5. Evaluate

Am meisten beeindruckt hat uns die Ernährung der Venusfliegenfalle. Die Art der Ernährung, das Fangen von Insekten, war uns bekannt. Dass sich die Pflanze aber von Insekten ernährt um einen Stickstoffausgleich anzustreben, wussten wir zuvor alle nicht. Wiedereinmal hat es die Natur geschafft, uns zum Staunen zu bringen. Eine weitere interessante Untersuchung wäre jetzt herauszufinden, ob es möglich wäre, die Pflanze auf einen anderen Weg mit Stickstoff zu versorgen oder ob es einen Ersatz für Stickstoff gäbe. Hier müsste vorallem im Chemielabor experimentiert werden..
Abschliessend möchten wir noch auf den Film "Little Shop of Horrors" der 60er Jahre aufmerksam machen. Der Film ist unterhaltend und witzig, da sozusagne der Hauptdarsteller eine Venusfliegenfalle ist. Die Venusfliegenfalle ist also nicht nur in der Natur, sondern auch in der Filmwelt anzutreffen.

5. Evaluate

Wir haben nun viel neues gelernt über allgemein fleischfressende Pflanzen und speziell die Venusfliegenfalle durch unsere kleinen Versuche mit ihr. Nun gibt es bei dieser Pflanze noch weitere interessante Phänomene, die sicher spannend wären zu untersuchen. Da wäre beispielsweise das "Verbrennen" der Pflanze. Auf Wikipedia haben wir gelesen, dass diese Pflanzen oft durch Brände vernichtet werden und von Grund auf neu entstehen. Ohne diese Brände würden die Pflanzen alles überwuchern und sich selbst das Licht stehlen etc.

tote Fliege in Falle

Hier erkennt man beim genauer Hinschauen bei der mittleren Falle einen Flügel der etwas herausragt, dies ist nun der Flügel einer vorher toten Fliege. Diese Falle hat sich noch nicht geöffnet aber wir sind gespannt wie die Fliege nach dem Öffnen ausschaut.

verspeistes Insekt

Hier wurde eine Falle wieder geöffnet, nachdem das vorher lebendige Insekt ausgesaugt wurde. Es ist nur noch der Chitinpanzer flachgedrückt, die Flügel und Beinchen vorhanden.

Falle mit Fliege

Hier hat die Falle gerade zugeschnappt wegen einer lebendigen Fliege! Die Verdauung dauert hier wohl noch etwas länger darum haben wir noch keine Bilder von der verspiesenen Fliege.

Unsere Venusfliegenfalle

Hier erstmal unsere kleine Venusfliegenfalle.

Schülerversuch

1. Engage

Was isst die Venusfliegenfalle?
Erforsche das Essverhalten der fleischfressenden Venusfliegenfalle.

Fütterungsobjekte:
Lebendige Fliege
Tote Fliege
Kieselstein


2. Explore

Stellt Hypothesen auf, was passiert, wenn die Fliegenfalle mit diesen drei Objekten gefüttert wird.

Beispiele:
Wenn... sich die Pflanze von den Objekten ernährt, und die Falle zuschnappt,
dann... ändert sich die Form der Objekte.

Wenn... sich die Pflanzen auch von toten Insekten ernährt, und die Falle zuschnappt,
dann... wird auch die tote Fliege verdaut,
sonst... besitzt sie einen Differenzierungsmechanismus.

Wenn... ein Kieselstein in die Falle gerät, und die Falle zuschnappt,
und... die Pflanze dieses zuschnappt,
dann... wird sie sich wieder öffnen.

Führe nun entsprechende Versuche durch!

3. Explain

Zeige auf, mit welchen Versuchsanorodnungen die Thesen beleget oder wiederlegt werden können.

4. Elaborate

Was könnte es für weitere spannende Versuche zu diesem Thema geben?
Zusatzinfos?


5. Evaluate

Dokumentiere den Versuch.

Dokumetationsmöglichkeiten:
Videoprotokoll
Fotodokumentation

Führe auf, welche Schlussfogerungen du aus dieser Versuchsreihe ziehst.

4. Elaborate

Wo ist nun die Venusfliegenfalle zu Hause?

Die Pflanze ist ausschließlich in den Hochmooren der US-amerikanischen Bundesstaaten North und South Carolina beheimatet, in einem Umkreis von rund 100 Kilometern um die Stadt Wilmington. Im Nordwesten Floridas ist sie eingebürgert.

Die Venusfliegenfalle wächst an dauerfeuchten, sonnigen und offenen Standorten auf nährstoffarmem, sandigem Boden bei Temperaturen, die im Winter bis zu −10 °C und im Sommer bis zu 40 °C reichen. Im Sommer kommt es regelmäßig zu Buschfeuern, welche die Pflanze oberirdisch zerstören. Sie treibt aber anschließend aus dem Rhizom wieder aus und findet in der durch den Brand gelichteten Vegetation ideale Bedingungen vor. Ein längeres Ausbleiben der Feuer führt zur Überwucherung der Venusfliegenfalle durch die umgebende Vegetation und schließlich zu ihrem Absterben durch Lichtmangel.

Eine weitere fleischfressende Pflanze

Nephentes Truncatas (Kannenpflanze)

Die Kannenpflanzen sind eigentlich Kletterpflanzen und wachsen in tropischen Gegenden. Mit ihren Kannen sind sie in der Lage, Insekten, Kleinsäuger und sogar Vögel zu fangen. Diese Zusatzernährung sichert die Versorgung der Pflanzen mit Mineralsalzen.

Kannenpflanzen locken Ihre Beute durch leuchtende Farben und süßen Nektar an, der am oberen Rand der Kanne und am Deckel ausgeschieden wird. Am inneren Rand der Kanne befinden sich winzige Wachsschuppen und Tiere, die durch die Kannenfärbung oder den Duft angelockt wurden, gleiten auf dem Wachs aus und stürzen hinein. Der Wachs und eine nach unten gerichtete Behaarung verhindert ein Zurückklettern, das Tier ertrinkt schnell und wird zersetzt. Übrig bleibt nur noch der unverdauliche Chitinpanzer. In der Kanne befindet sich eine Verdauungsflüssigkeit, die von Drüsen in der Kanne abgegeben wurde.

Es gibt noch viele weitere fleischfressende Pflanzen die sich anhand verschiedener Fallentypen ihre Nahrung angeln. Es gibt Klappfallen, Klebefallen, Saugfallen, Fallengrubenfallen und Reusenfallen. Weitere solche fleischfressenden Pflanzen sind weiter unten aufgelistet.

Zusätzliche Ernährung bei Pflanzen haben wir noch den Dünger gefunden, aber weitere aussergewöhnliche Ernährungstypen von Pflanzen haben wir nicht gefunden.

· Schusspflanzen (Stylidium)

· Wasserfalle (Aldrovanda vesiculosa)

· Venusfliegenfalle (Dionaea muscipula)

· Sonnentau (Drosera)

· Fettkräuter (Pinguicula)

· Wasserschläuche (Ultricularia)

· Reusenfallen (Genlisea)

· Kannenpflanzen (Nepenthes)

· Regenbogenpflanzen (Byblis)

· Hakenblatt (Triphyophyllum peltatum)

· Taublatt (Drosophyllum lusitanicum)

· Sumpfkrüge (Heliamphora)

· Schlauchpflanzen (Sarracenia)

· Kobralilie (Darlingtonia californica)

· Wanzenpflanzen (Roridula)

· Zwergkrug (Cephalotus follicularis)

· Brocchinia reducta

· Catopsis berteroniana

4. Elaborate

Geöffnete, zur Klappfalle ausgebildete Blattspreite der Venusfliegenfalle. Im Detail: Vergrösserung zweier Fühlborsten hinter einer dickeren Sperrborste

4. Elaborate

Der Fangmechanismus Mit Hilfe des Bio Skrips und dem Internet, haben wir die Antwort auf die Frage des Fangmechanismus herausgefunden. Es hat sich herausgestellt, dass unsere Vermutungen über den Ablauf des Mechanismus der Wirklichkeit sehr nahekommen. Auf den Blättern der Venusfliegenfalle befinden sich tatsächlich Borstenhaare. Diese Borstenhaare sind sehr berührungsempfindlich und lösen die Reiz-Reaktionskette des Fangmechanismus aus. Die Borstenhaare, auch "Sinnesborsten" genannt, reagieren erst bei einer zweimaligen Reizung desselben Tasthaares oder nach Berührung zwei verschiedener Borsten. Sobald die Reizung ausgelöst ist, steigt das Ruhepotenzial von-150 mV auf ein Aktionspotenzial von etwa o mV, welches sich mit einer Geschwindigkeit von 1-3m/s über die Blattfläche fortpflanzt.( Es ist noch nicht bekannt, durch welche Ionenflüsse ein Aktionspotenzial herforgerufen wird. Man vermutet eine rasche Ca(2+)-Ionenverschiebung von der Zellwand in das Cytoplasma der Zelle.) Das Aktionspotenzial löst in einem zeitlichen Abstand von <20s den Verschluss der Klappe aus. Das Einklappen der Blätterhälften wird durch den Turgordruck (Turgor= der osmotisch bedingte Spannungszustand der Zelle bzw. der Druck des flüssigen Zellinhaltes auf die Zellwad) der Zellen auf der Oberseite der Mittelrippe bewirkt.Nach etwa 30 min hat sich der Turgordruck der Zelle durch Wasseraufnahme wieder aufgebaut und die Blätter öffnen sich wieder.

3. Explain

Wie "sieht" die Pflanze, dass Nahrung da ist?
Der Fangmechanismus

Die verschiedenen Statusarten der Pflanze
http://alt.fleischfressendepflanzen.de/gattungen/dionaea/dionaea.html

YouTube (Fütterung durch Mensch)
Venusfliegenfalle-->Plant eating insect

YouTube (die Falle schnappt zu!!)
Carnivorous Plant Dionaea Muscipula eating a bee insect

YouTube (Pflanze frisst Raupe)
Dionaea muscipula vs Caterpillar

Ausführliche Arbeit über die Venusfliegenfalle
http://bionik.fbsm.hs-bremen.de/downloads/referate/1semWS0405/Dionaea_Muscipula.pdf

4. Elaborate

Wie kann die Venusfliegenfalle als Fleischfresser ihre Nahrung verarbeiten?

Verknüpfungen von 2. Explore und 3. Explain:

Wenn... die Venusfliegenfalle ihre Nahrung aus erbeuteten Insekten nimmt.
und... diese in pflanzeneigene Nährstoffe umwandelt,
dann... braucht die Pflanze ein Verdauungssystem.

Die Pflanze besitzt ein Verdauungssystem. Es besteht aus Säuren und Enzymen. Diese werden von der Innenseite der Blattlappen produziert. Die Beute wird mit bakterieller Unterstützung verdaut. Die Nährstoffe werden mittels Drüsen aufgenommen.


Wenn... die Pflanze ein Verdauungssystem besitzt.
und... damit ihre Nahrung zersetzt,
dann... muss die Venusfliegenfalle Verdauungsenzyme bereitstellen;
und dann... muss sie diese Enzyme in ins Opfer einspritzen oder es darin eintauchen.

Das Verdauungssekret enthält Eiweiss abbauende Enzyme, die Proteasen.
Der Verdauungsvorgang dauert, je nach Grösse des Insekts, ca. 10 Tage.
Anhand des vorhandenen Eiweisses des Opfers erkennt die Pflanze, ob der Beutezug erfolgreich war. Kleinere Insekten können sich aus den Fängen der Pflanze wieder befreien. So werden nur genügend nahrhafte Opfer verdaut.
Entscheidet sich die Pflanze für das Insekt, wird die Falle vollständig geschlossen und zusammengepresst. Manchmal sind die Umrisse der Beute zu erkennen. Die Verdauungssäfte umschliessen die Nahrung. Die Beute kann noch mehrere Tage überleben, wenn es weder erstickt noch erdrückt wird.

Wenn... eine fleischfressende Pflanze die Insekten verdaut.
und... nicht alles von der Beute verwerten kann (z. B. Beine, Chitinrumpf).
dann... müsste die Pflanze die Reste ausscheiden oder in sich einschliessen.

Nach der Verdauung öffnet sich das Blatt mit unverdauten Überresten wieder.
Die unverdaubaren Reste wie Chitinpanzer und Beine werden durch Regen und Wind ausgewaschen.

Wenn... Insekten ihr Energiespender darstellen.
und... sie dadurch auf die Fotosynthese verzichten kann,
dann... kann die Pflanze auf nährstoffarmen Boden gedeihen;
und dann... braucht eine Jungpflanze einen grossen Energievorrat bis zur Entwicklung der Falle;
und dann... bräuchte die Pflanze kein grünens Chlorophyll und keine Blätter;
oder dann... kombiniert sie die Energiegewinnungsmethoden.

Die Pflanze kann autotroph leben. Sie braucht viel Sonne um sich zu entwickeln.
Wenn die Pflanze keine Beute fängt, bleiben die Fangblätter klein.
Die Nährstoffversorgung der Wurzeln ist nahezu bedeutungslos.
Die Venusfliegenfalle wächst an nährstoffarmen, sandigen Böden.
Der Boden darf nicht gedüngt werden.

3. Explain

Wie kann die Venusfliegenfalle als Fleischfresser ihre Nahrung verarbeiten?

http://www.zimmerpflanzenlexikon.info/lexikon.php?id=284

Verdauung:
Ist die Falle vollständig geschlossen und zusammengepresst, werden Säuren und Enzyme von den Verdauungsdrüsen auf der Innenseite der Blattlappen produziert und das Insekt mit bakterieller Unterstützung verdaut. Die einzigen Überbleibsel dieses Prozesses sind Reste des Chitinpanzers und der Flügel. Eine Falle ist für zwei bis drei Mahlzeiten ausgelegt. Danach stirbt sie ab.

http://www.fleischfressendepflanzen.de/db/species.ffp?id=642

Verdauung:
Ist eine Beute gefangen, sprechen Eiweissrezeptoren (über chem. Reizung --> Chemonastie) an, die die Produktion der Verdauungssekrete (Eiweiss abbauende Enzyme --> Proteasen) auslösen.

http://www.insektivoren.com/dionaea.html

Verdauungsaktivierung:
Anhand des vorhandenen Eiweisses des Opfers erkennt die Pflanze, ob der Beutezug erfolgreich war. Ist ein Tier gefangen schliesst sich die Falle mit der Zeit vollkommen, dann legt sich das Blatt ganz eng um das Insekt. Nicht selten kann man von aussen die Form des Insektes an dem Blättern abgedrückt sehen (siehe auch Bild o.l.). Die Beute erstickt. Die Zähne greifen dann oft nicht mehr ineinander, sondern stehen sternförmig nach aussen. Die Verdauungsdrüsen umschliessen das Tier vollkommen. Die Verdauung beginnt und ist nach ca. 10 Tagen abgeschlossen. Die Pflanze öffnet sich dann wieder. Zurück bleibt der Chitinpanzer (Bild r.) des Insekts, der durch Wind und Regen ausgewaschen wird. Bis zu drei Mal kann ein Blatt Beute fangen und verdauen, dann stirbt es ab. Einmal konnte ich beobachten, wie die Pflanze eine Spinne aufgrund der langen Beine nur die Hälfte erwischt hat. Das Tier hat nach drei oder 4 Tagen immer noch gelebt. Dann habe ich die Falle geöffnet. Heraus kam eine angedaute Spinne, deren Panzer schon ganz farblos war. Die gefangenen Beine waren bereits abgelöst. Das Tier bewegte sich aber noch auf den verbleibenden 3-4 Beinen fort, bis ich ihm den Gnadentod gewährte. Findet die Pflanze kein Eiweiss nach dem Schliessen der Falle vor, öffnet sie sich in den nächsten zwei Tagen wieder. Allerdings ist die Lebensdauer begrenzt. Nach max. 10 Fangversuchen stirbt das Blatt ab.


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

Wurzelbedeutung:
Das Wurzelsystem dient hauptsächlich der Verankerung der Pflanze im Untergrund und zur Wasseraufnahme; für die Nährstoffversorgung sind die Wurzeln nahezu bedeutungslos.
Die Venusfliegenfalle wächst an dauerfeuchten, sonnigen und offenen Standorten auf nährstoffarmem, sandigem Boden.

Verdauungsflüssigkeit:
....Wenn jedoch verwertbare Beute gefangen wurde, wird der Verschluss in der Folgezeit durch Wachstum noch verstärkt, um so die Falle vollständig zu versiegeln und ein Auslaufen von Flüssigkeit während der nun folgenden Verdauung zu verhindern. Dieses Wachstum kann zu einer Vergrösserung der Falle um bis zu 10 % nach der Verdauung führen. Aus kleinen, sitzenden Drüsen wird jetzt ein Verdauungssekret ausgeschieden, das Amylasen, Esterasen, Phosphatasen, Proteasen, Ribonukleasen und in kleinen Spuren auch Chitinasen enthält. Damit verdauen die Pflanzen die gefangenen Insekten und nehmen die gelösten Nährstoffe durch Drüsen auf; übrig bleiben unverdaute Reste wie Chitinpanzer und Beine. Die Verdauung kann je nach Grösse der Beute bis zu zehn Tage andauern, dann öffnet sich die Falle wieder und ist erneut einsatzbereit, nachdem die unverdaulichen Reste vom Regen oder Wind entfernt wurden. Eine Falle schliesst sich jedoch höchstens sieben Mal, dann stirbt das Blatt mit der Falle ab.

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

Amylasen:
Ihre Wirkung besteht darin, dass sie Polysaccharide (z. B. Stärke) an den Glykosidbindungen spalten und abbauen.

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

Esterase:
Esterasen sind Enzymen die in der Lage sind Ester niederer Carbonsäuren hydrolytisch in einen Alkohol und eine Säure aufzuspalten.

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

Phosphatase:
Phosphatasen sind eine Gruppe von Enzymen die durch Wassereinlagerung (Hydrolyse) aus Phosphorsäureestern oder Polyphosphaten Phosphorsäure abspalteten.

http://de.wikipedia.org/wiki/Phosphors%C3%A4ureester

Phosphorsäureestern:
Phosphorsäureester oder Alkylphosphate sind Ester der Ortho-Phosphorsäure, die formal oder tatsächlich durch die Reaktion der Säure und Alkoholen unter Abspaltung von Wasser entstehen.

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

Protease = Peptidase:
Peptidasen (Kurzform vom Peptidbindungshydrolasen) sind Enzyme, die Proteine oder Peptide spalten können. Dabei katalysieren sie die Hydrolyse von Peptidbindungen. Peptidasen werden häufig auch, insbesondere wenn grössere Proteine gespalten werden, als Proteasen, Proteinasen oder proteolytische Enzyme bezeichnen.

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

Ribonuklease:
Ribonukleasen (kurz RNasen, fälschlich auch RNAsen) sind Enzyme (Nukleasen), die die Hydrolyse von Ribonukleinsäuren in kleinere Fragmente katalysieren. Sie werden unterteilt in Endo- und Exoribonukleasen.
Da ständig neue RNA gebildet wird, muss die „Alte“, die bereits gelesen wurde, wieder abgebaut werden. Dies geschieht mithilfe der RNase, eines Enzyms, das Verbindungen des Zucker-Gerüstes der RNA trennt und somit die Monomere bildet, die wieder zur Bildung neuer RNA benötigt werden.

2. Explore

Wie kann die Venusfliegenfalle als Fleischfresser ihre Nahrung verarbeiten?

Wenn... die Venusfliegenfalle ihre Nahrung aus erbeuteten Insekten nimmt
und... diese in pflanzeneigene Nährstoffe umwandelt,
dann... braucht die Pflanze ein Verdauungssystem.

Wenn... die Pflanze ein Verdauungssystem besitzt
und... damit ihre Nahrung zersetzt,
dann... muss die Venusfliegenfalle Verdauungsenzyme bereitstellen;
und dann... muss sie diese Enzyme in ins Opfer einspritzen oder es darin eintauchen.

Wenn... eine fleischfressende Pflanze die Insekten verdaut
und... nicht alles von der Beute verwerten kann (z.B. Beine, Chitinrumpf)
dann... müsste die Pflanze die Resten ausscheiden oder in sich einschliessen.

Wenn... Insekten ihr Energiespender darstellen
und... sie dadurch auf die Fotosynthese verzichten kann,
dann... kann die Pflanze auf nährstoffarmen Boden gedeihen;
und dann... braucht eine Jungpflanze eine grossen Energievorrat bis zur Entwicklung der Falle;
und dann... bräuchte die Pflanze kein grünens Chlorophyll und keine Blätter;
oder dann... kombiniert sie die Energiegewinnungsmethoden.

Wir stellen uns die Energiegewinnung der Pflanze, im Allgemeinen ähnlich, wie das menschliche Verdauungssystem vor. Die Pflanze wird die Nahrung mit Verdauungssäften zersetzen, um daraus Bau-, Betriebs- und Reservestoffe herzustellen.