AbituraufgabenMeso- und Xerophyten

Das Blatt ist zu einer fast geschlossenen Röhre eingerollt; nur zwischen den Blatträndern bleibt ein schmaler Spalt. Die Außenseite ist die Blattunterseite: Sie trägt eine dicke Kutikula, darunter liegt eine Schicht Festigungsgewebe; Spaltöffnungen fehlen hier. Die Innenseite (Blattoberseite) ist in Rippen und Furchen gegliedert. In den Rippen verlaufen die Leitbündel, in den Furchen liegen die Spaltöffnungen, umgeben von Haaren. Im Inneren liegt ein Hohlraum.

Bei 30 % Luftfeuchte sinkt die Transpiration von 150 auf 45 mg je g und h, also um 105 mg je g und h. Das entspricht \(105 : 150 = 0{,}70\), also einer Abnahme um 70 %.

Einrollen/Hohlraum: Der Wasserdampf, der aus den Spaltöffnungen austritt, sammelt sich im fast geschlossenen, windgeschützten Hohlraum. Die Luft dort ist feucht, das Konzentrationsgefälle zwischen Interzellularen und Luft wird klein — die stomatäre Transpiration sinkt (M2: um 70 %).

Spaltöffnungen in Furchen mit Haaren: Die Furchen und die Haare halten zusätzlich eine ruhende, feuchte Luftschicht direkt vor den Spaltöffnungen fest; Wind kann sie nicht fortblasen.

Dicke Kutikula ohne Spaltöffnungen außen: Die dem Wind und der Sonne zugewandte Außenseite gibt kaum Wasser ab, weil die dicke Wachsschicht die kutikuläre Transpiration verringert. Das Festigungsgewebe stabilisiert das Blatt, sodass es beim Austrocknen nicht welkt oder vom Sand beschädigt wird.

Ein Merkmal mit Wirkung und Begründung genügt jeweils; auch die Gelenkzellen (Einrollen bei Wasserverlust) sind als Merkmal zulässig.

Kutikula: beim Mesophyten dünn, beim Strandhafer außen dick. Spaltöffnungen: beim Mesophyten frei auf Höhe der Epidermis, meist auf der Blattunterseite und damit direkt der Außenluft ausgesetzt; beim Strandhafer nur auf der Oberseite, eingesenkt in Furchen mit Haaren und beim Einrollen im Inneren der Röhre. Blattfläche: beim Mesophyten groß, dünn und flach ausgebreitet; beim Strandhafer schmal und durch das Einrollen stark verkleinert.

Gemeinsam ist beiden, dass sie Spaltöffnungen mit Schließzellen, chloroplastenhaltiges Gewebe und Leitbündel besitzen und CO₂ nur über die Spaltöffnungen aufnehmen. Der Mesophyt fördert den Gasaustausch, der Strandhafer begrenzt den Wasserverlust.

Je dicker die Kutikula, desto geringer ist die kutikuläre Transpiration: Von 1,5 µm (Schattenblatt) bis 14 µm (Kaktus) sinkt sie von 15 % auf 0,2 % — also auf rund ein Fünfundsiebzigstel. Der Zusammenhang ist nicht proportional: Schon die Verdopplung von 1,5 auf 3 µm senkt den Anteil stark, bei sehr dicken Kutikulas wird die Abnahme kleiner.

Die beiden Hainbuchenblätter (Mesophyt) haben dünne Kutikulas und verlieren über die Kutikula einen merklichen Anteil Wasser. Steineiche und Säulenkaktus (Xerophyten) verlieren bei geschlossenen Spaltöffnungen kaum Wasser — sie können Trockenzeiten mit geschlossenen Spaltöffnungen überdauern. Die Werte sind Modellwerte und keine eigenen Messungen.

Sonnen- und Schattenblatt stammen vom selben Baum und haben deshalb dasselbe Erbgut. Der Unterschied ist umweltbedingt, also eine Modifikation: In der besonnten Krone ist es heller, wärmer und windiger, die Blätter verlieren mehr Wasser. Bei ihrer Entwicklung bilden sie im Rahmen der erblichen Reaktionsnorm eine dickere Kutikula aus (und sind insgesamt dicker). Im Kroneninneren ist die Luft feuchter und die Verdunstung geringer; eine dünne Kutikula genügt, spart Baustoff und lässt mehr des schwachen Lichts ins Blatt.

Idee: Einfluss der Umwelt und des Erbguts trennen. Steineichen werden aus Samen (oder als Stecklinge einer Mutterpflanze) unter verschiedenen Bedingungen angezogen: eine Gruppe trocken und sonnig, eine Gruppe feucht und schattig; alle anderen Bedingungen (Temperatur, Boden, Licht, Alter) werden gleich gehalten. Zum Vergleich werden Hainbuchen unter denselben beiden Bedingungen angezogen. Mehrere Pflanzen je Gruppe; nach einigen Monaten wird die Kutikuladicke im Querschnitt unter dem Mikroskop gemessen.

Erwartung: Ist die dicke Kutikula eine Angepasstheit, bleibt sie bei der Steineiche auch unter feuchten Bedingungen deutlich dicker als bei der Hainbuche; ein kleiner Unterschied zwischen den Steineichen-Gruppen wäre eine zusätzliche Modifikation. Ist sie eine Modifikation, gleichen sich Steineiche und Hainbuche unter feuchten Bedingungen weitgehend an.

Dafür: Eine dicke Kutikula senkt die kutikuläre Transpiration stark (M3) und schützt bei geschlossenen Spaltöffnungen vor dem Austrocknen.

Dagegen: Die meiste Transpiration läuft bei offenen Spaltöffnungen stomatär ab; beim Mesophyten macht die kutikuläre Transpiration nur einen kleinen Teil aus. Die Kutikula bringt also vor allem dann einen Vorteil, wenn die Spaltöffnungen lange geschlossen bleiben — also an trockenen Standorten. Eine dicke Kutikula kostet Baustoffe und Energie, die für Wachstum fehlen, und sie schwächt das eindringende Licht ab — an schattigen Standorten ein Nachteil (vgl. Schattenblatt). Pflanzen an feuchten Standorten gewinnen durch sie kaum etwas.

Urteil: Die Aussage trifft nicht zu. Die optimale Kutikuladicke hängt vom Standort ab: An trockenen Standorten überwiegt der Nutzen, an feuchten und schattigen Standorten überwiegen die Kosten. Jede begründete Position mit Abwägung ist zulässig.