vorfahren sie noch funktionsfähig besassen.

Auch die Embryonalentwicklung gibt Hinweise: Wirbeltierembryonen ähneln sich früh stark und zeigen vorübergehend Kiemenbögen und einen Schwanzansatz. Haeckels „biogenetisches Grundgesetz" („die Ontogenese wiederholt die Phylogenese") gilt heute nur abgeschwächt, doch die gemeinsamen Embryonalmerkmale bleiben ein Indiz für gemeinsame Vorfahren.

Die stärksten modernen Belege liefert die Molekularbiologie: Je näher zwei Arten verwandt sind, desto ähnlicher sind ihre Genome und Proteine. Mensch und Schimpanse stimmen zu etwa 98,8 % der DNA überein; universell verbreitete Moleküle wie das Cytochrom c dienen als „molekulare Uhr" für Verwandtschaftsanalysen (vgl. Thema Evolution).

Schliesslich faszinieren lebende Fossilien - Arten, die sich über sehr lange Zeit kaum verändert haben: der Quastenflosser (Coelacanth, bis 1938 für ausgestorben gehalten), der Pfeilschwanzkrebs oder die neuseeländische Brückenechse (Tuatara). Sie zeigen, dass Evolution nicht zwangsläufig schnell verläuft, wo der Selektionsdruck gering bleibt.

Musterbeispiel

Evolutionsbelege zuordnen

Ordne ein: (a) Menschenarm und Walflosse, (b) Vogel- und Insektenflügel, (c) das menschliche Steissbein. Homolog, analog oder rudimentär?

(a) Arm und Flosse
Gleicher Knochenbauplan bei verschiedener Funktion -> homolog (Beleg für gemeinsame Abstammung).
(b) Vogel- vs. Insektenflügel
Gleiche Funktion (Flug), aber verschiedener Ursprung -> analog (konvergente Evolution).
(c) Steissbein
Zurückgebildeter Schwanzansatz ohne ursprüngliche Funktion -> rudimentäres Organ.

Ergebnis: Nur Homologien (a) belegen Verwandtschaft; Analogien (b) zeigen konvergente Lösungen; Rudimente (c) sind „Fossilien im Körper" und ein eigener Evolutionsbeleg.

Schritt-für-Schritt Erklärung3 Schritte

1
Vergleichende Anatomie ist wie ein Familienalbum - ähnliche Bauteile verraten Verwandtschaft.
2
Rudimente sind biologische Fossilien im eigenen Körper.
3
Molekulare Phylogenie hat klassische Stammbäume bestätigt und verfeinert.

SRDP-Aufgaben

SelbsttestAus der Fragenbank5 Punkte

Aufgabenstellung

Erläutere am Beispiel der Wirbeltier-Vorderextremitäten den Unterschied zwischen Homologie und Analogie.

Deine Antwortwird nicht automatisch bewertet

Typische Fehler

Vogel- und Fledermausflügel als analog statt homolog.
Rudimentäre Organe als "nutzlos und schädlich" - sie sind oft funktionslos, aber selten schädlich.
Embryonen "wiederholen exakt die Phylogenese" - das ist die zu starke Form von Haeckels Regel.

Aktive Wiederholung

Vergleiche Menschenarm, Walflosse und Fledermausflügel - was ist homolog, was analog?

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Erinnere dich an die Kernpunkte — dann aufdecken.

Quellen: Campbell Biology, Kap. 22 Evidence for Evolution (Pearson)

Blattbau und Photosynthese in der Pflanze#

StandardBIO-BZ-8.1

Das Laubblatt ist ein hochoptimiertes Photosyntheseorgan, dessen Bau man im Querschnitt versteht (): Aussen schützt eine wachsartige Cuticula vor Verdunstung, darunter liegt die obere Epidermis. Den Hauptort der Photosynthese bildet das dicht gepackte Palisadenparenchym mit vielen Chloroplasten; das lockere, luftgefüllte Schwammparenchym darunter ermöglicht den Gasaustausch, und die untere Epidermis trägt die Stomata.

Blattquerschnitt - Gewebe und Gasaustausch

Abb. 4Cuticula, obere Epidermis, Palisaden- und Schwammparenchym, Leitbündel, untere Epidermis mit Stoma und Schliesszellen.

Innerhalb der Zelle läuft die Photosynthese im Chloroplasten ab - einem Organell mit Doppelmembran, das als Folge der Endosymbiose entstand (vgl. Thema Zellbiologie). In ihm sind die Thylakoide zu Grana gestapelt (Ort der Lichtreaktion), umgeben vom Stroma (Ort des Calvin-Zyklus).

Die Lichtreaktion findet an den Thylakoidmembranen statt: Lichtenergie spaltet Wasser (

\ce{H2O}

, Fotolyse), wobei Sauerstoff (

\ce{O2}

) frei wird, und treibt den Aufbau der Energieträger ATP und NADPH an. Diese erste Phase wandelt also Licht- in chemische Energie um.

Im Calvin-Zyklus (der lichtUNabhängigen Reaktion) im Stroma wird dann

\ce{CO2}

am Enzym RuBisCO fixiert und mithilfe von ATP und NADPH schrittweise zu Glucose aufgebaut. Wichtig: Diese „Dunkelreaktion" braucht keine Dunkelheit - sie läuft auch bei Tag, nur nicht DIREKT mit Licht, und ist auf die Produkte der Lichtreaktion angewiesen.

An heisse, trockene Standorte sind Pflanzen mit besonderen Strategien angepasst: C4-Pflanzen (z. B. Mais) trennen die

\ce{CO2}

-Vorfixierung RÄUMLICH von der eigentlichen Fixierung, CAM-Pflanzen (Kakteen) trennen sie ZEITLICH und nehmen

\ce{CO2}

nachts auf. Beides reduziert den Wasserverlust und die kostspielige Photorespiration.

Wie schnell die Photosynthese läuft, hängt von den limitierenden Faktoren ab: Lichtintensität,

\ce{CO2}

-Konzentration und Temperatur. Nach dem Minimumgesetz begrenzt jeweils der knappste Faktor die Rate - steigert man nur ihn, nimmt die Leistung zu, bis ein anderer Faktor zum Engpass wird.

Schliesslich passen Pflanzen auch ihre Blattform an: Sonnenblätter sind dicker und lichtfest, Schattenblätter dünner und lichtempfindlicher; Nadelblätter mit kleiner Oberfläche reduzieren Verdunstung und Frostschäden. Form und Funktion des Blattes sind also direkt an den Lebensraum gekoppelt.

Musterbeispiel

Netto- und Bruttophotosyntheserate

Ein Blatt nimmt bei Licht netto 16 mu mol CO2 je m2 und Sekunde auf. Im Dunkeln gibt es durch Atmung 4 mu mol CO2 je m2 und Sekunde ab. Wie hoch ist die Bruttophotosyntheserate?

Messgrößen
Die Netto-Aufnahme ist die scheinbare (apparent) Photosynthese; die Atmung läuft parallel weiter.
Zusammenhang
Brutto = Netto + Atmung (die Atmung verbraucht einen Teil der fixierten CO2 wieder).
Einsetzen
$16 + 4 = 20\ \mu mol\,m^{-2}\,s^{-1}$ .
Interpretation
Am Lichtkompensationspunkt sind Brutto-Photosynthese und Atmung gleich gross - die Netto-Aufnahme ist dann null.

Ergebnis: Die Bruttophotosyntheserate beträgt 20 mu mol CO2 je m2 und Sekunde; sie ist immer größer als die gemessene Netto-Aufnahme, weil die Atmung gleichzeitig CO2 freisetzt.

Schritt-für-Schritt Erklärung2 Schritte

1
Das Palisadengewebe ist die Solarzelle des Blattes - dicht gepackte Chloroplasten.
2
Lichtreaktion am Thylakoid liefert Energie, der Calvin-Zyklus im Stroma baut den Zucker.

SRDP-Aufgaben

SelbsttestAus der Fragenbank5 Punkte

Aufgabenstellung

Beschreibe den Bau eines Laubblattes im Querschnitt und ordne Licht- und Dunkelreaktion ihren Orten im Chloroplasten zu.

Deine Antwortwird nicht automatisch bewertet

Typische Fehler

Lichtreaktion und Calvin-Zyklus räumlich vertauscht (Thylakoid vs. Stroma).
Dunkelreaktion benötige Dunkelheit - sie läuft auch im Licht, braucht nur kein Licht direkt.
Stomata mit Leitbündeln verwechselt.

Aktive Wiederholung

Beschrifte einen Blattquerschnitt und erläutere, in welchem Gewebe die Photosynthese hauptsächlich abläuft.

Aktiv abrufen

Erinnere dich an die Kernpunkte — dann aufdecken.

Quellen: OpenStax Biology 2e, Kap. 8 Photosynthesis (OpenStax)

Pflanzliche Fortpflanzung und Generationswechsel#

StandardBIO-BZ-8.1

Pflanzen durchlaufen einen Generationswechsel - einen regelmässigen Wechsel zwischen zwei Lebensformen (): dem haploiden Gametophyten, der durch Mitose Gameten bildet (geschlechtliche Phase), und dem diploiden Sporophyten, der durch Meiose haploide Sporen erzeugt (ungeschlechtliche Phase). Aus der befruchteten Eizelle (Zygote, 2n) wächst wieder ein Sporophyt - der Kreis schliesst sich.

Generationswechsel der Pflanzen

Abb. 5Wechsel zwischen diploidem Sporophyt und haploidem Gametophyt über Meiose (Sporen) und Befruchtung (Zygote).

Bei den Moosen dominiert der Gametophyt: Die grüne Moospflanze IST der Gametophyt, der unselbstständige Sporophyt wächst nur als Stiel mit Sporenkapsel auf ihm. Weil die Spermien zur Eizelle schwimmen müssen, sind Moose an feuchte Standorte gebunden.

Bei den Farnen kehrt sich das Verhältnis um: Der auffällige Wedel ist der Sporophyt, der Gametophyt schrumpft zu einem kleinen, selbstständigen Vorkeim (Prothallium). Auch Farne besitzen noch bewegliche Spermatozoiden und brauchen daher Wasser zur Befruchtung.

Den entscheidenden Evolutionsschritt machten die Samenpflanzen: Sie reduzierten den Gametophyten radikal auf den Pollen (männlich) und den Embryosack (weiblich). Die Befruchtung erfolgt nun über den Pollenschlauch und ist unabhängig von freiem Wasser - das war der Schlüssel zur Eroberung auch trockener Lebensräume.

Die Bedecktsamer (Angiospermen) gingen noch weiter: Ihre Blüte ist das Fortpflanzungsorgan, und sie führen eine doppelte Befruchtung durch - eine Spermazelle bildet mit der Eizelle den diploiden Embryo (2n), die zweite mit den Polkernen das triploide Nährgewebe (Endosperm, 3n). Aus dem Fruchtknoten entsteht die Frucht, die der Samenausbreitung dient.

Damit Pollen ans Ziel kommt, gibt es zwei Bestäubungsstrategien: Windbestäuber (Gräser, viele Bäume) haben unscheinbare Blüten und produzieren riesige Pollenmengen; Tierbestäuber locken mit Schauapparat, Duft und Nektar - oft in enger Koevolution mit ihren Bestäubern (vgl. Thema Evolution).

Neben der geschlechtlichen Fortpflanzung beherrschen viele Pflanzen die vegetative (ungeschlechtliche) Vermehrung über Ausläufer, Knollen, Zwiebeln oder Stecklinge. Die Nachkommen sind genetisch identische Klone - vorteilhaft bei stabilen Bedingungen, aber ohne die Variabilität, die die geschlechtliche Fortpflanzung liefert.

Musterbeispiel

Doppelte Befruchtung - Ploidie verfolgen

Verfolge bei der doppelten Befruchtung der Bedecktsamer die Ploidiestufen von Embryo und Nährgewebe (Endosperm).

Pollen
Der Pollenschlauch liefert ZWEI haploide (n) Spermazellen in den Embryosack.
Eizelle befruchten
Spermazelle (n) + Eizelle (n) -> Zygote (2n), aus der der Embryo wird.
Endosperm bilden
Zweite Spermazelle (n) + zwei Polkerne (n + n) -> triploides (3n) Endosperm.
Funktion
Das 3n-Endosperm dient als Nährgewebe für den heranwachsenden Embryo.

Ergebnis: Embryo 2n, Endosperm 3n. Die doppelte Befruchtung erzeugt Keim und Nährgewebe in einem Schritt - eine Schlüsselneuerung der Blütenpflanzen.

Schritt-für-Schritt Erklärung2 Schritte

1
Bei Moosen regiert der Gametophyt, bei Farnen der Sporophyt - die Samenpflanzen verkleinern den Gametophyten radikal.
Generationswechsel der Pflanzen
Abb.Wechsel zwischen diploidem Sporophyt und haploidem Gametophyt über Meiose (Sporen) und Befruchtung (Zygote).
2
Die doppelte Befruchtung ist eine Erfindung der Blütenpflanzen: Embryo plus Nährgewebe in einem Schritt.

SRDP-Aufgaben

SelbsttestAus der Fragenbank5 Punkte

Aufgabenstellung

Erläutere den Generationswechsel und vergleiche, welche Generation bei Moos, Farn und Samenpflanze dominiert.

Deine Antwortwird nicht automatisch bewertet

Typische Fehler

Gametophyt und Sporophyt verwechselt (Sporophyt ist diploid).
Sporen mit Samen gleichgesetzt - Sporen sind einzellig und haploid.
Endosperm als diploid statt triploid angegeben.

Aktive Wiederholung

Vergleiche den Generationswechsel von Moos und Farn und begründe, warum Samenpflanzen kein freies Wasser zur Befruchtung brauchen.

Aktiv abrufen

Erinnere dich an die Kernpunkte — dann aufdecken.

Tierische Organsysteme im Vergleich#

VertiefungBIO-BZ-8.2BIO-BZ-8.3

Tiere lösen dieselben Grundprobleme - Gasaustausch, Transport, Entgiftung, Reizverarbeitung, Stützung - je nach Stamm auf sehr unterschiedliche Weise. Beim Gasaustausch reicht das Spektrum von der Hautatmung (Würmer, Amphibien) über die Tracheen der Insekten (die Luft DIREKT zu den Zellen führen, ohne Blut) bis zu Kiemen (Fische, mit Gegenstromprinzip) und Lungen - bei Säugern mit Alveolen, bei Vögeln mit hocheffizienter Durchströmung (; vgl. Thema Humanbiologie).

Atmungsorgane im Tierreich

Abb. 6Verschiedene Lösungen für den Gasaustausch mit ihrer Tiergruppe und dem Funktionsprinzip.

Ähnlich vielfältig sind die Kreislaufsysteme: Insekten haben einen OFFENEN Kreislauf, in dem die Hämolymphe frei die Organe umspült; Wirbeltiere einen GESCHLOSSENEN. Dessen Bauplan reicht vom einfachen Kreislauf der Fische über das unvollständig getrennte Herz der Amphibien bis zum vollständig getrennten Doppelkreislauf der Vögel und Säuger.

Auch die Exkretion stickstoffhaltiger Abfälle ist an den Lebensraum angepasst: Plattwürmer nutzen Protonephridien, Ringelwürmer Metanephridien, Insekten Malpighi-Gefässe, Wirbeltiere die Niere. Das Endprodukt verrät den Wasserhaushalt: Ammoniak (sehr giftig, viel Wasser nötig - Wassertiere), Harnstoff (Säuger) oder Harnsäure (wassersparend - Vögel, Reptilien, Insekten).

Die Nervensysteme zeigen eine Tendenz zur Zentralisierung: vom diffusen Nervennetz der Nesseltiere über das Strickleiternervensystem der Gliederfüsser bis zum zentralisierten Gehirn-Rückenmark-System der Wirbeltiere. Mit der Zentralisierung wächst die Fähigkeit zu komplexem Verhalten.

Beim Skelett gibt es drei Grundtypen: das Hydroskelett (Flüssigkeitsdruck, z. B. bei Würmern), das Exoskelett aus Chitin (Arthropoden, das zum Wachsen gehäutet werden muss) und das mitwachsende Endoskelett der Wirbeltiere. Jeder Typ hat eigene Vor- und Nachteile in Schutz, Beweglichkeit und Wachstum.

Schliesslich ist die Fortbewegung an das Medium angepasst - Flossen im Wasser, Beine an Land, Flügel in der Luft. Bemerkenswert ist, dass diese verschiedenen Extremitäten oft auf einer HOMOLOGEN Grundlage beruhen (vgl. vergleichende Anatomie): Evolution baut Vorhandenes um, statt jedes Mal neu zu erfinden.

Musterbeispiel

Insekt und Säuger - Organsysteme vergleichen

Vergleiche Gasaustausch und Exkretion eines Insekts mit denen eines Säugetiers und ordne die Unterschiede dem Lebensraum zu.

Gasaustausch Insekt
Tracheen führen Luft DIREKT zu den Zellen - ohne Beteiligung des Blutes; effizient bei kleinem Körper.
Gasaustausch Säuger
Lunge mit Alveolen, $\ce{O2}$ -Transport über Hämoglobin im geschlossenen Doppelkreislauf - nötig bei grossem Körper.
Exkretion Insekt
Malpighi-Gefässe scheiden Harnsäure aus - wassersparend, ideal für das Landleben.
Exkretion Säuger
Nieren scheiden Harnstoff in Wasser gelöst aus - möglich bei guter Wasserversorgung.

Ergebnis: Insekten sind aufs Wassersparen optimiert (Tracheen, Harnsäure), Säuger auf hohen Durchsatz (Lunge, Kreislauf, Harnstoff). Die Endprodukte der Exkretion spiegeln direkt den Wasserhaushalt des Lebensraums.

Schritt-für-Schritt Erklärung2 Schritte

1
Jedes Organsystem löst dasselbe Problem - Gasaustausch, Transport, Entgiftung - auf seine Weise.
Atmungsorgane im Tierreich
Abb.Verschiedene Lösungen für den Gasaustausch mit ihrer Tiergruppe und dem Funktionsprinzip.
2
Das Gegenstromprinzip der Fischkieme holt mehr Sauerstoff heraus als jede Gleichstromlösung.

SRDP-Aufgaben

SelbsttestAus der Fragenbank5 Punkte

Aufgabenstellung

Vergleiche die Atmungsorgane verschiedener Tiergruppen und erkläre das Gegenstromprinzip der Fischkieme.

Deine Antwortwird nicht automatisch bewertet

Typische Fehler

Insekten atmen über "Lungen" - tatsächlich Tracheen ohne Blutbeteiligung.
Fischkiemen als Gleichstrom statt Gegenstrom beschrieben.
Harnsäureausscheidung (Vögel/Reptilien) mit Wasserverschwendung verwechselt - sie spart Wasser.

Aktive Wiederholung

Vergleiche Gasaustausch und Exkretion eines Insekts und eines Säugetiers und ordne die Unterschiede den Lebensräumen zu.

Aktiv abrufen

Erinnere dich an die Kernpunkte — dann aufdecken.