Übung AFB III

Musterlösung: Kriterium ist, ob die Pflanze bei starker Sonne mehrere Tage ohne Wasser auskommt. Springkraut (A) besitzt ein typisches Mesophytenblatt: große, dünne Fläche, dünne Kutikula, Spaltöffnungen an der Oberfläche — es verliert viel Wasser und welkt. Oleander (B) senkt mit dicker Kutikula und Spaltöffnungen in behaarten Krypten die Transpiration; die Haare halten eine feuchte, windstille Luftschicht fest. Die Hauswurz (C) speichert Wasser und hat eine kleine Oberfläche.

Urteil: B und C sind geeignet, A nicht. Die Merkmale sind erblich (Angepasstheit) — keine der Pflanzen baut ihre Blätter in wenigen Tagen um.

Musterlösung: Zutreffend ist, dass Pflanzen auch nachts Zellatmung betreiben und O₂ aufnehmen, während die Fotosynthese ohne Licht ruht. Tagsüber liegt ihre Nettobilanz bei ausreichend Licht jedoch im Plus.

Entscheidend ist die Menge: Die Atmungsrate einiger Zimmerpflanzen ist im Vergleich zu der eines schlafenden Menschen sehr gering, und die Raumluft enthält rund 21 % O₂. Meine Position: Die These geht von einer richtigen Beobachtung aus, ihre Folgerung ist aber übertrieben — ein Gesundheitsrisiko besteht nicht.

Musterlösung: Am Lichtkompensationspunkt (hier 2 klx) wäre nur die Bilanz während der Lichtphase ausgeglichen; die nächtliche Atmung bliebe ungedeckt. Für die Tagesbilanz gilt \(12\,\mathrm{h}\cdot(0{,}5\cdot I-1)=12\,\mathrm{h}\cdot1\), also \(I=4\,\mathrm{klx}\).

Festlegung: Standort C (6 klx) — Tagesbilanz \(12\cdot2-12=+12\,\mu\mathrm{mol\,O_2}\). A und B liegen unter 4 klx (negative Bilanz), D wäre möglich, ist aber nicht der Standort mit dem geringsten ausreichenden Licht.

Musterlösung: Hypothese: Die Blutbuche enthält Chlorophyll a, das von einem roten Farbstoff überdeckt wird. Blätter von Blut- und Rotbuche werden getrennt mit Sand und Aceton zerrieben und filtriert. Beide Extrakte werden nebeneinander auf dieselbe Kieselgelplatte aufgetragen und im selben Fließmittel entwickelt; die Front wird sofort markiert.

Auswertung: Zeigt der Blutbuchen-Extrakt eine blaugrüne Bande auf gleicher Höhe (gleicher Rf-Wert) wie Chlorophyll a der Rotbuche, ist die Hypothese bestätigt. Der rote Farbstoff (ein wasserlösliches Pigment der Vakuole) wandert im unpolaren Fließmittel kaum und stört die Auswertung nicht.

Musterlösung: Der Calvin-Zyklus verbraucht je CO₂ 3 ATP und 2 NADPH. Beide Stoffe entstehen ausschließlich in den Primärreaktionen an der Thylakoidmembran, die Licht benötigen. Nach dem Ausschalten des Lichts sind ATP und NADPH nach kurzer Zeit aufgebraucht, die CO₂-Fixierung kommt zum Stillstand.

Der Zyklus läuft also tagsüber, nicht nachts. Richtig ist nur, dass Licht nicht unmittelbar auf seine Reaktionen wirkt — er ist indirekt lichtabhängig.

Musterlösung: Für die These spricht, dass Regenwälder pro Fläche sehr viel Fotosynthese betreiben und dabei O₂ aus Wasser freisetzen. Dagegen spricht, dass die Organismen des Waldes den gebildeten Sauerstoff bei Atmung und Zersetzung fast vollständig wieder verbrauchen; ein ausgewachsener Wald hat eine nahezu ausgeglichene O₂-Bilanz. Außerdem ist der O₂-Vorrat der Atmosphäre so groß, dass unsere Atemluft nicht von einem einzelnen Ökosystem abhängt.

Ergebnis: Als „Sauerstofflieferant“ ist das Bild der Lunge falsch. Schützenswert ist der Regenwald trotzdem — als großer Kohlenstoffspeicher, dessen Rodung CO₂ freisetzt, und wegen seiner Artenvielfalt.

Musterlösung: Das gemeinsame Prinzip beider Organellen ist die chemiosmotische ATP-Bildung: Eine Elektronentransportkette baut einen H⁺-Gradienten auf (ins Thylakoidlumen bzw. in den Intermembranraum), die ATP-Synthase nutzt den Rückstrom, ATP entsteht im Stroma bzw. in der Matrix. Diese Analogien sind tragfähig, ebenso NADPH/NADH als Wasserstoffüberträger.

Nicht tragfähig sind Analogien, die eine einfache Umkehrung behaupten (Calvin-Zyklus ≠ rückwärts laufender Citratzyklus) oder Vorgänge falsch gleichsetzen (Glykolyse spaltet Glucose). Die Energierichtung ist entgegengesetzt: Im Chloroplasten hebt Licht die Elektronen an, im Mitochondrium geben sie schrittweise Energie ab.

Musterlösung: Ein Spross der Wasserpest steht in Wasser mit Natriumhydrogencarbonat bei konstanter Temperatur (Wasserbad). Nacheinander wird er durch den roten, grünen und blauen Filter beleuchtet; die Lichtintensität hinter jedem Filter wird gleich eingestellt. Nach einer Eingewöhnungszeit werden jeweils drei Minuten lang die O₂-Bläschen gezählt; jede Messung wird wiederholt. Ein Ansatz im Dunkeln dient als Kontrolle.

Erwartung: Unter rotem und blauem Licht steigen deutlich mehr Bläschen auf als unter grünem, weil die Chlorophylle dort ihre Absorptionsmaxima haben (Grünlücke).

Musterlösung: Bei 2 und 5 klx liefern beide CO₂-Konzentrationen dieselbe Nettorate (2 bzw. 6 mg CO₂ · dm⁻² · h⁻¹). Zusätzliches CO₂ hat hier keine Wirkung, Minimumfaktor ist das Licht: Die Primärreaktionen liefern zu wenig ATP und NADPH. Erst ab etwa 10 klx liegt die Rate bei 0,10 % CO₂ höher, bei 40 klx fast doppelt so hoch (24 statt 13).

Die Hypothese ist widerlegt; richtig wäre: Bei starkem Licht begrenzt die CO₂-Konzentration die Fotosynthese.

Musterlösung: „Wenn die Wassertemperatur von 10 °C auf 25 °C steigt, dann nimmt die Zahl der O₂-Bläschen pro Minute zu, weil die Enzyme des Calvin-Zyklus nach der RGT-Regel schneller arbeiten.“

Die Hypothese ist überprüfbar, weil sie eine veränderte Größe (Temperatur, mit Bereich unterhalb des Optimums), eine messbare Größe (Bläschen pro Minute) und die erwartete Richtung nennt. Licht und CO₂ müssen im Versuch reichlich und konstant sein, damit die Temperatur der Minimumfaktor ist.