Kapitel 1: Das Pflanzenreich

Die Chlorophyta zeigen eine Reihe von Organisationsformen, sind sie immer einzellig?

Nein. Eine ganze Reihe von Chlorophyta ist einzellig, wie zum Beispiel Chlorococcus und Chlamydomonas, allerdings sind komplexere Formen nicht selten. Hier sei zuerst einmal auf die Kolonien bildenden Arten, wie zum Beispiel Pandorina und Volvox verwiesen. Daneben gibt es komplex verzweigte, vielzellige Formen, wie zum Beispiel Cladophora. Bei dieser Gattung treten schon Formen der Arbeitsteilung im vegetativen Bereich des Generationswechsels auf: Rhizoiden.

Die Vakuole hat eine Reihe von wichtigen Funktionen. Warum ist sie von einer Membran, dem Tonoplasten, umgeben?

Die Membran erlaubt die Ausbildung von Diffusionsgradienten, die in einem unbegrenzten Raum nicht denkbar sind. Es handelt sich bei dem Tonoplasten um eine biologische Membran, die mithilfe von Pumpen, Carrier und Kanälen das Cytosol mit dem Inhalt der Vakuole verbindet. Eine wichtige Grundfunktion der Vakuole ist die Regulation des Wasserhaushaltes. Dies ist vor allem bei Grünalgen von großer Bedeutung, da somit die Pflanzenzelle ihren Turgor auf die Salzkonzentration des Wassers einstellen kann. Andere Funktionen sind vor allem bei Landpflanzen von großer Bedeutung wie die Einlagerung von Farbstoffen zum Schutz vor UV-Strahlung oder Exkreten des Stoffkreislaufes wie Oxalat. Eine weitere Funktion kann die Einlagerung von Speicherstoffen sein.

Ist das Cytoplasma einer Zelle einer vielzelligen Pflanze, zum Beispiel einer Landpflanze, vom Cytoplasma anderer Pflanzenzellen völlig getrennt?

Nein, dem ist nicht so. Die Zellwand ist keine durchgehende Barriere, sondern besitzt Unterbrechungen (Plasmodesmen), die eine Verbindung des Cytoplasmas erlauben. An diesen Stellen trennt allerdings die Zellmembran das eigentliche Cytoplasma. Wir sprechen deshalb auch vom Symplasten und stellen ihn dem Apoplasten gegenüber.

Worin bestehen die Besonderheiten einer Pflanzenzelle, die sie von tierischen Zellen bzw. anderen eukaryotischen Zellen unterscheidet.

Im Vergleich zu den Zellen der Tiere sind eine ganze Reihe von Merkmalen zu nennen, wie der Besitz einer Zellwand und einer Vakuole sowie das Vorhandensein von Chloroplasten. Diese Merkmale finden sich allerdings auch in den Zellen anderer Eukaryoten und sind somit nicht auf Pflanzenzellen beschränkt. Besonderheiten, die anderen Eukaryoten fehlen, sind Cellulose in der Zellwand, Chlorophyll b, Thylakoide in Grana organisiert und Stärke als der bevorzugte Speicherstoff.

Nennen Sie wichtige Merkmale der Charophyten und diskutieren Sie deren Bedeutung.

Die Charophyten umfassen die Landpflanzen sowie deren engere Verwandte wie die Charales und Zygnematales. Charophyten zeigen Merkmale wie cellulosereiche Zellwände, bei deren Ausbildung rosettenförmige Cellulose-Synthase-Komplexe ausgebildet werden. Die so aufgebauten Zellwände sind möglicherweise eine Voraussetzung für die erfolgreiche Kolonisierung terrestrischer Habitate durch die Vorfahren der Landpflanzen. Ein weiteres Merkmal, das die meisten Charophyten zeigen, ist die Oogamie. Das heißt, die Eizelle verliert ihre Beweglichkeit und wird sehr stark vergrößert. Diese Reproduktionsweise ermöglicht die Entwicklung von Schutzhüllen, in denen die Eizelle bzw. die Zygote eingeschlossen wird und somit geschützt ist gegenüber Einflüssen der Umwelt. Dies ist wahrscheinlich wiederum eine der wichtigsten Voraussetzungen für die erfolgreiche Kolonisation terrestrischer Habitate.

Beschreiben Sie kurz den Aufbau einer Zellwand der Pflanze. Besteht diese ausschließlich aus Cellulose?

Nein, die Zellwand besteht nicht ausschließlich aus Cellulose. Neben der Cellulose kommen viele weitere Bestandteile hinzu. Diese sind notwendig um eine funktionelle Zellwand aufzubauen. Es handelt sich dabei um saure Polysaccharide (Pektine), neutrale Polysaccharide (Hemicellulosen) sowie Proteine. Daneben kommen noch Komponenten des sekundären Stoffwechsels vor. Dabei handelt es sich vorwiegend um aromatische Carbonverbindungen, wie Lignin oder Tannine (Gerbstoffe).

Was verstehen Sie unter einer Pflanze?

Bei einer Pflanze handelt es sich um einen meist autotrophen Eukaryoten, dessen Zellen den Aufbau einer Pflanzenzelle besitzen. Wichtige Merkmale sind der Besitz von Chloroplasten mit Chlorophyll b und Zellwände, die Cellulose enthalten. Dieser Begriff grenzt bewusst andere autotrophe Eukaryoten aus. Alle autotrophen Eukaryoten werden traditionell den Algen zugeordnet. Allerdings ist Autotrophie in der Evolution des Lebens mehrmals entstanden bzw. verloren gegangen. Somit sind die Algen eine polyphyletische Gruppe. Außerdem gehören die Pilze nicht zu den Pflanzen. Bei den Pilzen handelt es sich um eine unabhängige Linie, die wohl näher mit den Tieren als mit den eigentlichen Pflanzen verwandt sind. Pilze wurden leider in der Vergangenheit meist zusammen mit den Pflanzen und vielen anderen Eukaryoten zu den Pflanzen gestellt. Dieser traditionelle Begriff der Botanik führt zur Definition einer heterogenen Masse ohne Informationsgehalt.

Umschreiben Sie die wichtigsten Merkmale der Pflanze. Haben diese Merkmale eine gemeinsame Herkunft?

Antwort:Den grünen Pflanzen sind eine Reihe von Merkmalen gemein, die mit der autotrophen Lebensweise verbunden sind. Diese gehen nur in wenigen parasitischen Formen sekundär verloren. Diese Merkmale sind: (a) das Vorkommen von Chlorophyll b, (b) die Organisation der Thylakoidmembranen in Grana und (c) die Einlagerung von Stärke als der primäre Speicherstoff. Diese Merkmale haben einen gemeinsamen Ursprung. Ein weiteres Merkmal der grünen Pflanzen ist der Besitz einer Zellwand die Cellulose als einen ihrer Hauptbestandteile besitzt. Zellwände finden sich auch bei vielen anderen Eukaryoten, wie zum Beispiel den Pilzen. Diese haben allerdings eine andere chemische Zusammensetzung.

Die Zellen der Pflanzen und Tiere gleichen sich in vielerlei Hinsicht. Nennen Sie einen wichtigen Unterschied und erläutern Sie die Herkunft dieses Unterschiedes.

Die Pflanzenzelle besitzt einen Chloroplasten. Dieser fehlt den Zellen eines Tieres. Dieser Unterschied geht auf den Ursprung der Pflanzen zurück. Die gemeinsamen Vorfahren der grünen Pflanzen entstanden aus einer Verschmelzung einer heterotrophen eukaryotischen Zelle mit einem photosynthetisch aktiven Prokaryoten (Endosymbiose).

Nennen Sie ein Beispiel für eine paraphyletische Einheit, die in der traditionellen Klassifikation der grünen Pflanzen verwendet wurde.

Paraphyletische Einheiten umfassen nicht alle Nachfahren eines gemeinsamen Vorfahren. Der Begriff Grünalge umschreibt eine paraphyletische Einheit, wenn er als Schwesterpaar zu den Landpflanzen verwendet wird. Die Landpflanzen gehen nämlich aus einem Vorfahren hervor, der zu den Grünalgen gehört. Somit handelt es sich bei den Landpflanzen um Grünalgen, die sich an das Leben an Land angepasst haben. Es sollte hier allerdings darauf hingewiesen werden, dass eine Einschränkung des Begriffs Grünalge auf die Linie der Chlorophyta, also unter Ausschluss der Charophyta (Streptophyta), eine monophyletische Einheit umschreibt.

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