Pflanzen: Grundlage des Lebens

Was haben Eiche und Grashalm gemeinsam?

Alle Samenpflanzen haben einen gemeinsamen Grundbauplan, sie besitzen Wurzel, Stängel, Blätter und Blüten.

Das Wurzelsystem sorgt dafür, dass eine Pflanze fest im Boden verankert ist. Außerdem versorgen die Wurzeln eine Pflanze mit Wasser und Mineralsalzen, die sie aus der Erde aufnehmen. Die bis zu 8 mm langen Wurzelhaare bewerkstelligen die Wasseraufnahme: Sie wachsen zwischen die winzigen Bodenteilchen hinein und nehmen das Wasser mit den darin gelösten Mineralsalzen durch ihre äußerst dünnen Zellwände auf. Der Zentralzylinder schließlich leitet das Wasser weiter zur Sprossachse, dem Stängel.

Die Sprossachse ist das verbindende Organ zwischen Wurzeln und Blättern bzw. Blüten. Sie verleiht den Pflanzen Festigkeit und zeichnet für den Transport von Wasser und Nährstoffen verantwortlich. Dabei gibt es enorme Größenunterschiede, etwa zwischen Eiche und Grashalm oder Mammutbaum und Gänseblümchen.

Blüten sind die Fortpflanzungsorgane einer Pflanze. Diese Aufgabe bestimmt ihr Aussehen und ihren Aufbau. Blüten, die vom Wind bestäubt werden, sind meist duftlos und unscheinbar. Übernehmen aber Insekten, Fledermäuse oder Kolibris die Bestäubung, so zeigt sich, dass sowohl die Form der Blüte als auch Farbe und Duft dem Bestäuber angepasst sind. Die Blütenröhre der Kartäusernelke etwa ist so lang und schmal, dass nur der lange, dünne Saugrüssel von Schmetterlingen bis an den Grund vordringen kann. Sind Nachttiere die Bestäuber, wie bei der Nachtkerze, öffnen sich die Blüten erst nach Anbruch der Abenddämmerung.

Wozu dienen die Blätter?

Die Blätter, genauer gesagt die grünen Laubblätter, sind die Organe, in denen der wichtigste Stoffwechselvorgang in der Natur stattfindet: die Fotosynthese. Aus Kohlendioxid, das die Pflanze über die Blätter der Luft entnimmt, und Wasser, das die Wurzeln liefern, entsteht unter der Einwirkung des Sonnenlichts der Energieträger Traubenzucker (Glucose) und als »Abfallprodukt« der für so viele Lebewesen unentbehrliche Sauerstoff.

Außer dieser Grundfunktion haben Blätter bei manchen Pflanzen auch noch ganz andere Aufgaben. So sind die Blätter der Kannenpflanze z. B. zu kannenförmigen Röhren umgebildet, in denen die Fleisch fressende Pflanze Insekten fängt. Pflanzen an wasserarmen Standorten bilden dicke, fleischige Speicherblätter. Auf den ersten Blick als Blätter nicht mehr zu erkennen sind die Blattdornen der Kakteen, die der Abwehr von Feinden dienen, oder die Blattranken der Erbse, mit denen sie sich beim Klettern festklammert.

Sind Bestäubung und Befruchtung das Gleiche?

Nein, die Bestäubung ist die Ankunft von Blütenstaub an einer Blüte, Befruchtung die tatsächliche Verschmelzung von männlicher und weiblicher Geschlechtszelle zweier Pflanzen. Auch im Tierreich führt ja nicht jeder geschlechtliche Kontakt zur Befruchtung.

Pflanzen haben, genau wie die Tiere, zwei Arten von Geschlechtszellen: die weiblichen Eizellen, die gewöhnlich in der Blüte verborgen sind, und die viel kleineren männlichen Pollenkörner, die auch Blütenstaub genannt werden. Letztere werden vom Wind oder durch Insekten vom Staubbeutel, wo sie gebildet wurden, zu einer weiblichen Blüte, die von ihnen befruchtet werden soll, übertragen. Dieser Vorgang ist die Bestäubung. Hat der Pollen eine passende Blüte gefunden, trifft er zunächst auf ein als Narbe bezeichnetes Organ. Dort angekommen, bildet jedes Pollenkorn einen Pollenschlauch aus, der bis in das Innere des Fruchtknotens hineinwächst. Der erste Pollenschlauch, der in die Samenanlage eindringt, platzt auf und gibt einen Zellkern frei, der sich mit dem Kern der Eizelle vereinigt. Damit ist die Befruchtung vollzogen. Die überflüssig gewordenen Blütenteile wie Kronblätter, Kelch- und Staubblätter beginnen zu welken und fallen schließlich ab. Samenanlage und Fruchtknoten wachsen dagegen, bis eine reife Frucht entstanden ist.

Wieso fließt das Wasser im Stängel nach oben?

Physikalisch betrachtet ist die Ursache hierfür die Trockenheit der Luft. Wie ist das zu verstehen? Kommt feuchtere Luft mit hohem Wasserdampfgehalt in Kontakt mit weniger feuchter, dann gibt die feuchtere Wasserdampf an die trockenere ab. Nichts anderes passiert an der Oberfläche von Pflanzenblättern. Dort befinden sich kleine spaltförmige Öffnungen, die direkt mit dem Gefäßsystem und damit den Wurzeln verbunden sind. Solange dieses System wassergefüllt ist, herrscht in den Spaltöffnungen hohe Luftfeuchtigkeit. Ist die Umgebungsluft trockener, geben die Spaltöffnungen Wasserdampf an diese ab. Dadurch entsteht ein Sog, der von unten frisches Wasser nachrücken lässt. Dieser ist zwar an jeder einzelnen Öffnung winzig klein, in der Summe aller Blätter entsteht aber eine gewaltige Kraft, die das Wasser bis in die obersten Spitzen eines 100 m hohen Mammutbaums treiben kann!

Übrigens: Dass dies so ist, sieht man daran, dass bei Regenwetter (hohe Luftfeuchtigkeit) und kaltem Wetter (Luft kann nur wenig Wasserdampf aufnehmen) die Wasserabgabe praktisch zum Erliegen kommt.

Könnten Pflanzen auf der Erde alleine überleben?

Ja, denn sie können mithilfe der Fotosynthese selbst organisches Material aufbauen, sie brauchen dazu nur Licht, Kohlendioxid und Wasser. Tiere und Pilze dagegen würden ohne Pflanzen verhungern, da sie nur bereits aufgebaute organische Substanz verwerten können. Neben diesen beiden Haupternährungsweisen gibt es in der Welt der Mikroorganismen noch andere, exotischere Daseinsformen: etwa die Methanbildner, Schwefelbakterien und sogar Eisen verwertende Mikroben. Lebewesen, die wie diese Exoten oder eben Pflanzen und Cyanobakterien im Prinzip ohne andere Lebewesen auskommen können, nennt man autotroph, solche, die dazu nicht in der Lage sind, heißen heterotroph.

Was geschieht eigentlich bei der Fotosynthese?

Insgesamt bilden die an der Fotosynthese beteiligten chemischen Reaktionen ein komplexes Geflecht von Vorgängen, doch in der Nettobetrachtung werden aus je sechs Molekülen Wasser und sechs Kohlendioxidmolekülen sechs Glucosemoleküle gebildet. Außerdem entstehen sechs Moleküle Sauerstoff. Interessant dabei ist, dass sich das Geschehen in zwei Teilprozesse aufgliedern lässt: Der eine ist die sog. Lichtreaktion, die nur bei Beleuchtung abläuft und die im Licht enthaltene Energie nutzt, um energiereiche Zwischenprodukte herzustellen.

Der andere Prozess ist die Dunkelreaktion, die auch nachts ablaufen kann und bei der die Glucosemoleküle gebildet sowie Wassermoleküle abgegeben werden. Es gibt eine Gruppe von Pflanzen, die vorwiegend in wüstenähnlichen Gegenden leben, die diese beiden Schritte konsequent zeitlich trennt. Auf diese Weise wird tagsüber das reichlich vorhandene Sonnenlicht genutzt, während in der viel kühleren Nacht der Wasserverlust bei der Glucosesynthese eingedämmt wird.

Hat Traubenzucker wirklich mehr Energie?

Ja und nein. Zuckermoleküle und andere Kohlenhydrate sind, chemisch gesehen, energiereiche Verbindungen. Das bedeutet, dass Energie aufgebracht werden muss, um sie herzustellen, und Energie frei wird, wenn man sie – wie wir Menschen es in den Mitochondrien unserer Zellen unablässig tun – wieder aufspaltet. Traubenzucker, chemisch gesehen nichts anderes als Glucose, ist aber nicht das energiereichste Kohlenhydrat in unserer Nahrung. Er zeichnet sich vielmehr durch seine geringe Größe aus: Glucose ist das kleinste Zuckermolekül (andere Zuckerarten entstehen u. a. durch Aneinanderreihung vieler Glucosebausteine). Dieses kleine Molekül geht sehr schnell ins Blut über und ist besonders leicht zu spalten, gibt also seine Energie sehr bereitwillig ab. Aus diesem Grund tragen Diabetiker immer ein Stück Traubenzucker bei sich, damit sie im Fall eines akuten Zuckermangels sofort das lebensrettende Molekül ihrem Körper zuführen können.