Was hat Klimawandel mit Ethik zu tun?

Diese Woche gab es in der Vorlesungsreihe „Klimawandel und ich“ der Heinrich-Heine-Universität eine „Einführung in die Klimaethik“. Ich war sehr gespannt auf die Vorlesung, da das Thema Klimawandel ziemlich komplex ist und es einfach ist Verantwortung für Emissionen, Kosten und die Zukunft sozusagen „vom einen zum anderen“ zu schieben. Letztlich führt das zur Untätigkeit, was wir uns im Zusammenhang mit dem Klimawandel nicht leisten können.

Einführung in die Klimaethik

Vorlesung „Einführung in die Klimaethik“ an der HHU, Foto: R. Schügner

Die Vorlesung hat mir einige neue Denkansätze geliefert und ich weiß auch warum ich Naturwissenschaften und nicht Philosophie studiert habe. 😉 Ich habe mir überlegt, dass ich euch mit einer Wortwolke ein paar Stichworte als Denkanstoß liefere. Nur beim letzten Thema dem Landverlust durch die Erhöhung des Meeresspiegels wird es etwas ausführlicher.

Wortwolke Klimawandel und Ethik

Wortwolke Klimawandel und Ethik generiert mit wortwolken.com

Landverlust durch Anhebung des Meeresspiegels

In meinem Blogbeitrag „Wissenschaftsjahr Meere und Ozeane: Reif für die Südseeinsel?“ ging es um Korallenriffe und die Entstehung von – recht flachen- Inseln im Meer. Beispiele für Atolle sind Kiribati, Vanuatu und Male (Hauptstadt der Malediven). Wer denkt bei den Malediven nicht an Urlaub?

Mein Bild bei Südseeinsel und Urlaubsfeeling ;), Bild: R. Schügner

Wie ihr in meinem Beitrag nachlesen könnt, gibt es zum Beispiel bei Kiribati schon Probleme. Die steigenden Meeresspiegel und auch die zunehmenden Stürme bereiten schon jetzt Probleme. Die Inseln werden leichter überspült, was zur Versalzung führt. Dadurch gibt es einen Trinkwassermangel und auch Nahrung kann auf dem salzigen Boden nicht mehr angebaut werden.

Was ist wenn die Inseln unbewohnbar werden?

Es gehen Eigentumsrechte (irgendwem gehört das Land) und auch territoriale Rechte (die Inseln sind zum Teil souveräne Staaten) verloren. Ein ganzer Staat müsste evakuiert werden. Wo sollen diese Menschen leben? Wie sollten solche Schäden kompensiert werden? Geht das überhaupt?

Wenn Teile unserer Küsten und Inseln vom steigenden Meeresspiegel unbewohnbar werden sollten, ist immer noch Staatsgebiet vorhanden – auch wenn das Eigentum des Einzelnen im Meer versinkt. Allerdings bereitet nicht nur der Anstieg des Meeresspiegels Probleme. Extreme Wettereignisse wie Überflutungen und anhaltende Trockenheit können zu Nahrungsmangel und Trinkwassermangel führen. Es werden vermutlich nicht nur die Küsten unbewohnbar werden, sondern auch im Land wird es in einigen Regionen – zumindest zeitweise – größere Probleme geben.

Wie werden zukünftige Generationen leben?

Lesetipps:

Welche Auswirkungen hat der Klimawandel?

Ein Blick in die (Wissenschafts-)Vergangenheit zum Thema Klima, Kohlendioxid und Klimawandel

Ein Blick in die (Wissenschafts-)Vergangenheit zum Thema Klima, Kohlendioxid und Klimawandel

Nach dem es im zweiten Teil der Vorlesungsreihe „Klimawandel und ich“ an der Heinrich-Heine-Universität um die „Auswirkungen des Klimawandels“ ging, war das nächste Thema die „Geschichte des Klimawandels“. Der Titel ist vielleicht ein wenig irreführend, denn es ging um wissenschaftliche Erkenntnisse seit 1800, die Informationen zum Klima und dem Klimawandel liefern. Unten in der Abbildung seht ihr kurz die wichtigsten Meilensteine. Mein Blatt hat gerade gereicht. – Natürlich könnte ich auch gute Planung sagen. 😉

Geschichte des Klimawandels

Meine Mitschrift zur Vorlesung „Geschichte des Klimawandels“, Abbildung: R. Schügner

Da es sich um eine lange Entwicklung mit einer ganzen Reihe an wissenschaftlichen Erkenntnissen handelt, habe ich mir ein paar ausgesucht und genauer angesehen. Und ich bin (als Farbstoffchemikerin) direkt beim ersten Punkt „hängengeblieben“: Licht und Farbe – oder in diesem Fall Licht und Infrarotstrahlung. 🙂 Wilhelm Herschel entdeckt die Infrarotstrahlung im Jahr 1800.

Meine erste spannende Entdeckung war, dass Wilhelm Herschel (oder William Herschel) eine interessante Biografie hat. Er wurde zu einer Zeit in Hannover geboren, als eine Personalunion mit Großbritannien bestand, so dass er später in England lebte. Neben seiner Arbeit als Musiker interessierte er sich auch für Mathematik und Astronomie. Das Interesse für Astronomie war scheinbar in der Familie weit verbreitet. Unter anderem forschte auch seine Schwester Caroline Herschel erfolgreich auf diesem Gebiet.

Wie hat Wilhelm Herschel die Infrarotstrahlung entdeckt?

Unser sichtbares Licht ist nur ein kleiner Teil des elektromagnetischen Spektrums. Wie die UV-Strahlung („das ultraviolette Licht“) gehört die Infrarotstrahlung zum nicht sichtbaren Teil des Spektrums, der direkt an das sichtbare Licht grenzt. Die UV-Strahlung befindet sich jenseits des sichtbaren violetten Lichtes und die meisten kennen die hautschädigende Wirkung. Die Infrarotstrahlung befindet sich an der anderen Seite des sichtbaren – roten – Lichtes. Wilhelm Herschel ließ Sonnenlicht (weißes Licht) durch ein Prisma fallen und versuchte die Temperaturen der nun sichtbaren Farben des Spektrums zu messen und stellte fest, dass das Thermometer neben dem roten Licht die höchste Temperatur anzeigte.

Wie aus weißem Licht ein Regenbogen an Farben wird, könnt ihr in dem Youtube-Video von Laseranwendungstechnik RUB sehen.

Das elektromagnetische Spektrum

Wir haben jetzt schon ein paar Teile des Spektrums kennen gelernt: sichtbares Licht, UV-Strahlung, Infrarotstrahlung. Es gibt noch einiges mehr unter anderem Mikrowellen, WLAN, Röntgenstrahlen usw. Am besten kann man das mit einer Abbildung zeigen.

Das elektromagnetische Spektrum

Das elektromagnetische Spektrum, Abbildung: R. Schügner

Was hat Eunice Foote mit dem Klimawandel zu tun?

Wie ihr an Caroline Herschel gesehen habt, gab es auch in den vergangenen Jahrhunderten immer wieder Frauen, die entgegen der gesellschaftlichen Normen wissenschaftlich arbeiteten. Eunice Foote gehörte auch zu diesen wenigen Frauen. Zusätzlich zu ihrer wissenschaftlichen Arbeit setzte sie sich zusammen mit ihrem Mann für Frauenrechte ein. Ihre Veröffentlichung „Circumstances Affecting the Heat of Sun’s Rays“ im „American Journal of Science and Art“ 1856 verknüpft Kohlendioxid mit der Erwärmung der Atmosphäre. Mit einfachen Versuchen hat sie „normale“ Luft und verschiedene Gase verglichen. Kohlendioxid (carbonic acid gas) zeigte in der Sonne eine deutlich höhere Temperatur (120°F) als Luft (100°F) an. Ihre Schlußfolgerung war, dass ein höherer Gehalt an Kohlendioxid in der Atmosphäre zu einer höheren Temperatur führen würde.

Ich springe dann mal locker 100 Jahre weiter – und es gibt Computer. 😉

Ein Computermodell und steigende Kohlendioxidkonzentrationen

Syukuro Manabe entwickelte dreidimensionale Computermodelle der Atmosphäre. Im „Journal of the Atmospheric Sciences“ wurde 1967 ein Artikel von Manabe und Richard Wetherald veröffentlicht, in dem ein Computermodell das Klima der gesamten Erde simuliert. Ein steigender Kohlendioxidgehalt der Atmosphäre führt dazu, dass mehr Wärme von der Erdoberfläche in die obere Troposphäre transportiert wird, ähnlich wie bei Aufwinden, die zur Bildung von Gewittern führen. Weitere Erwärmungen verstärken den Prozess bis die Wärme soweit oben ankommt, dass sie ins All abstrahlt.

Und zum Schluss: Ein Blick auf die politische Aktivitäten zum Klimawandel

Zum einen sind die jährlich stattfindenden Konferenzen zur Erderwärmung zu sehen und zum anderen drei Konferenzen zum Ozonloch mit den entsprechenden internationalen Entscheidungen um die ozonschädigenden Gase („kein FCKW“) zu reduzieren.

Folie in der Vorlesung: Meilensteine der politischen Aktivität Ozonloch vs. Klimawandel, Foto: R. Schügner

Welche Auswirkungen hat der Klimawandel?

Ich besuche immer mal wieder die Webseite meiner alten Uni um zu sehen, was es so Neues gibt. Jetzt im Wintersemester wurde ich tatsächlich fündig. 🙂 Es gibt an der Heinrich-Heine-Universität eine öffentliche Ringvorlesung mit dem Thema „Klimawandel und ich“. Den ersten Termin habe ich leider verpasst. Zum Glück geht es bei jedem Termin um einen anderen Aspekt des Themas.

Die Vorlesungen finden im größten Chemie-Hörsaal statt. Und ich gebe es zu, mein erster Gedanke war: Home sweet home 😉

Periodensystem der Elemente

Das Periodensystem in Hörsaal 6J, Foto: R. Schügner

Beim zweiten Termin ging es um die Frage „Was sind die Auswirkungen des Klimawandels?“

Vorlesung zur Auswirkung des Klimawandels

Titel der Vorlesung: Was sind die Auswirkungen des Klimawandels? Foto: R. Schügner

Der Hörsaal war gut gefüllt – und die Vorlesung wurde per Video in einen weiteren Hörsaal übertragen. Da ich in letzter Zeit meistens auf Barcamps war, war das nur Zuhören in der Vorlesung gewöhnungsbedürftig. Einige Inhalte der Vorlesung kamen mir bekannt vor, andere waren eine interessante Ergänzung.

Bei den „Auswirkungen des Klimawandels“ ging es um globale Auswirkungen, wie zum Beispiel das Abschmelzen der Polkappen oder des Grönlandeises. In diesem Zusammenhang wird auch der Begriff „Kippelemente“ verwendet. Das Ziel, die Erwärmung auf einen bestimmten Wert zu begrenzen, steht in Bezug zu diesen Kippelementen.

Was also sind „Kippelemente“?

Selbst bei den Veränderungen, die der Klimawandel bei einer Temperaturerhöhung um etwa 1 Grad bisher mitgebracht hat, könnte man sagen: gut, der Sommer ist heißer und trockener oder es gibt ein paar Stürme mehr. Na ja, dann wird es halt noch etwas wärmer.

Leider funktioniert das an einigen Stellen beziehungsweise in einigen Regionen im globalen Klimasystem nicht so einfach, sondern eher nach dem Sprichwort „Ein Tropfen bringt das Fass zum Überlaufen“. Ein Tropfen zuviel kann eine Temperaturerhöhung sein, mit der ein bestimmter Wert (der Schwellenwert) überschritten wird und dann eine plötzliche und dauerhafte Änderung stattfindet. Es ist so, als würde eine zusätzliche Karte ein Kartenhaus zum Einsturz bringen. Oder vielleicht kennt ihr auch das Spiel mit dem Turm aus Holzklötzen? Hier kann das Herausziehen oder Auflegen eines Klotzes den ganzen Turm zum Einsturz bringen.

Zur Erinnerung an das Spiel eine schnelle Skizze: Der Turm kippt um, Abbildung: R. Schügner

Weniger Eis = mehr Wasser – oder gibt es noch etwas anderes?

Das Abschmelzen großer Eisflächen ist ein Beispiel für Kippelemente. Ich habe hier auf der Seite des Umweltbundesamtes eine Abbildung der Arktis gefunden. Von oben ist die große weiße Eisfläche zu sehen. Im Verlauf der Jahreszeiten hat die Eisschicht sich schon immer verändert. Durch die Temperaturerhöhung ist das Eis im Sommer immer weiter abgeschmolzen und immer mehr des dunklen Untergrundes (Wasser oder Felsen) kommt zum Vorschein. Ich denke, dass jeder schon einmal den Temperaturunterschied zwischen einer schwarzen und einer weißen Fläche bemerkt hat. Schwarze Flächen fühlen sich bei Sonne schnell heiß an, während weiß das Sonnenlicht reflektiert.

Licht ist eine Energieform. In der Photovoltaik nutzt man die Lichtenergie um sie in elektrische Energie umzuwandeln. Wenn Licht auf eine dunkle Fläche fällt und absorbiert (aufgenommen) wird, wird die Lichtenergie in Wärme(energie) umgewandelt. Wenn Licht reflektiert wird, wird das Licht und damit die enthaltene Energie „zurückgeworfen“.

Absorption und Reflektion von Licht

Helle Flächen reflektieren Licht, dunkle Flächen absorbieren Licht, Abbildung: R. Schügner

Etwas vergleichbares passiert auch bei einer Eisfläche und dem dunklen Untergrund, wie Wasser oder Felsen. Je weniger Eis, desto mehr erwärmt sich der Untergrund und desto weniger Sonnenstrahlung wird reflektiert.

Je wärmer der Untergrund, desto wärmer die Umgebung und desto mehr schmilzt das Eis. Und dann liegt mehr von dem Untergrund frei – und der kann sich wieder erwärmen. Damit verstärkt sich der Prozess des Abschmelzens selbst.

Rückgang der Nettoproduktivität der Biosphäre

Wieder habe ich eine Handvoll Fachbegriffe. 😉 Mit „Biosphäre“ ist der gesamte Raum der Erde gemeint, in dem Leben vorkommt. Mit dem Begriff „Nettoproduktivität“ ist in diesem Zusammenhang die Fähigkeit der natürlichen Systeme Kohlendioxid zu speichern gemeint.

Was passiert mit dem Kohlendioxid auf der Erde?

Das „System Erde“ nimmt Kohlendioxid auf, was auch als Kohlenstoffsenke bezeichnet wird. Ein Viertel wird von den Ozeanen aufgenommen und ein weiteres Viertel wird in der Biosphäre, beispielsweise in Bäumen und im Humus, gespeichert. Wälder speichern das Kohlendioxid in Biomasse, das bedeutet als Holz und in Blättern, wenn sie wachsen. Beim Absterben der Pflanzen wird der gebundene Kohlenstoff jedoch wieder frei.

Was hat das mit den Kippelementen zu tun?

Zunächst scheint es so, dass mehr Kohlendioxid förderlich für das Wachstum (die Zunahme an Biomasse) der Pflanzen ist. Zwar wird das Wachstum angeregt, aber je nach Pflanzenart (Photosynthese bei C3- bzw. C4-Pflanzen) in unterschiedlichem Maß. Pflanzen regeln die Photosynthese bei steigender Temperatur und Trockenheit herunter. C4-Pflanzen können Kohlendioxid bei günstigen Bedingungen anreichern und verbrauchen es unter ungünstigen Bedingungen, wie Hitze und Trockenheit. C3-Pflanzen sind dazu nicht in der Lage.

Zudem brauchen Pflanzen mehr zum Wachstum als nur Kohlendioxid. Wer selbst Pflanzen auf der Fensterbank oder im Garten hat, wird sie regelmäßig düngen und gießen. Wenn in der Erde Mineralstoffe oder Wasser fehlen, wachsen die Pflanzen auch mit viel Kohlendioxid nicht. Wer Tipps zur Düngung braucht, findet sie hier bei der Hochschule Weihenstephan-Triesdorf. Außerdem weiß jeder Pflanzenfreund, dass Pflanzen auch bestimmte Anprüche an ihren Standort haben. Dazu gehören Licht und Schatten, aber auch die Temperatur.

Ein weiterer Faktor ist, dass Pflanzen während einer Dürre absterben, zersetzt werden und Kohlendioxid wieder frei wird. Hier haben wir wieder bei einem Rückkopplungseffekt wie bei den Eisflächen: Die steigende Temperatur führt zu einem Rückgang der Photosynthese. Die Pflanzen nehmen weniger Kohlendioxid auf und mehr Kohlendioxid bleibt in der Atmosphäre.

So das war jetzt mein Rückblick auf diese Vorlesung. Ich bin schon gespannt auf nächste Woche.

Fundstück beim Waldspaziergang: Eine merkwürdige Blüte mit Fliege ist ein Tintenfischpilz

Das Foto dieser merkwürdigen „Blüte“ mit Fliege ist schon vor einer ganzen Weile entstanden – genauso wie der Plan einen Blog-Beitrag zu schreiben. JETZT ist es endlich soweit. 🙂

Bei einem Spaziergang mit meiner Schwester und den Hunden haben wir am Wegrand im Gras eine merkwürdige Pflanze mit rötlich-schwarzen länglichen Blättern (?) entdeckt. Also schnell das Smartphone gezückt und fotografiert. 🙂

Tintenfischpilz; Foto: W. Schügner

Bei genauerem Betrachten der Pflanze haben wir noch eine Fliege gesehen, die sich dort niedergelassen hatte.

Tintenfischpilz mit Fliege; Foto: W. Schügner

Nun Pflanzen, die Fliegen anziehen, riechen meistens nicht besonders gut, sondern vermutlich nach Aas. Den Geruchstest musste ich dann nicht machen… – Die Hunde fanden den Geruch allerdings interessant. 😉

Mit den Fotos und der Geruchs-Info ließen sich Informationen zu der Pflanze ganz schnell finden. Es ist ein Tintenfischpilz (Clathrus archeri), der ursprünglich aus Australien stammt.

Wie kommt der Tintenfischpilz von Australien nach Europa?

Anfang des 20. Jahrhunderts importierte Frankreich Wolle aus Australien und Neuseeland. In diesen Wolllieferungen wurden wahrscheinlich die Sporen des Pilzes vor mehr als 100 Jahren mit-importiert. Der Tintenfischpilz wurde 1913 oder 1914 (je nach Quelle) erstmals in den Vogesen nachgewiesen. Von dort aus breitete er sich langsam in Europa aus, da auch in Europa die Fliegen – wie ich sehen konnte – von dem Aasgeruch des Tintenfischpilzes angezogen werden. Die in Europa neue Pilzart Clathrus archeri wird in den letzten Jahren scheinbar häufiger gesichtet.

Der Überbegriff für „neue“ Pflanzen oder Tiere, die aus anderen Gegenden absichtlich (z. B. Zierpflanzen) oder unabsichtlich (wie der Tintenfischpilz) eingeführt wurden oder werden ist Neobiota. Nicht jede Pflanze oder jedes Tier aus anderen Regionen überlebt in einer neuen Umgebung und ist zu dem noch in der Lage sich zu vermehren. Die Bedingungen müssen dafür ähnlich wie in dem ursprünglichen Ökosystem sein. Andererseits besteht immer die Befürchtung, dass Neobiota das „neue“ Ökosystem schädigen. Der Begriff „Ökosystem“ wird mittlerweile recht häufig gebraucht und eine genauere Vorstellung bestimmt nicht verkehrt.

Ich habe den Begriff „Ökosystem“, beispielsweise in meinen Blogbeiträgen zum Wissenschaftsjahr „Meere und Ozeane“ in Zusammenhang mit dem Korallenriff, verwendet. Dort ging es jedoch nicht um Schäden am Korallenriff durch Tiere oder Pflanzen aus anderen Ökosystemen, sondern um Schäden, die durch den Klimawandel verursacht werden. Für ein Ökosystem sind somit nicht nur Lebewesen, sondern auch das Klima mit z. B. Temperatur und Regen, wichtig.

Bekannte Beispiele für Ökosysteme sind das Korallenriff oder das Wattenmeer. Beide Beispiele zeigen, dass es sich um spezielle Lebensräume handelt.

Beispiel: Lebensraum Wattenmeer

Besonders beim Lebensraum Wattenmeer mit Ebbe und Flut ist sichtbar, dass ein Lebensraum besondere Ansprüche an alle Lebewesen stellt. Tiere und Pflanzen müssen im Wattenmeer sowohl an das salzhaltige Wasser wie auch an den Wechsel von Flut (Wasser) und Ebbe (kein Wasser, Trockenheit, Sonne) angepasst sein. Weiterhin kommen noch die Jahreszeiten mit ihren unterschiedlichen Temperaturen und Lichtverhältnissen hinzu: kurze Tage mit wenig Sonne und Kälte im Winter und lange Tage mit viel Sonne und Hitze im Sommer.

Was also ist ein Ökosystem?

Alle Lebewesen sind an ihren Lebensraum, wie z. B. das Wattenmeer, angepasst. Pflanzen und Tiere finden dort Nahrung und Schutz sowie die Möglichkeit sich zu vermehren.

Ein Beispiel ist der Wattwurm (Arenicola marina), der im Watt lebt und aus dem Sand des Watts Nahrung herausfiltert sowie das Wasser zur Vermehrung nutzt. Weiterhin dient er bei Niedrigwasser Vögeln wie z. B. dem Austernfischer als Nahrung. An diesen Vögeln ist die Anpassung an den Lebensraum Wattenmeer sichtbar: Lange Beine und spitze Schnäbel, die sich gut zur Suche von Wattwürmern eignen.

Austernfischer: Anpassung an den Lebensraum Wattenmeer: Foto: G. Schügner

Lebewesen als Lebensgemeinschaft?

Lebensgemeinschaft bedeutet, dass Tiere, Pflanzen und Mikroorganismen sowohl Nahrung finden wie auch als Nahrung für andere Lebewesen dienen, wie im Beispiel der Wattwurm. Er findet Nahrung im Watt und wird von Vögeln gefressen.

Zusammengefasst besteht ein Ökosystem aus einem Lebensraum (= die unbelebte Umwelt) und der Lebensgemeinschaft verschiedener Lebewesen.

Ökosysteme sind stabil, wenn sich die Umweltfaktoren nicht verändern. „Umweltfaktoren“ – schon wieder ein neuer Fachbegriff. Wenn sich ein Lebewesen (Organismus) in einem Lebensraum aufhält, wirken ein Vielzahl von Faktoren aus der Umgebung (= Umwelt) auf das Lebewesen. Das sind zum einen abiotische („nichtlebende“) Faktoren, wie Temperatur oder Licht und zum anderen biotische („lebende“) Faktoren an denen Lebewesen miteinander in Wechselwirkung stehen, wie eine Räuber-Beute-Beziehung.

Unten findet ihr eine Übersicht über die abiotischen und biotischen Faktoren:

abiotische Faktoren:

  • Licht
  • Wasser
  • Klima
    • Temperatur
    • Wind
    • Feuchtigkeit
  • Luft
  • Bodeneigenschaften

biotische Faktoren:

  • Intraspezifische Faktoren
    • Tierverbände
    • Territorialität
    • Konkurrenz
  • Interspezifische Faktoren
    • Räuber-Beute-Beziehung (Episitismus)
    • Parasitismus (ein Parasit zieht Nutzen aus einem anderen Lebewesen und schädigt es)
    • Kommensalismus (ein Organismus zieht Nutzen aus einem anderen Lebewesen ohne es zu schädigen)
    • Konkurrenz (Wettbewerb von Lebewesen um eine begrenzte Ressource wie Nahrung oder Wohnraum)

Abiotische und biotische Umweltfaktoren; Abbildung: R. Schügner

Wie in der Liste zu sehen ist, wirken viele Faktoren in einem Ökosystem zusammen. Eine dauerhafte Veränderung eines oder mehrerer Faktoren kann auch zu Veränderungen im gesamten Ökosystem führen.

Eine Überlegung:

Was wäre wenn… eines der großen Raubtiere, beispielsweise eine Großkatze oder der Wolf, verschwindet. Die Beutetiere könnten sich ungestört vermehren. Die Pflanzenfresser würden mehr Nahrung benötigen. Vielleicht werden mehr Pflanzen gefressen als nachwachsen. Es ist nicht mehr genug Nahrung für alle vorhanden. Eine andere Möglichkeit: Die „freie Stelle“ wird mit einem anderen Raubtier neu besetzt.

Ökosysteme sind komplex und was passiert, wenn sich ein oder mehrere Umweltfaktoren ändern, lässt sich nicht genau vorhersagen. Aber bei dauerhaften und großen Veränderungen der Umweltfaktoren wird sich das Ökosystem verändern.

Wissenschaftsjahr Meere und Ozeane: Reif für die Südseeinsel?

Wie ihr seht – auch in meinem dritten Beitrag zum Wissenschaftsjahr Meere und Ozeane – verlässt mich das Urlaubsfeeling nicht. 🙂

Südseeinsel-Traum – Palmen, Strand, Meer und blauer Himmel, Bild: R. Schügner

Vielleicht habt ihr euch schon bei meinem zweiten Blogbeitrag zum Wissenschaftsjahr gefragt, wie ich auf „Südseeinseln“ komme. Klar, eignen sich die Inseln hervorragend als Stützpunkt für einen Tauchurlaub, aber viele dieser Inseln „stehen“ auf Korallenriffen und sind von ihnen umgeben. Damit ist das Tauchparadies quasi direkt vor der Haustür.

Korallen bieten einen vielfältigen Lebensraum, Foto: C. Selbach (danke 🙂 )

Wie auf dem Foto zu sehen (und im letzten Beitrag zu lesen) ist, sondern Steinkorallen Kalk ab. Durch die Vielzahl der Korallen bilden sich unter Wasser große weitläufige Strukturen, wie das Great Barrier Reef. Es befindet sich an der Ostküste von Queensland (Australien). Das Riff erstreckt sich über 2.300 km entlang der australischen Küste und besteht aus einer Kette von Einzelriffen und Inseln.

Wo wachsen Korallenriffe?

Korallen benötigen ausreichend Licht, da sie mit Algen in Symbiose leben. Korallen und Algen profitieren von dieser Art „Wohngemeinschaft“, denn die Algen liefern den Korallen über die Photosynthese lebenswichtige Nährstoffe. Die Algen profitieren vom Schutz durch die Korallen.

Korallen siedeln sich also nicht zu tief unter Wasser an, so dass ihre „Mitbewohner“ mit genügend Licht für die Photosynthese versorgt werden. Hierfür gibt es verschiedene Möglichkeiten:

  • Saumriffe bilden sich entlang der Küste und folgen dem Strandverlauf. Ihre Größe ist davon abhängig, wie steil der Meeresboden abfällt. Saumriffe bilden sich vom Festland in Richtung Meer. Bei älteren Saumriffen kann sich eine Lagune, das bedeutet ein vom Meer abgetrennter Wasserbereich, bilden.

Saumriff, Bild: R. Schuegner

  • Barriereriffe (wie das Great Barrier Reef) wachsen weiter entfernt von der Küste im Ozean an Stellen, an denen das Meer relativ flach ist. Das Riffwachstum wird durch Veränderungen der Umweltbedingungen (steigender Meeresspiegel, Absenkung des Meeresbodens) angeregt.

Barriereriff, Bild: R. Schügner

  • Atolle sind – nach einer Theorie von Darwin – Saumriffe, die eine vulkanische Insel ringförmig umschließen, die sich im Lauf der Zeit absenkt. Im Inneren der Atolle bildet sich eine Lagune.

Atoll, Bild: R. Schügner

  • Plattformriffe wachsen an flachen Stellen im Ozean, d. h. der Meeresspiegel ist so niedrig, dass die Algen Photosynthese betreiben können. Sie sind in der Form den Atollen ähnlich, aber in der Regel Lagune.

Plattformriff, Bild: R. Schügner

Bisher liegen alle Riffe unterhalb des Meeresspiegels und es ist noch keine Insel in Sichtweite. 😉 Das Wachstum der Korallen wird durch einen steigenden Meeresspiegel oder eine Absenkung des Meeresbodens angeregt. Wenn der Meeresspiegel hingegen sinkt oder der Meeresboden angehoben wird, liegen Teile des Riffs über Wasser. Aus den „Kalkfelsen“ über Wasser können dann Inseln entstehen. Im Lauf der Zeit lagert sich Sand auf den Überresten der Korallen ab und Pflanzen und Tiere siedeln sich an. Die Koralleninseln werden auf diese Weise bewohnbar. Beispiele für Atolle sind Kiribati, Vanuatu und Male (Hauptstadt der Malediven).

Die Koralleninseln liegen jedoch nur wenige Meter über dem Meeresspiegel, so dass der Klimawandel für die Inselbewohner zum Teil schon jetzt ein großes Problem darstellt.
Ich habe ein Youtube-Video von Vic Stefanu – World Travels and Adventures gefunden, dass den Landeanflug auf das Tarawa Atoll (Gilbert Island, Kiribati) zeigt. Die flachen Landfläche um eine Lagune sind gut zu erkennen.

Klimawandel ein Problem der Bewohner von Atollen?

Der Klimawandel sorgt auf den Atollen direkt für mehrere Probleme. Der Anstieg des Meeresspiegels aufgrund des Abschmelzens des Polareises kostet die flachen Inseln große Landflächen. Damit wird die Fläche, die zum Wohnen und für die Landwirtschaft nutzbar ist, kleiner. Diese Entwicklung kann schon heute beobachtet werden.

Ein weiteres Problem, dass das steigende Meerwasser verursacht, betrifft die lebenden Korallenriffe, die die Inseln umgeben. Da Korallen von ausreichender Lichtzufuhr abhängig sind, müssen sie sich relativ nah unter der Wasseroberfläche befinden. Ein steigender Meeresspiegel regt zwar das Wachstum der Korallen an, aber die aktuelle Entwicklung verläuft relativ schnell und ist oft von einer Zunahme der Wassertemperatur begleitet. Zu warmes Wasser führt zur Korallenbleiche (hier im Beitrag ausführlich beschrieben) und damit letztlich zum Absterben der Korallen.

Zusätzlich werden die Korallenriffe durch eine zunehmende Versauerung des Meeres geschädigt. Durch den Anstieg des Kohlendioxids in der Luft kann sich auch mehr des Gases im Meer lösen. Dadurch entsteht mehr Kohlensäure und der pH-Wert des Wassers sinkt und die Meere werden saurer. Die genaue Reaktion könnt ihr in meinem ersten Beitrag zu Wissenschaftsjahr nachlesen. Allen Meeresorganismen fällt es schwerer Kalkschalen zu bilden.

Zu den Problemen im Meer kommt hinzu, dass das Wetter durch den Klimawandel unberechenbarer wird. Die Stürme werden häufiger und stärker. Zusammen mit dem geringeren Schutz der Inseln durch die geschädigten Riffe und der verringerten Landmasse führt das zu häufigeren Überflutungen der Landflächen mit salzhaltigem Meerwasser. Die salzhaltigen Landflächen eignen sich nicht mehr für die Landwirtschaft und damit zur Ernährung der Bewohner. Zusätzlich werden die meistens nicht sehr großen Vorkommen an Süß-/Trinkwasser ebenfalls verunreinigt.

Auf dem Youtube-Video von UNICEF New Zealand ist zu sehen, wie die Wellen während des Zyklons Pam (14. März 2015) auf das Ufer treffen.

Ein steigender Meeresspiegel und die Klimaveränderungen wirken sich, wie schon in meinem ersten Beitrag zum Wissenschaftsjahr gezeigt, auch auf unsere Küsten und Inseln aus.

Ein Blick auf die Insel – Land unter?

Meine Lieblingsinsel Juist liegt im Wattenmeer und ist schmal (500 bis 900 Meter) und lang (17 km). Die höchste Erhebung ist mit 22 Metern die Düne mit dem Wasserturm, aber der Strand liegt natürlich niedriger. Ein deutlicher und schneller Anstieg des Meeresspiegels würde sich hier auch mit Land-/Strandverlusten bemerkbar machen.

In der Nordsee hatten die Inseln und angrenzende Küstenbereiche schon immer mit Stürmen und Sturmfluten zu kämpfen. Eine besonders starke Sturmflut teilte die Insel 1651 (Petri-Flut) sogar in zwei Teile, die erst im 19. Jahrhundert wieder zu einer Insel wurde. Der Hammersee ist eine Erinnerung an diese Flut.

2013 verursachte der Orkan Xaver drei aufeinander folgende Sturmfluten. Die Dünen am Hammersee wurden dadurch auf einer Breite von 25 m weggespült. Nach der Sturmflut wurde die Düne repariert und verstärkt. Durch den Klimawandel könnte es zu mehr und heftigeren Stürmen kommen, da das Wetter unberechenbarer werden soll.

Hier habe ich ein Youtube-Video von joergkschulze, dass zeigt, wie sich Xaver am 6. Dezember 2013 auf die Flut auf Borkum ausgewirkt hat.

Die Auswirkungen der Klimaveränderungen zeigen sich aktuell zwar bei den Südseeinseln deutlicher, aber auch bei uns sind die Inseln und Küsten gefährdet. Deichneubauten und -erhöhungen berücksichtigen einen steigenden Meeresspiegel in einem gewissen Maß schon heute.

Ob die aktuellen Prognosen und Modelle zur Berechnung der Erhöhung des Meeresspiegels ausreichen, ist von vielen Faktoren abhängig und wird sich erst in Zukunft zeigen. Trotz dieser Unsicherheit ist abwarten und (Ostfriesen-)Tee trinken keine Möglichkeit, weil „später Handeln“ auch „zu spät Handeln“ sein könnte.

Da nicht allein der Anstieg des Meeresspiegels Probleme bereitet, sondern auch die Geschwindigkeit mit der dies geschieht, kann eine Verlangsamung der Veränderungen der Natur auch Möglichkeiten zur Regeneration, wie zum Beispiel das Korallenwachstum oder Schlickablagerungen im Wattenmeer, bieten.

Dünen mit Reisigzaun auf Amrum, Foto: G. Schügner

Von Bienen, Blüten und einer guten Ernte

Blühende Obstbäume sind zur Zeit in vielen Gärten und als „wilde“ Obstbäume im Wald zu sehen. Ein deutliches Zeichen, dass das Frühjahr gekommen ist.

Apfelblüte, Zierapfelbaum, Foto: Ricarda Schügner

Mich hat das Foto eines großen alten blühenden Kirschbaums, der mit vielen weißen Blüten bedeckt war, besonders beeindruckt. Das Foto von Luoke hat mich jedoch auch an meinen kleinen – ebenfalls reich blühenden – Zierapfelbaum erinnert.

Zum einen denke ich bei „Obstbaum“ auch direkt an eine reiche Ernte an Kirschen, Äpfel, Birnen oder Pflaumen im Herbst. 🙂 Zum anderen haben unsere Obstbäume sehr ähnliche Blüten.

Warum sehen sich die Blüten der Obstbäume ähnlich?

Das Aussehen der verschiedenen Früchte unterscheidet sich deutlich, aber die Blüten von Kirschen, Äpfeln, Brombeeren und sogar Erdbeeren sehen ähnlich aus. Trotz aller Unterschiede gehört unser Obst zur gleichen (Pflanzen-)Familie, den Rosengewächsen (Rosaceae), wie auch die Rose. Die Familie der Rosengewächse ist groß und weit verbreitet. Bei einer einfach blühenden Rose ist die Ähnlichkeit zu den Obstbaumblüten sichtbar. Die Blüten bestehen aus fünf Blütenblättern, genauer Kronblättern, mit Staubgefässen und Stempel. Bei Betrachtung der Blüten von hinten sind fünf, meistens grüne, Kelchblätter. Es sind die Blätter, die die Knospe vor dem Aufblühen geschützt haben. In der Abbildung ist der kompletter Blütenaufbau zu sehen.

Schematischer Blütenaufbau, Bild: R. Schügner

Und die reiche Obsternte im Herbst?

Für die Obsternte im Herbst hoffen zunächst alle Obstbaumbesitzer, dass es keinen Frost gibt, der die Blüten und kleinen Früchte schädigt. Wenn es zu kalt ist, frieren allerdings auch die fleißigen Bestäubungs-Helfer im Garten. Bei gutem Wetter brummt es jedoch rund um die blühenden Pflanzen. Die Bienen und auch Hummeln gehen ihrer Arbeit nach und bestäuben die Blüten emsig.
Im Youtube-Video von Iloriquita könnt ihr sie bei der Arbeit sehen.

Warum ist die Bienenarbeit zur Bestäubung notwendig?

Bei vielen Obst- und Gemüsepflanzen dienen Bienen und andere Insekten wie Schmetterlinge als Boten, die den Pollen von einer Blüte zur nächsten transportieren. Nur mit dieser Unterstützung können Früchte und Samen gebildet werden. Bei diesen Pflanzen ist eine Selbstbefruchtung nicht möglich. Ohne die fleißige Arbeit der Insekten gibt es keine reiche Ernte. Wenn die Helfer fehlen, gibt müssen die Obstbäume per Hand mit einem Pinsel bestäubt werden. Tatsächlich gibt es Gegenden in denen Obstplantagen diese Unterstützung durch den Menschen benötigen, wie unter anderem hier auf der Seite des Deutschlandradios zu lesen ist.

Bienenstöcke, Foto: Ricarda Schügner

Eine andere Möglichkeit der Pflanzen den Pollen zu verbreiten, kennt vermutlich jeder mit Heuschnupfen: Der Pollen „liegt“ in der Luft und es ist Heuschnupfenzeit. Der Wind verteilt den Pollen, so dass er benachbarte Pflanzen erreichen kann. Windbestäubung findet sich zum Beispiel bei Gräsern, wie unseren Getreidearten. Einige Arten, beispielsweise Raps, bei denen die Vermehrung über Windbestäubung stattfindet, erzielen durch Insektenunterstützung höhere Erträge.

Ohne Bienenunterstützung gäbe es also durchaus pflanzliche Nahrung, aber unser Obst und viele Gemüsepflanzen, die unsere Ernährung bereichern, würden fehlen. Weiterhin würden bei einigen Pflanzen, wie Raps, die Erträge sinken. Da nicht nur die landwirtschaftlich genutzten Pflanzen bei der Vermehrung auf die Unterstützung der Bienen angewiesen sind, würden auch viele Wildpflanzen ohne Bestäubung durch Bienen Probleme haben. Letztlich würde die Ernte pflanzlicher Nahrung deutlich sinken. Das betrifft natürlich nicht nur die menschliche Ernährung, sondern auch die Ernährung unserer Nutztiere.

Bienen sichern die biologische Vielfalt

In den letzten Jahren ist die Zahl der Bienenvölker jedoch zurückgegangen. Für den Rückgang gibt es mehrere Gründe. Zum einen gibt es weniger Imker und damit weniger Bienenvölker. Zum anderen beeinflussen Umwelteinflüsse die Gesundheit der Bienen.

Neben Rückständen von Pflanzenschutzmitteln sind Bakterien, Viren und Parasiten ein Problem für Bienen. Insbesondere die Varroamilbe hat in den letzten Jahren einen erheblichen Schaden verursacht. Die Varroamilbe lebt als Parasit in den Bienenstöcken und auf Bienen. Durch den Parasitenbefall werden die Bienen geschwächt und haben eine verkürzte Lebenserwartung. Außerdem sind die befallenen Bienen anfälliger für tödliche Virusinfektionen. Die Infektion mit der Varroamilbe wird als Grund für die in den letzten Jahren im Herbst und Winter gehäuft auftretenden Bienensterben angenommen.

Da Bienen wichtig für unsere Ernährung sind, sollten sie unterstützt werden. Ich weiß, Bienen können stechen. 🙂 Mein Tipp bei einer Bienenbegegnung: ruhig bleiben und nicht wild in der Gegend herumfuchteln – dann denkt die Biene auch nicht, dass ihr einen Boxkampf beginnen wollt und sie sich mit ihrem Stachel verteidigen muss. 😉

Was fördert die Bienengesundheit?

Als erstes kann sich jeder mit einem Garten oder Balkon selbst eine Freude mit blühenden Pflanzen, die auch den Bienen Nahrung bieten, bereiten. Die Nahrungspflanzen werden im Garten oder auf dem Balkon am besten so platziert, dass die Bienen bei ihrer Arbeit beobachtet werden können, aber der eigne Sitzplatz nicht in der „Einflugschneise“ steht.

Neben einem Nahrungsangebot für Bienen & Co kann mit einem Insektenhotel auch ein Unterschlupf für Wildbienen und andere Insekten geschaffen werden. Einfache Varianten lassen sich mit Bambusstäben und einer Dose leicht selbst basteln. In dem Youtube-Video des NABU TV seht ihr wie es geht.

Ein wenig mehr Aufwand ist es ein eigenes Bienenvolk in der Stadt zu halten. Aber die Zahl der Imker in der Stadt steigt. Hier hat sich ein Bienenvolk auf dem Dach des österreichischen Bundeskanzleramts niedergelassen.

Zum Schluss habe ich noch ein paar Links rund um das Thema Bienen und Imkerei zusammengetragen:

 

 

Wissenschaftsjahr Meere und Ozeane: Korallen, Südseeinseln und Urlaubsfeeling?

Hier kommt mein zweiter Beitrag zum aktuellen Wissenschaftsjahr 2016/2017: Meere und Ozeane. Allerdings hat mich wie im ersten Beitrag das Urlaubsfeeling immer noch nicht verlassen. Ich denke dabei an ein blaugrünes Meer, Korallen und Südseeinseln mit weißen Sandstränden. 😉

Korallen mit Seestern, Foto: C. Selbach (Danke 🙂 )

 

Korallen als Heimat von Fischen, Foto: C. Selbach

Auf den Fotos ist zu sehen, dass Korallen auch Lebensraum für andere Tiere, wie Fische und Seesterne sind. Wir sehen Korallen als steinharte Gebilde in vielfältigen Formen und Farben. In den letzten Jahren ist in den Nachrichten öfter von Korallensterben oder Korallenbleiche die Rede, also sind es Lebewesen, genauer gesagt, Tiere.

Korallen gehören wie Quallen zu den Nesseltieren (Cnidaria). Das Wort „Nessel“ kennen wir von unserer heimischen Brennnessel. Und es bedeutet tatsächlich, dass diese Tiere über Zellen verfügen, die zur Abwehr (wie bei der Brennnessel) und zum Beutefang eingesetzt werden. Also besser etwas Abstand halten. 😉

Die Gifte der Nesselzellen lösen beim Menschen oberflächlich meistens nur Hautreizungen und leichte Verbrennungen aus. Einige der Gifte können über das Blut jedoch zum Zusammenbruch des Herz-Kreislauf-Systems und damit zum Tod führen.

Auf dem Youtube-Video von TreeForceHD seht ihr eine Riesenqualle mit Fangarmen.

Quallen und Korallen sind verwandt?

Die einfach gebauten Tiere bestehen aus zwei Zellschichten, der äußeren Epidermis (Ektodermis) und der inneren Entodermis (Gastrodermis), die um einen zentralen Hohlraum angeordnet sind. Zwischen beiden Schichten befindet sich eine gallertartige Schicht, die Mesogloea. Bei Quallen ist diese gallertartige „Wackelpuddingmasse“ deutlich sichtbar, aber bei Korallen?

Vom Aussehen werden zwei Formen unterschieden, die glockenförmige Qualle und der Polyp, der einen Fuß und Tentakel besitzt. Quallen können während ihres Vermehrungszyklus in beiden Formen vorkommen. Korallen kommen in der Form von Polypen vor. Die meistens relativ kleinen Polypen (wenige Millimeter bis ein Zentimeter) bilden große Kolonien. Steinkorallen sondern Kalk ab, der die festen steinähnlichen Strukturen bildet.

Schematische Darstellung eines Korallenpolypen, Bild: R. Schügner

Der Polyp sitzt im Fall der Steinkorallen in einem kalkhaltigen Ring, den er selbst abgesondert hat.

Um einen zentralen Verdauungsraum mit Mundöffnung sind Tentakel mit Nesselzellen angeordnet. Die meisten der Polypen bilden große Kolonien. Die Verbindung zu den Nachbarpolypen erfolgt über das Coenchym.

Für die bunten Farben der meisten Korallen sind Algen (Zooxanthellen), die sich in der Außenhaut der Korallen ansiedeln, verantwortlich. Algen und Korallen leben in Symbiose, was bedeutet, dass es so eine Art Wohngemeinschaft ist, von der jeder profitiert. Die Algen sind im Polypen geschützt und bekommen Nährstoffe wie Kohlendioxid, Phosphor- und Stickstoffverbindungen geliefert. Algen können aus Kohlendioxid und Wasser mittels Photosynthese Zucker und Sauerstoff produzieren und die Korallen mit ernähren. Da für die Photosynthese Licht benötigt wird, wachsen die Korallen dem Licht entgegen.

Farbige Korallen, Foto: C. Selbach

Was ist die Korallenbleiche?

Wie oben beschrieben, kommt die bunte Farbe der Korallen durch die Ansiedlung von Algen (Zooxanthellen) auf den Korallen. Die Polypen sitzen in einem weißen Kalkring. Ohne die Besiedlung mit Algen sind die Korallen also „bleich“. Da beide, Korallen und Zooxanthellen, von dem Zusammenleben einen Nutzen haben, stellt sich die Frage, wieso die Algen „verschwinden“.

Der Grund für die Trennung sind durch zu hohe Wassertemperaturen gestresste Algen. Bei den Algen führt der Wärmestress dazu, dass Giftstoffe produziert werden. Die Korallen stoßen die Algen infolge der Giftproduktion ab und „erbleichen“. Die Korallen können zwar einige Zeit (das ist abhängig von der Art) ohne die zusätzliche Nahrungslieferung der Algen überleben, aber nicht dauerhaft. Irgendwann sind nur noch die blassen „Kalkskulpturen“ der Korallen – ohne jedes Leben – übrig. Da die Korallenriffe ein Lebensraum für viele weitere Tiere sind, ist auch das Überleben dieser Tiere gefährdet. Das trifft nicht nur den Tourismus, sondern auch besonders die menschliche Ernährung, da viele Fische in den Riffen Nahrung und Schutz finden. Korallenriffe schützen jedoch nicht nur die Meeresbewohner, sondern auch die Küsten vor Sturmschäden und großen Wellen.

Infolge der globalen Erwärmung steigt auch die Wassertemperatur an. Bei einer dauerhafte Wassertemperatur ab 29/30°C (ich habe beide Werte gefunden), ist das Überleben der Korallenriffe gefährdet.

Ich habe als Beispiel für die Lebensgemeinschaften im Korallenriffe ein Youtube-Video der California Academy of Sciences gefunden (englisch, Temperaturangabe in °F). Es werden verschiedene Beispiele für das Zusammenleben im Riff und die Beobachtung durch Wissenschaftler gezeigt.

Geruch – Erinnerung – Emotion: Was sagen uns Gerüche?

Die Winterzeit mit Weihnachten, Tee und Mandarinen bietet viele typische Düfte. Wir riechen „Zimt“ und denken an Weihnachten mit Plätzchen, Tannenbaum und Geschenken. Gerüche haben scheinbar einen direkten Draht zu unseren Erinnerungen.

Bei mir sorgt z.B. eine Tasse Tee (natürlich mit winterlichen Gewürzen 😉 ) für gute Laune. Ich mag den Duft, wenn ich die Tasse in der Hand halte, aber natürlich auch den Geschmack, wenn ich den Tee trinke. Folglich rieche und schmecke ich den Tee. Wenn ich mir den Tee vorher noch ansehe, ist es fast eine Tee-Weinprobe. 😉

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Tee mit Gewürzen, Foto: R. Schügner

Geruch und Geschmack haben, wie wir gleich sehen, eine enge Verbindung, da die Zunge für unseren Geschmack nur einen Teil der Informationen liefert.

Auf der Zunge können wir nur fünf Geschmacksrichtungen, süss, sauer, salzig, bitter und umami unterscheiden. Umami reagiert auf Glutaminsäure in Lebensmitteln. Glutaminsäure kommt als Aminosäure in eiweißhaltigen Lebensmitteln, wie Fleisch und Käse, natürlich vor. Künstliches Glutamat (Salz der Glutaminsäure) wird als Geschmacksverstärker verwendet.

Für einen Geschmack nach Apfel oder Zimt reichen die Informationen, die die Zunge liefert nicht aus. Die Aromastoffe der aufgenommen Nahrung werden „von hinten“ über den Rachenraum in die Nasenhöhle und zu den Geruchsrezeptoren (Bindestelle der Aroma-/Duftmoleküle) in der Nase transportiert. Geruch wird an den Geruchsrezeptoren also auf zwei verschiedenen Wegen wahrgenommen: „von vorne“ durch die Nase (orthonasal) und „von hinten“ durch den Mund (retronasal). Durch Kauen oder Speichel im Mund, kann sich der Geruch bzw. Geschmack der Nahrung von dem wahrgenommenen Geruch über die Nase unterscheiden.

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Geruch und Geschmack auf dem Weg zur Riechschleimhaut in der Nase, Bild: Ricarda Schügner

Die Riechsinneszellen mit den Geruchsrezeptoren sind in die Riechschleimhaut (Regio olfactoria) der Nase eingebettet. Von den Sinneszellen ragen Härchen (Zilien) in die Nasenschleimhaut. Diese „Härchen“ vergrößern die Oberfläche der Zellen. In den Zilien befinden sich die Rezeptoren (Andockstellen) für die Geruchsmoleküle.

Bei den Rezeptoren handelt es sich um große Proteine (Eiweißmoleküle), die fest in der Zellmembran liegen. Der Mensch verfügt über mehr als 350 verschiedene Geruchsrezeptorarten – und kann über 10.000 verschiedene Gerüche, auch in geringer Konzentration, wahrnehmen. Der spannenden Frage, wie mit „so wenigen Rezeptoren“ so viele Gerüche erkannt werden können, sind die Forscher Linda Buck und Richard Axel nachgegangen. Sie bekamen für ihre Forschungsarbeit zu diesem Thema 2004 den Nobelpreis für Physiologie oder Medizin verliehen.

Wie funktioniert einen „Geruch erkennen“?

Die Geruchsmoleküle werden eingeatmet und erreichen die Rezeptoren. Dort bindet ein Molekül an den passenden Rezeptor. Durch das Andocken wird eine Kettenreaktion ausgelöst. Das Rezeptormolekül aktiviert ein Enzym, dass einen Botenstoff produziert, der zur Zellmembran wandert und dort Zellkanäle öffnet. Durch die Kanäle strömen positiv geladene Natriumionen in die Zelle. Die Zelle ist „elektrisch geladen“. 😉 Durch den Unterschied an geladenen Teilchen hat sich, genauer gesagt, ein Aktionspotential ausgebildet. Die – jetzt elektrische und deutlich verstärkte – Information wird über die Riechfäden in den Riechkolben (ja, das heißt wirklich so) (Bulbus olfactorius) weitergeleitet. Dort laufen Informationen aus Rezeptoren für die gleichen Moleküle in Glomeruli (Nervenknäuelchen) zusammen. Von dort aus geht es weiter in verschiedene Gehirnareale, wie die Amygdala (limbisches System), den Hippocampus und den Hypothalamus.

Geruchsinformationen in verschiedenen Gehirnarealen

Die Amygdala (Mandelkern) gehört zum Limbischen System, dass auch für die Verarbeitung von Emotionen zuständig ist. Damit hat der Geruch einen ziemlich schnellen Zugang zu unseren Emotionen.

Über den Hippocampus werden neue Informationen – auch zu Gerüchen – in das Kurz- und Langzeitgedächtnis geleitet. Dies ist der Zugang der Gerüche zu unseren Erinnerungen.

Die Geruchsinformationen werden auch zum Hypothalamus, dem wichtigsten Steuersystem des vegetativen Nervensystems, geleitet. Das vegetative Nervensystem ist für Körperfunktionen, die automatisch ablaufen, zuständig. Beispiele hierfür sind das Regeln von Körpertemperatur, Blutdruck, Nahrungs- und Wasseraufnahme, Schlaf sowie die Steuerung des Fortpflanzungsverhaltens.

Wie an den drei ausgewählten Beispielen zu sehen ist, haben Gerüche tatsächlich einen direkten Zugang zu Emotionen, Erinnerungen und es ist kein Wunder, dass wir bei einem leckeren Essensgeruch Hunger bekommen. 😉

Nobelpreis 2004: Wie erkennen wenige Rezeptoren viele unterschiedliche Gerüche

Dass ein Rezeptortyp die Information für einen bestimmten Geruch weitergibt, funktioniert also nicht oder zumindest nicht so einfach. Das liegt zum einen daran, dass ein Geruch meistens eine Mischung aus verschiedenen Duftmolekülen in unterschiedlicher Konzentration ist. An Parfums, die aus einer Mischung verschiedener Substanzen hergestellt werden, lässt sich das am besten veranschaulichen. Wenn ein Parfum bekannt ist, wird auch der Geruch/Duft erkannt.

Der Hinweis zum Erkennen der Vielfalt an verschiedenen Gerüchen ist die Kombination. Es ist ein Code, der uns trotz einer relativ geringen Anzahl an Rezeptoren über 10.000 Gerüche erkennen lässt.

Hier habe ich die Infos zum Riechcode zusammengefasst:

  • Ein Geruch (eine Riechsubstanz) ist meistens eine Mischung aus mehreren Duftmolekülen, die an unterschiedlichen Rezeptortypen binden können.
  • Eine Sinneszelle bildet zwar nur eine Art eines Rezeptortyps aus, aber sie hat, in den Zilien verteilt, viele einzelne Rezeptorproteine des gleichen Typs.
  • Ein Rezeptortyp bindet „eine chemische Struktur“ und nicht nur ein bestimmtes Molekül. Das bedeutet, dass ähnliche Moleküle gebunden werden. Sie lösen jedoch Signale in unterschiedlicher Stärke aus.
  • Die Signale der gleichartigen Rezeptorzellen laufen in den Glomeruli zusammen.
  • Die verschiedenen Rezeptortypen bilden ein Signalmuster, dass den einzigartigen Geruchseindruck vermittelt. Mit den vielfältigen Kombinationen von mehr als 350 Rezeptortypen lassen sich auf diese Weise tausende von Gerüchen identifizieren. Ähnlich wie das Gesamtbild bei einem Puzzle durch das Zusammensetzen der Teile sichtbar wird, wird der Geruch erst durch das Zusammensetzen der einzelnen Informationen wahrgenommen.

 

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Die Duftmoleküle binden an die Rezeptorzellen, Bild: Ricarda Schügner

 

Geruch und Erinnerungen

Wie oben gezeigt, haben die Gerüche einen „direkten Draht“ zu unseren Emotionen und unserem Gedächtnis. Deshalb können uns zu Weihnachten die Gerüche nach Zimt, Nelken, Orangen/Mandarinen und Tannenbaum zurück in die Kindheit versetzen. Oder sie versetzen uns an viele andere Orte: der Duft von frisch gebackenem Brot, frisch, aufgebrühtem Kaffee – vielleicht erinnert das an ein schönes Sonntagsfrühstück im Urlaub.

Leider funktioniert das mit der Erinnerung an Gerüche auch „anders herum“. Gerüche sind auch in der Lage uns an unangenehme oder schlimme Situationen zu erinnern. Ein einfaches Beispiel sind Lebensmittel, die einem beim Essen nicht gut bekommen sind. Ein Geruch nach diesem Lebensmittel kann durchaus Übelkeit auslösen.

Ich habe euch als Zusammenfassung zum Thema „Riechen“ das Youtube-Video „Biosensor Nase“ der MaxPlanckSociety herausgesucht.

Das aktuelle Wissenschaftsjahr: Es geht um Meere und Ozeane

Passend zum aktuellen Sommerwetter: Das erste was mir zum Thema Wissenschaftsjahr Meere und Ozeane einfällt, hat nichts mit Wissenschaft zu tun. Es ist URLAUB 😀 – mit Sonne, Strand und Meer. Am Strand entlang laufen, die Meeresluft, der Wind, Muscheln sammeln und Fisch essen. (Und natürlich alle möglichen Souvenirs kaufen. 😉 )

Strandmitbringsel

Fundstücke am Strand – und im Souvenirshop, Foto: Ricarda Schügner

Oder auch die Unterwasserfotos einer Freundin von ihrem Tauchurlaub. Da ich die Fotos nicht habe, habe ich ein Video vom Great Barrier Reef herausgesucht. Es ist ein tolles Gebiet zum Tauchen und Schnorcheln. Hier seht ihr das Youtube-Video von Greenbuddy Cairns Travel Blog.

Im Traumurlaub gibt es natürlich nur saubere Strände und sauberes Wasser. Aber – leider – auch im Urlaub befindet man sich nicht plötzlich auf einem anderen Planeten. Bei einem Strandspaziergang lassen sich neben den Muscheln und Schnecken alle möglichen Dinge, die irgendwer irgendwo ins Meer geworfen hat und die an den Strand gespült wurden, sammeln. Das Wasser ist nicht nur mit Müll, sondern auch mit Abwasser und Öl verschmutzt. Niemand schwimmt gerne in schmutzigem Wasser, aber schwerwiegender ist die Schädigung der Lebewesen im Meer. Korallenriffe, wie das Great Barrier Reef, gelten als besonders empfindlich. Die Meeresverschmutzung hat hier schon deutliche Spuren hinterlassen. Und für alle, die gerne Fische und Meeresfrüchte essen: Die Verschmutzung könnte mit dem „Fisch auf dem Tisch“ landen.

Inselurlaubserinnerungen und der Nationalpark Wattenmeer

Ich habe in meinen Erinnerungen von Nordsee-Insel-Urlauben und alten Fotos gekramt. Die meisten Inseln sind abhängig von den Gezeiten zu erreichen. Der Fahrplan lautet also nicht „alle 2 Stunden“, sondern die Fähre legt nur bei Flut ab. – Und wer sie verpasst, muss auf dem Festland bleiben. Mit der Fähre kommen auch (fast) alle Waren auf die Insel und den Abfall wieder auf das Festland. Selbst die Post richtet sich nach Ebbe und Flut. Im Winter kann es schon mal vorkommen, dass die Fähre aufgrund der Wetterbedingungen nicht kommt. Dann sind ausreichend Vorräte wichtig.

Wer „auf der Insel ist“,  😉 befindet sich mitten im Nationalpark Wattenmeer. Für alle, die nicht ausschließlich am Strand liegen wollen, bietet sich daher die Möglichkeit die Pflanzen- und Tierwelt, wie Vögel und Robben, kennenzulernen. Dank der Gezeiten können bei einer Wattwanderung die „auf und im Meeresgrund“ lebenden Tiere beobachtet werden.

Voegel

Vögel am Strand von Amrum, Foto: G. Schügner

Leider ist auch auf der schönsten Insel nicht immer alles heiter bis wolkig. Bei stürmischem Wetter klatschen große Wellen mit enormer Kraft auf den Strand. Hier sollen Deiche und Dünen die Inseln schützen.

Duenen

Dünen auf der Insel Amrum, Foto: G. Schügner

Dieser Schutz reicht nicht immer, wie die Geschichte der schmalen, langen Insel Juist zeigt. Eine Flut im Jahr 1651 teilte die Insel in zwei Teile. Juist wurde erst im 19. Jahrhundert wieder zu einer Insel. Da stellt sich die Frage, wie es den Inseln mit dem steigenden Meeresspiegel durch den Klimawandel ergeht. Wie gut ist der Schutz bei zukünftigen (Sturm-)Fluten? Es könnte häufiger Stürme geben. Wie hoch steigt das Wasser? Was bleibt von den Inseln übrig? Sind die Inseln in Zukunft noch bewohnbar?

Klimawandel und Meer

Der steigende Meeresspiegel ist jedoch nicht das einzige Problem. Erinnert ihr euch noch an den Strandspaziergang und das Sammeln der Muscheln (Muschelschalen) oder das Korallenriff? Auch das könnte in Zukunft anders aussehen. Das Meer nimmt etwa ein Drittel des Kohlendioxids aus der Luft auf. Bei einer steigenden Menge löst sich mehr Kohlendioxid im Wasser. Damit sind wir auch schon wieder bei Chemie und der folgenden Reaktion:

H2O + CO2 → H2CO3

Wasser und Kohlendioxid reagieren zu Kohlensäure. Wenn ich mehr CO2 im Wasser löse, entsteht mehr Kohlensäure. Dadurch wird das Meerwasser saurer. Der pH-Wert sinkt. In einer sauren Umgebung können die Meeresorganismen schwerer Kalkschalen und -skelette aufbauen. Wie gut der Aufbau noch möglich ist, hängt davon ab, wie sauer unsere Meere werden. Ich habe einen Youtube-Beitrag vom GEOMAR Kiel, der Forschungen zu diesem Thema zeigt.

Eine Möglichkeit den Klimawandel zu verringern, sind erneuerbare Energien. Auch hierzu ist mir ein „Inselfoto“ in die Hände gefallen. Es zeigt Windkraftanlagen im Meer (Offshore- oder Hochsee-Windparks). Windkraftanlagen werden tief im Meeresboden verankert, so dass die Auswirkungen auf die Tier- und Pflanzenwelt beobachtet werden müssen.

Windkraft

Windpark vor Amrum, Foto: G. Schügner

Ich finde, dass „Meere und Ozeane“ ein spannendes Thema für dieses Wissenschaftsjahr sind. Und im nächsten Blogbeitrag zum Thema bewege ich mich etwas weiter von unserer heimischen Küste weg, vielleicht sogar in die Tiefen des Meers 😉 – versprochen.

Die wichtigen Internetseiten zusammengefasst zum Schluss:

 

Pflanzen und Mikroben: gute oder schlechte Nachbarn?

In meinem Blogbeitrag habe ich schon festgestellt: Mikroben sind einfach überall. Deshalb hat mich der Vortrag „Pflanzen und Mikroben: Freunde oder Feinde?“ aus der öffentlichen Vortragsreihe des CEPLAS (Exzellenzcluster für Pflanzenforschung) besonders interessiert. Für mich war er eine passende Ergänzung.

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Vortrag von Prof. Peter Westhoff, Pflanzen und Mikroben – Freunde oder Freunde?

Wann sind Mikroben ein Problem für Pflanzen?

Mikroorganismen – Viren, Bakterien, Pilze – sind vor allem problematisch, wenn viele gleiche Pflanzen in direkter Nachbarschaft wachsen, wie z. B. Getreide oder Kartoffeln auf den Feldern. Die ausgelösten Erkrankungen können sich schnell von einer zur nächsten Pflanze ausbreiten.

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Viele gleiche Pflanzen sind anfällig für Erkrankungen, Foto: Ricarda Schügner

In „freier Wildbahn“ wachsen in der Regel viele unterschiedliche Pflanzen in Nachbarschaft. Da nicht alle Pflanzen anfällig für die gleichen Mikroben sind, können sich die Krankheiten nicht ausbreiten. Im Garten wird versucht dem Nachteil der einheitlichen Bepflanzung durch Mischkulturen entgegenzuwirken. Die benachbarten Pflanzen sollen sich gegenseitig schützen und im Wachstum unterstützen. Es gibt eine Vielzahl an Büchern, die sich mit dem Thema der „guten Nachbarschaft“ im Gemüsegarten befassen.

Bauerngarten

Beispiel für einen Bauerngarten, Foto: Ricarda Schügner

Viren – Bakterien – Pilze

Viren, Bakterien und Pilze unterscheiden sich im Aufbau. Viren weisen den einfachsten Aufbau auf: eine Proteinhülle mit DNA (Desoxyribonukleinsäure) oder RNA (Ribonukleinsäure). Die DNA bzw. RNA liefert die Information zur Synthese von Proteinen (Eiweißen). Viren verfügen nicht über einen eigenen Stoffwechsel. Mit der DNA oder RNA, die Viren in die Wirtszelle bringen, programmieren sie die Zelle um, so dass sie Stoffe zur Vervielfältigung der Viren herstellt. Viren werden wegen des fehlenden Stoffwechsels von den meisten Virologen nicht zu den Lebewesen gezählt. Ein Beispiel für eine virale Erkrankung bei Pflanzen ist das Tabakmosaikvirus. Ich habe bei Youtube ein Video von Plant Pathology gefunden, dass zeigt, wie sich die Pflanze gegen das Virus wehrt. An Stellen an denen das Virus eindringt, sterben die Zellen – auch um die infizierte Zelle herum – ab. So kann das Virus keine gesunden Zellen infizieren.

Den Aufbau von Bakterien habe ich in meinem Blogbeitrag zu Antibiotika ausführlich beschrieben. Es handelt sich um Zellen mit einem eigenen Stoffwechsel und einer ringförmigen DNA, aber ohne Zellkern. Zur Fortbewegung nutzen Bakterien häufig Geißeln.

Pilze sind komplizierter aufgebaut. Ihre Zellen besitzen einen eigenen Zellkern. Es gibt einzellige Pilze, z. B. Hefen, und mehrzellige Pilze. Pilze bilden neben dem Pflanzen- und dem Tierreich ein eigenes Reich. Beispiele für eine Pilzinfektion bei Pflanzen ist die Krautfäule bei Kartoffeln oder Tomaten oder Mutterkorn bei Getreide. Gerade bei der aktuellen feucht-warmen Wetterlage kommen häufiger Pilzinfektionen bei Nutzpflanzen vor.

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Roggen mit Mutterkorn, Foto: Ricarda Schügner

Alle Mikroben können Krankheits- bzw. Schadbilder an Pflanzen verursachen. Die Mikroorganismen gelangen über Verletzungen oder durch die Spaltöffnungen der Blätter in die Pflanzen.

Können Pflanzen die eindringenden Mikroben erkennen?

Pflanzen sind tatsächlich in der Lage ihre „Feinde“ zu erkennen – und sich zu wehren. Neben den vorgestellten Mikroorganismen trifft das Erkennen und die Verteidigung auch „größere Pflanzenfresser“ (Herbivoren).

Wie werden Bakterien erkannt?

Die meisten Bakterien nutzen zur Fortbewegung Geißeln (Flagellen). Hauptbestandteil dieser Geißeln ist das Protein Flagellin. Pflanzliche Zellen können das Flagellin erkennen und dann wird – vergleichbar wie bei Tieren und Menschen – eine Immunreaktion ausgelöst.

Über welche Abwehrmechanismen verfügen Pflanzen?

Die erste Möglichkeit sich gegen Mikroben zu schützen ist die mechanische Abwehr. Es werden „Mauern aufgebaut“. Bezogen auf Pflanzenzellen bedeutet dies, dass die Zellwand der Zelle komplett oder teilweise verstärkt wird. Eindringlinge haben es dann schwerer in die Zelle zu gelangen.

Nummer zwei ist die „chemische Keule“. Pflanzen stellen Substanzen her, die den Angreifern schaden. Es gibt drei Gruppen von Verbindungen.

 

  • Reaktive Sauerstoffspezies
    Eine Beispielsubstanz ist Wasserstoffperoxid, dass z. B. zum Bleichen von Haaren (blondieren) oder zur Desinfektion verwendet wird. Wasserstoffperoxid ist ein starkes Oxidationsmittel.
  • Phytoalexine
    Phytoalexine sind kleine Moleküle, die zu den sekundären Pflanzeninhaltsstoffen gehören. Sie werden von der Pflanze gebildet, wenn ein Eindringling erkannt wird und sind in der gesunden Pflanze nicht nachweisbar. Ein Teil der Pflanzen verfügt zusätzlich über dauerhaft vorhandene Abwehrstoffe, wie z. B. die Senfölglykoside, die in Rettich oder Kresse vorkommen.
  • Abwehrproteine
    Pflanzen sind in der Lage Proteine (Eiweiße) herzustellen, die die Zellwand von Pilzen und Bakterien angreifen und zerstören können. Proteaseinhibitoren (Proteasehemmer) verhindern den Abbau von Enzymen bei Pilzen und Insekten. Ribonukleasen spalten Ribonukleinsäureketten (RNA) der Viren und Pilze.

 

Der dritte Abwehrmechanismus ist die hypersensitive Antwort. Wie oben an dem Beispiel mit dem Tabakmosaikvirus zu sehen ist, sterben Stellen an denen das Virus eindringt sowie gesunde Zellen der Umgebung großflächig ab. Auf diese Weise wird der Eindringling bzw. das Virus isoliert.

Wie ihr in meinem Blogbeitrag zu den Antibiotika zu sehen ist, vermehren sich Bakterien sehr schnell und in großer Zahl. Auf diese Art kommen immer wieder Mutationen vor. Ähnlich wie bei den Antibiotikaresistenzen ist es so möglich, dass die Abwehrmechanismen der Pflanzen umgangen werden. Auch bei Pflanzen gibt es Mutationen und die können die Abwehr gegen Mikroben verbessern… Es bleibt also spannend im „Rüstungswettlauf“ Pflanze gegen Mikroorganismus.

Gibt es auch nützliche Mikroben?

Ich habe hier im Blog schon festgestellt, dass Mikroben überall sind – und wir nicht ohne sie überleben können. Es gibt auch Pflanzen, die mit nützlichen Pilzen und Bakterien zusammenleben. Beispiele sind die Leguminosen (Schmetterlingsblütler), die mit Stickstoff-liefernden Bakterien zusammenleben und Mycorrhiza-Pilze, die die Nahrungsaufnahme der Pflanzen verbessern.

Leguminosen (Schmetterlingsblütler)

Die Leguminosen, wie z. B. Bohnen oder Erbsen, leben in Symbiose (was bedeutet, dass das Zusammenleben für beide Arten vorteilhaft ist) mit Bakterien, die den Stickstoff aus der Luft in für die Pflanzen nützlichen Dünger umwandeln können. Die Bakterien erhalten dafür von den Pflanzen produzierte Nahrung. Da die Stickstoffverbindungen ein wertvoller Dünger für die Felder sind, werden Lupinen (auch Leguminosen) als Gründünger eingesetzt.

Feuerbohnen

Feuerbohnen, Foto: Ricarda Schügner

Mycorrhiza

Die Mycorrhiza-Pilze leben ebenfalls in Symbiose mit Pflanzen. Sie befinden sich in den Wurzeln der Pflanzen. Dort helfen sie der Pflanze bei der Wasser- und Nährstoffaufnahme. Im Gegenzug bekommen sie Nahrung geliefert.
Zum Abschluss habe ich ein Youtube-Video des Helmholtz-Zentrums für Umweltforschung (UFZ.de), dass das Zusammenleben von Pflanzen und Pilzen zeigt.