Was sind Lebensprozesse?
Ein lebender Körper repariert und erhält sich ständig selbst, auch wenn er ruhig aussieht. Zellen werden abgebaut und neu aufgebaut, und Moleküle bewegen sich unaufhörlich. Dazu braucht er Energie, und Energie kommt aus der Nahrung.
Die grundlegenden Aufgaben, die einen Organismus am Leben halten, heißen Lebensprozesse:
- Ernährung: Nahrung (Energie und Baustoffe) von außen aufnehmen.
- Atmung: Nahrung in den Zellen abbauen, um Energie freizusetzen.
- Transport: Nährstoffe, Sauerstoff und Wasser zu jeder Zelle bringen.
- Ausscheidung: schädliche Abfallstoffe, die der Körper bildet, loswerden.
Ein Einzeller erledigt all das über seine Oberfläche. Ein großer, vielzelliger Körper braucht für jede Aufgabe eigene Organe, weil die meisten seiner Zellen weit von der Außenwelt entfernt liegen.
Ernährungsweisen: autotroph und heterotroph
Autotrophe (Selbsternährer) stellen ihre Nahrung selbst aus einfachen anorganischen Stoffen her: Kohlenstoffdioxid und Wasser. Das tun grüne Pflanzen und einige Bakterien. Heterotrophe (Fremdernährer) können das nicht; sie fressen Nahrung, die andere hergestellt haben, wie Tiere und Pilze.
Die Nahrung der Autotrophen ist die Grundlage jeder Nahrungskette, deshalb hängt alles Leben von ihnen ab.
Fotosynthese: So stellen Pflanzen Nahrung her
Fotosynthese ist der Vorgang, bei dem grüne Pflanzen mit Sonnenlicht und Chlorophyll aus Kohlenstoffdioxid und Wasser Glukose herstellen und dabei Sauerstoff freisetzen.
6CO₂ + 12H₂O → (Sonnenlicht, Chlorophyll) → C₆H₁₂O₆ + 6O₂ + 6H₂O (einfache ausgeglichene Form: 6CO₂ + 6H₂O → C₆H₁₂O₆ + 6O₂)
Drei Ereignisse der Fotosynthese
- Chlorophyll nimmt Lichtenergie auf.
- Lichtenergie wird in chemische Energie umgewandelt, und Wasser wird in Wasserstoff und Sauerstoff gespalten.
- Kohlenstoffdioxid wird reduziert (mit Wasserstoff verbunden), und es entsteht ein Kohlenhydrat.
Diese Schritte müssen nicht unmittelbar nacheinander ablaufen. Wüstenpflanzen nehmen CO₂ nachts auf (die Spaltöffnungen öffnen sich, wenn es kühl ist) und speichern es; am Tag, wenn Licht da ist, verbrauchen sie es.
Wo es stattfindet
Vor allem in Blattzellen, die voller Chloroplasten sind. Glukose, die nicht sofort gebraucht wird, wird als Stärke gespeichert, dem Nahrungsvorrat der Pflanze.
Spaltöffnungen und die Rohstoffe
Spaltöffnungen (Stomata) sind winzige Poren, meist an der Blattunterseite. Jede wird von zwei bohnenförmigen Schließzellen bewacht. Fließt Wasser in die Schließzellen, schwellen sie an und die Pore öffnet sich; verlieren sie Wasser, schrumpfen sie und die Pore schließt sich. Durch die Spaltöffnungen gelangen CO₂ hinein und O₂ hinaus, und auch viel Wasserdampf entweicht dort, deshalb schließt die Pflanze sie bei Wassermangel.
- CO₂: aus der Luft, durch die Spaltöffnungen.
- Wasser: aus dem Boden, über Wurzeln und Xylem.
- Mineralstoffe (Stickstoff, Phosphor, Magnesium, Eisen): aus dem Boden. Stickstoff wird als Nitrat/Nitrit aufgenommen, um Eiweiße zu bilden; Magnesium ist Bestandteil des Chlorophylls.
Experimente und Prüfungsschwerpunkte
Stärketest: Stelle eine Topfpflanze 3 Tage ins Dunkle (damit die Stärke verbraucht wird), dann ins Sonnenlicht. Koche ein Blatt in Alkohol, um die grüne Farbe zu entfernen, und gib dann Iod dazu. Teile, die Licht und Chlorophyll hatten, färben sich blauschwarz (Stärke ist vorhanden).
Braucht man Chlorophyll? Nimm ein buntblättriges Blatt (grüne und weiße Flecken). Nur der grüne Teil wird blauschwarz.
Braucht man CO₂? Stelle eine Pflanze in ein geschlossenes Glas mit Kaliumhydroxid (das CO₂ aufnimmt). Ihr Blatt zeigt keine Stärke.
Prüfungstipp: Fragen zur Gleichung, zu den drei Ereignissen, zum Öffnen und Schließen der Spaltöffnungen und zum Entstärkungsversuch kommen jedes Jahr dran, meist für 2–3 Punkte.
Wichtige Formeln und Definitionen
- 6CO₂ + 6H₂O → (Sonnenlicht, Chlorophyll) → C₆H₁₂O₆ + 6O₂
- Lebensprozesse = Ernährung + Atmung + Transport + Ausscheidung
- Autotroph: stellt eigene Nahrung her; heterotroph: ist auf andere angewiesen
- Chlorophyll: grüner Farbstoff in den Chloroplasten, der Licht aufnimmt
- Spaltöffnung (Stoma, Mehrzahl Stomata): Pore für den Gasaustausch, von Schließzellen geöffnet und geschlossen
- Stärke: Speicherform der Glukose in Pflanzen; färbt sich mit Iod blauschwarz
Gelöste Beispiele
1. Nenne die Rohstoffe und die Produkte der Fotosynthese.
Rohstoffe: Kohlenstoffdioxid (aus der Luft) und Wasser (aus dem Boden). Nötige Bedingungen: Sonnenlicht und Chlorophyll. Produkte: Glukose (gespeichert als Stärke) und Sauerstoff (wird abgegeben).
2. Warum wird eine Pflanze vor einem Stärketest 2–3 Tage ins Dunkle gestellt?
Im Dunkeln kann die Pflanze keine Nahrung herstellen, also verbraucht sie die Stärke, die schon in ihren Blättern ist. Wenn nach dem Versuch Stärke auftaucht, wissen wir: Sie wurde während des Versuchs gebildet, nicht vorher.
3. Ein buntes Kroton-Blatt wird nach der Zeit im Sonnenlicht mit Iod getestet. Was siehst du, und was beweist das?
Nur die grünen Teile werden blauschwarz; die weißen Teile bleiben bräunlich. Stärke wurde nur dort gebildet, wo Chlorophyll war, also ist Chlorophyll für die Fotosynthese nötig.
4. Warum schließen Schließzellen die Spaltöffnungen an einem heißen Nachmittag?
An heißen Tagen verliert die Pflanze viel Wasser als Dampf durch die Spaltöffnungen. Wird das Wasser knapp, verlieren die Schließzellen Wasser, erschlaffen und schließen die Pore. Das spart Wasser, bremst aber auch die Fotosynthese, weil weniger CO₂ hineinkommt.
5. Warum nennt man Autotrophe die Grundlage allen Lebens auf der Erde?
Nur sie wandeln Lichtenergie in Nahrungsenergie um. Pflanzenfresser fressen Pflanzen, Fleischfresser fressen Pflanzenfresser, und Zersetzer fressen die Toten aller anderen. Ohne Autotrophe käme keine Nahrungsenergie in die Kette.
Häufige Fehler
- Zu sagen, Pflanzen machen Fotosynthese statt Atmung. Pflanzen machen BEIDES: Fotosynthese in den grünen Teilen bei Licht, Atmung in allen Zellen und zu jeder Zeit.
- Zu denken, der freigesetzte Sauerstoff stamme aus dem CO₂. Er stammt aus der Spaltung von Wasser.
- Zu schreiben, die Spaltöffnungen lägen auf der Blattoberseite. Bei den meisten Blättern liegen sie hauptsächlich auf der Unterseite.
- Zu vergessen, das Blatt vor dem Iod in Alkohol (im Wasserbad) zu entfärben; die grüne Farbe verdeckt das Ergebnis.