Fotosynthese: Mai 2008

1. Engage

Was könnte uns zum Thema Fotosynthese interessieren? Da dieses Thema so umfassend und komplex ist, war es für uns gar nicht so einfach, passende Fragestellungen zu formulieren. Vor allem solche, welche mit Hilfe eines Versuches beantwortet werden können.
Sehr spannend ist der Zusammenhang der Fotosyntheseleistung mit den aktuellen Umweltveränderungen. Wie reagieren die Pflanzen auf die immer steigende CO2-Konzentration? Da CO2 ein Edukt der Fotosynthese ist, müsste ein CO2-Anstieg in der Luft doch eigentlich einen positiven Effekt auf die Produktion von O2 und Glucose haben. Es könnte jedoch auch sein, dass zu viel CO2 gerade das Gegenteil bewirken, also die Fotosyntheseleistung herabsenken. Was bewirkt die globale Erwärmung in Bezug auf das Pflanzenwachstum? Unserer Meinung nach müsste ein Temperaturanstieg in der Pflanze Stress verursachen, so dass die Produktion sinkt.
Zum Phänomen der Sauerstoffproduktion könnten auch mehrere spannende Fragen formuliert werden. Schliesslich würde es kein Leben auf der Erde geben, ohne den von der Pflanze produzierten Sauerstoff. Aber wie viel Sauerstoff produzieren die Pflanzen pro Tag eigentlich? Gibt es diesbezüglich grosse Unterschiede zwischen den verschiedenen Pflanzenarten? Welche Pflanzen produzieren besonders viel Sauerstoff und weshalb? Besonders interessant wäre es heraus zu finden, wie viele Pflanzen ein Mensch bräuchte, um mit dem produzierten Sauerstoff zu überleben.
Betreiben eigentlich alle Pflanzen Fotosynthese? Was ist mit den Pflanzen, welche keine grüne Farbe aufweisen und somit kein fotosynthesetreibendes Chlorophyll besitzen? Machen Pflanzen mit roten bzw. farbigen Blättern keine Fotosynthese? Das würde ja heissen, dass farbige Pflanzen weder Sauerstoff noch Stärke produzieren. Recht unvorstellbar. Vor allem wenn man bedenkt, dass die Fotosynthese doch eigentlich die Hauptaufgabe von Pflanzen darstellt. Ausserdem könnte die Pflanze ohne die vom Chlorophyll aufgenommene Lichtenergie gar kein ATP synthetisieren. Ohne ATP wäre die Pflanze aber gar nicht lebensfähig, oder? Doch es könnte theoretischer weise sein, dass Pflanze, welche kein Chlorophyll besitzen und somit nicht grün sind, auf andere Art und Weise ihre Energie bereitstellen. Vielleicht gibt es Prozesse in der Pflanze, von denen wir bisher noch nichts wissen.
Die Annahme, dass Pflanzen, welche nicht grün sind, keine Fotosynthese betreiben, interessiert uns am meisten. Wir versuchen mit Hilfe des Internets, des Bioskripts, von Fachbüchern und einem Experiment diese Vermutung entweder zu verwerfen oder zu bestätigen.

2. Chlorophyll

"Das Chlorophyll (von griechisch chlōrós - „hellgrün, frisch“ und phýllon - „Blatt“) oder Blattgrün bezeichnet eine Klasse natürlicher Farbstoffe, die von Organismen gebildet werden, die Photosynthese betreiben. Insbesondere Pflanzen erlangen ihre grüne Farbe durch Chlorophyllmoleküle.
Pflanzen, Algen und Cyanobakterien besitzen verschiedene Chlorophylltypen, verschiedene photosynthesetreibende Bakterien verschiedene Typen von Bacteriochlorophyll. Chemisch gesehen sind die Chlorophylle organische Komplexe mit einem Mg2+-Ion als Zentralion. Eine sehr ähnliche Struktur besitzen die Häme, die Bestandteil des Blutfarbstoffs (Hämoglobin), des Myoglobins und der Cytochrome sind, wobei in den Hämen Eisen statt Magnesium das Zentralatom ist.
Chlorophyll ist gut löslich in Ethanol, Aceton und anderen Lösungsmitteln mit ähnlichen Eigenschaften. Die Chlorophylltypen unterscheiden sich in den Seitengruppen des Porphyrins und besitzen verschiedene Absorptionsspektren."

http://de.wikipedia.org/wiki/Chlorophyll

2. Blattfarbstoffe

Man fand bei der genauen Analyse verschiedener Pflanzen noch andere Blattfarbstoffe, die unterschiedliche Absorptionseigenschaften haben.
Die photosynthetisch aktiven Pigmente sind alle in den Chloroplasten enthalten und werden akzessorisch (neben-, zusätzlich) genannt. Dazu zählen die Carotinoide und Phycobiline. Sie unterstützen die Photosynthese durch die Absorption von Licht mit Wellenlängen, welche vom Chlorophyll selbst nicht absorbiert werden. Die Energie wird dann auf das Chlorophyll übertragen und ist dadurch photosynthetisch nutzbar.
Vor allem im Herbst findet man in Blättern rotes bis purpurfarbenes Anthocyan. Dieses hat jedoch keine photosynthetische Wirkung, ist wasserlöslich und in der Vakuole enthalten. Anthocyane sind auch für die Färbung vieler Früchte und Blütenblätter verantwortlich.

Im Frühjahr und Sommer sind die Blätter der meisten Pflanzen grün, nur im Herbst wechseln die Blätter die Farben. Der grüne Blattfarbstoff Chlorophyll macht den Hauptteil der Pigmente aus und überdeckt normalerweise die anderen Pigmente. Im Herbst, wenn Chlorophyll durch die längere Dunkelzeit abgebaut wird, kann man die anderen Farbstoffe sehen.

Frühling, Sommer = Chlorophyll

Herbst = Anthocyan, Carotine und Xanthophylle

Zusatzinformation: "Es soll eine Pflanze geben, welche kein Chlorophyll besitzt, und somit keine Fotosynthese betreibt. Sie lebt von Methangasen, welche sich beim Zerfall von organischen Stoffen bilden."

siehe http://www.pervan.de/reiseberichte/Bild*Pflanzen_ohne_Chlorophyll*7823

Nach unserem derzeitgen Wissen gibt es noch andere Blattfarbstoffe, wie Carotine, die auch fotosynthetisch aktiv sind. Deshalb kann die Fotosynthese-Aktivität nicht automatisch ausgeschlossen werden, nur weil die Pflanze nicht grün ist.

3. Explain

Literaturrecherchen zeigen, dass es neben dem Chlorophyll noch andere fotosynthetisch aktive Blattfarbstoffe gibt. Beispiele für akzessorische (neben-, zusätzlich) Pigmente sind: Carotinoide und Phycobiline. Sie haben wie das Blattgrün auch Absorptionseigenschaften und unterstützen die Fotosynthese durch die Absorption von Licht mit Wellenlängen, welche vom Chlorophyll selbst nicht absorbiert werden.
Normalerweise überdeckt der Blattfarbstoff Chlorophyll die anderen Pigmente. Doch im Herbst, wenn der Chlorophyll abgebaut wird, kommen andere Farbstoffe zum Vorschein. Aber Achtung: es gibt auch noch den rötlichen Farbstoff Anthocyane, welcher bei der Fotosynthese nicht beteiligt ist.
Bei Pflanzen, welche keine grünen Blätter aufweisen, machen der Hauptteil der Pigmente die Blattfarbstoffe Carotine, Phycobiline oder Anthocyane aus.
Demnach können wir unsere Hypothese widerlegen. Auch in farbigen Blättern ist Chlorophyll vorhanden, nur wird er von anderen Farbstoffen überdeckt.

Sonntag, 18. Mai 2008

5. Evaluate

Wir müssen unsere Hypothese widerlegen, da wir mit dem Stärkenachweis belegen können, dass auch rötliche Blätter Photosynthese betreiben. Die Blätter geben ja schon nach dem Auskochen im Wasser den roten Farbstoff an das Wasser ab und erscheinen dann grünlich. Wie schon unter 3. Explain geschrieben wurde, ist der grüne Farbstoff nicht dominierend, sondern wird von den rötlichen Pigmenten überdeckt.

Da es ja anscheinend eine Pflanze geben soll, die wirklich keine Photosynthese betreibt, sondern von Methangasen lebt, wäre es nun für eine nächste Runde interessant diese Pflanze zu finden und ihre Eigenschaften genauer zu prüfen.

Freitag, 16. Mai 2008

Für Kommentare....

Freitag, 9. Mai 2008

4. Stärkenachweis

Um herauszufinden, ob auch Blätter, welche nicht grün sind Photosynthese betreiben, wurde ein Stärkenachweis durchgeführt.

Vorgehen und Beobachtungen:

1. Rote und rötlich gefärbte, sowie ein weissliches Blatt wurden am um etwa 17:00 Uhr gepflückt. Darunter unter anderem Ehrenpreis und Blutbuche.

2. Die Blätter wurden ausgekocht, um deren Zellwände und -membranen zu zerstören. -> Nach dem Kochen waren alle Blätter grün und das Wasser bräunlich gefärbt. Es wird davon ausgegangen, dass die Blätter den roten Farbstoff an das Wasser abgegeben haben.

3. Die nun grünen Blätter wurden für einige Zeit in kochenden Alkohol gegeben um den grünen Farbstoff herauszulösen. -> Nach dem Alkoholbad waren fast alle Blätter weisslich, nur das Blatt der Blutbuche hatte einen bläulichen Schimmer.

4. Jetzt wurden alle Blätter gut mit destilliertem Wasser abgespült, um den restlichen Alkohol zu entfernen.

5. Die so vorbereiteten Blätter wurden in Lugolsche Lösung gegeben, um eventuell vorhandene Stärke nachweisen zu können. -> Ausnahmslos alle Blätter haben einen sehr dunklen Braunton angenommen, was darauf hinweist, dass in den Blättern viel Stärke vorhanden ist.

Vermutung:

Da nach dem Kochen im Wasser alle Blätter nicht mehr rötlich, sondern tiefgrün waren (das heisst, dass sie Chlorophyll enthalten), wird davon ausgegangen, dass sich in all diesen Blättern Chloroplasten befinden und sie somit fotosynthetisch aktiv sind.

Schlussfolgerung:

Mit dem Stärkenachweis wurde eindeutig gezeigt, dass alle Blätter trotz des rötlichen Farbtons Stärke enthalten, also Photosynthese betreiben. Aufgrund der sechs untersuchten Pflanzen wird darauf geschlossen, dass alle Pflanzen (egal welcher Farbe) in ihren Blättern Photosynthese betreiben und die Hypothese somit widerlegt ist.

Dienstag, 6. Mai 2008

Brauchen Pflanzen überhaupt Licht zum Wachsen?

4. Pflanzen brauchen sicher Licht!

Durch ein Experiment konnten wir bestätigen, dass eine Pflanze Licht braucht, um Fotosynthese zu betreiben. Ohne Licht färbt sich keine Pflanze grün. Das heisst, ohne Licht enthält keine Pflanze den Stoff, dem wir alles Leben auf diesem Planeten verdanken. Dieser Stoff nennt sich Chlorophyll.

Zum Experiment: Um zu untersuchen, ob Pflanzen Licht für Ihr Gedeihen brauchen, verwendeten wir drei Versuchskartoffeln. Eine Kartoffel setzten wir auf wenig Erde ans pralle Licht. Eine weitere hingegen legten wir in eine Dunkelkammer (Kartonschachtel). Die dritte legten wir in ein Lichtlabyrinth.

Nach 5 Wochen habe ich die Pflanzen fotografiert.

Die Triebe der Kartoffel aus der Dunkelkammer (erstes Bild) sahen zum ersten mal Licht. Die Spitzen waren ganz weiss und kamen auf allen Seiten der Kartoffel hervor. Sie wuchsen alle nach oben.

Aus derjenigen, die am Licht stand, ist eine 25 cm hohe Kartoffelpflanze geworden. Die Triebe rund um die Kartoffel haben sich sofort grün gefärbt. Derjenige Trieb, der in die Erde schaute, trieb Wurzeln und wuchs aus der Erde hoch.

Das interesanteste Phänomen war aber bei der Kartoffel aus dem Lichtlabyrinth zu sehen. Ganz deutlich wuchsen nur diese Triebe, die sich an der lichtzugewandten Seite befanden. Es ist deutlich zu erkennen, dass die Pflanze das Licht sucht. Hätte ich das Experiment weiter laufen lassen, wäre wahrscheinlich der Bogen, der die Pflanze um die eine Wand und später um die andere Wand macht, noch deutlicher zu sehen gewesen.

Die Spitzen waren ganz leicht grünlich gefärbt.

Uns bestätigt dieses Experiment zwar noch nicht unsere These, jedoch haben wir jetzt experimentell bestätigt, dass Pflanzen Licht brauchen, damit sie richtig gedeihen können.

Fotosynthese