Faszination Pflanzen:
Gespeichert in:
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| Format: | Buch |
| Sprache: | German |
| Veröffentlicht: |
Berlin
Springer
[2017]
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Inhaltsverzeichnis
Teil I Die Pflanzen kleiden die Erde in Grün 1
1 Pflanzen sind besondere Lebewesen 3
1.1 Die erste Energiekrise des Lebens und die Lösung durch die
Fotovoltaik grüner Zellen 3
1.2 Ständiger Durchfluss von Energie und Material durch die
lebenden Systeme 4
1.3 Pflanzen sind Selbstversorger und versorgen alles andere
Leben mit 6
Literatur 9
2 Startpunkt für die Eroberung des Planeten Erde durch das
Leben: Fotosynthese der einfachsten grünen Zellen 11
2.1 Der Anfang: Prokaryotische grüne Zellen und Chloroplasten 12
2.2 Der Trick der Biofotovoltaik: Elektronen für die
Biomasseproduktion im Licht 13
2.3 Die Erfolgsgeschichte des Lebens auf der Erde: Chlorophyll
und Fotosynthese 15
3 Die Eroberung des Festlandes 21
3.1 Fotosynthetisch aktives Leben bedeckt jede freie
Stelle des Festlandes 21
3.2 Grünalgen — die Ahnen der Landpflanzen 24
3.3 Frei bewegliche Schwimmer und fest verwurzelte Rasen:
Erstaunliche Entwicklungstendenzen 27
vii
viii Inhaltsverzeichnis
3.4 Fit für das Leben auf dem Trockenen? 31
3.5 Bilder der ersten durch Pflanzen geformten Landschaften 32
3.6 Die Vegetation schreibt Erdgeschichte 34
3.7 Die Entstehung von Blüten, Samen und Früchten 37
3.8 Das Pflanzenkleid der Erde bestimmt auch unsere Luft 40
3.9 Herausforderungen für das Leben der Pflanzen an Land 41
Literatur 42
Teil II Herausforderungen bei der Anpassung an das Landleben 43
4 Stark wie eine Eiche — Standfestigkeit auf dem Land 45
4.1 Charakteristische Gestalten der Sprosspflanzen auf dem Land 46
4.2 Baustoffe: Holz als biologischer Stahlbeton 47
4.3 Bauteile 50
4.4 Bauelemente 52
4.5 Baustrukturen 52
Literatur 56
5 Gefahr des Verdurstens an Land 57
5.1 Feuchte Oberflächen an der Luft 58
5.2 Wasserundurchlässige Außenhaut: Cuticula 59
5.3 Verdursten oder Verhungern? 61
5.4 Durchlüftung der Blätter: Der Gasaustausch 61
5.5 Dynamisches Offnen und Schließen von Gasventilen:
die Stomata oder Spaltöffnungen 63
5.6 Hoch komplex regulierte Ventilfunktionen der
Spaltöffnungen 65
Literatur 66
6 Auf dem Trockenen sitzen: Welche Anpassungen der
Baupläne sind nötig? 67
6.1 Wegducken oder Imponieren: Anpassungen der Gestalt 67
6.2 Stress vermeiden: saisonale aridopassive
Vermeidungsstrategien 68
6.3 Aridopassive und aridoaktive Strategien der Wurzeln 69
6.4 Über der Erde: Gestalt der Blätter 70
6.5 Gefäße zum Abfällen von Wasser: Phytothelmen 72
6.6 Aufsaugen: Wasserspeichergewebe und Sukkulenz 74
Inhaltsverzeichnis
IX
6.7 Ganz trocken oder ganz nass: Verhalten an den äußersten
Rändern der Möglichkeiten 77
Literatur 82
7 Auf dem Trockenen sitzen: Welche biochemischen
Anpassungen helfen? 83
7.1 Ausnutzung der außerirdischen Energiequelle Sonne zur
Assimilation anorganischen Kohlenstoffs für das irdische Leben 84
7.2 Das Grundmodul: Biophysikalische Licht- und biochemische
Assimilationsreaktionen finden zur gleichen Zeit und
am selben Ort statt 85
7.3 Eine Ergänzung des Grundmoduls zum Wassersparen:
Biophysikalische Licht- und biochemische
Assimilationsreaktionen finden zur gleichen Zeit,
aber an verschiedenen Orten statt 86
7.4 Eine andere Form der Ergänzung des Grundmoduls zum
Wassersparen: Biophysikalische Licht- und biochemische
Assimilationsreaktionen finden am gleichen Ort, aber zu
verschiedenen Zeiten statt 88
7.5 Ökologische Erfolgsgeschichten 89
7.6 Crassulaceen-Säurestoffwechsel-Pflanzen als Jongleure der
Fotosynthese 93
Literatur 95
8 Die Sonnenstrahlung auf dem Land 97
8.1 Sonnenkult und Sonnenbrand: das Streben zum Licht 97
8.2 Licht und Schatten 99
8.3 Zu viel Energie im Licht: Sauerstoffradikale und
Fotodestruktion 103
8.4 Eine weitere ökologische Dienstleistung der Pflanzen:
der Erhalt der Gaszusammensetzung der Erdatmosphäre 104
Literatur 105
9 Pflanzenernährung 107
9.1 Pflanzen ernähren die Welt — wie ernähren sich die
Pflanzen? 108
9.2 Besondere Leistungen der Pflanzen für das Leben
in Zusammenarbeit mit Mikroorganismen:
Assimilation von oxidiertem Stickstoff und Schwefel 109
X
Inhaltsverzeichnis
9.3 Auch Pflanzen fressen Fleisch 113
9.4 Kalk, Säure und Eisen 113
9.5 Kochsalz als Standortfaktor 117
9.6 Botanischer Bergbau: toxische und janusköpfige Metalle 120
10 Sesshaftigkeit und die Eroberung des Raumes 121
10.1 Festgewachsene Pflanzen: Verurteilung zur Passivität im Raum? 122
10.2 Sexualität, ohne je dem Partner begegnet zu sein 122
10.3 Transportmittel: Schwimmeinrichtungen, Flugeinrichtungen,
Schleudern, Raketen und blinde Passagiere 124
10.4 Der Raum als Ressource 126
Literatur 128
Teil III Modularität oder Emergenz? 129
11 Kontrast zweier Auffassungen: Pflanzen aus dem Baukasten
versus Pflanzen als denkende Wesen 131
11.1 „Vegetieren“: ein Nebenprodukt aus dem Baukasten der
Module 132
11.2 Nerven, Synapsen und Gehirne bei Pflanzen? 132
11.3 Signale und ihre Information: der Brückenschlag 134
Literatur 135
12 Skalierungen und die Hierarchie der Module 137
12.1 Zusammenbauen und Zerlegen 137
12.2 Reduzieren und Spezialisieren: Lehrt es uns mehr und mehr
über immer weniger und weniger? 138
12.3 Sehr klein und sehr groß: riesige Spannweite der
Größenordnungen 139
12.4 Hierarchien von Modulen und Netzwerken 141
12.5 Verknüpfung der Module: Addition oder Integration? 143
Literatur 144
13 Emergenz oder Fulguration: Blitzartig entsteht Neues 145
13.1 Poesie impressionistischer Gemälde und Wetterleuchten der
Innovation integrierter Systeme 146
13.2 Emergenz neuer physikalischer Gesetze bei der Integration
von Systemen 146
Inhaltsverzeichnis xi
13.3 Emergenz neuer molekularer Wunderwerke aus Proteinen
als Bausteinen 149
13.4 Modularität und Emergenz: Gegensätze oder
Entwicklungslinien? 151
13.5 Das Genom: Konzertflügel unter den Händen des
Interpreten 151
13.6 Hierarchie der emergenten Systeme 154
Literatur 154
14 Die Stufenleiter der Integration 155
14.1 Organismen sind nie alleine: Holobionten 156
14.2 Endosymbiosen: grüne Holobionten 157
14.3 Alle Zellen sind Holobionten: die Endosymbiontentheorie
der Evolution eukaryotischer Zellen 161
14.4 Auch Ökosysteme sind Holobionten: von Ektosymbiosen
zu höheren Verbundsystemen 164
14.5 Supra-Holobiont: Gaia oder die ganze Biosphäre 168
Literatur 168
Teil IV Mechanismen der Integration 171
15 Transport für die Integration 173
15.1 Notwendige Durchbrechung notwendiger Grenzen:
Transport 174
15.2 Fußgänger — Straßenbahnen — Hochgeschwindigkeitszüge:
Transport für die Integration auf verschiedenen Skalen 174
15.3 Karte der Transportwege in der Pflanzenwurzel 175
15.4 Die Möglichkeiten der Fußgänger: Wege des
Kurzstreckentransportes durch Membranen 177
15-5 Fernstrecken für Wasser und Nährsalze und für
Fotosyntheseprodukte 179
15.6 Ferntransport von Wasser: einfach wie Wäschetrocknen 180
15.7 Tau, Schweiß oder eine aktive Leistung der Wurzeln?
Die Guttation oder der Wassertransport unter Druck 183
15.8 Fluss von der Quelle der Produktion zur Senke des
Verbrauches 183
15.9 Fernleitung von Signalen und Information 185
Literatur 186
xii Inhaltsverzeichnis
16 Reize und Signale: Information fiir die Integration 187
16.1 Das Bombardement durch Reize und Signale 188
16.2 Die Medien und Wege der Flüsse von Signalen 189
16.3 Elektrisierung: elektrische Signale 190
16.4 Wasser, Wasser: hydraulische Signale 193
16.5 Chemische Signale aus dem Baukasten der Pflanzen 194
16.6 Signalisieren auf ökologischer Ebene 196
16.7 Warnung auf dem Luftweg: „Bin schon da!“ 197
16.8 Farbige Lichtsignale: Pflanzen machen unsere Welt bunt!
Ist ihre eigene Welt auch bunt? 198
Literatur 201
17 Bewegungen und die Eroberung des Raumes 203
17-1 Fest verwurzelt in der Erden und doch voller Dynamik:
Bewegung, das ist das Leben! 204
17-2 Klappen und Schnappen 205
17.3 Bewegungen im Raum durch Wachstum 208
17.4 Gravitation als treibende Kraft 210
17.5 Gravitation: elektrische und hormonelle Effekte 211
17.6 Gravitropische Sinnesänderungen während der Entwicklung 214
Literatur 215
18 Pflanzen haben eine Uhr 217
18.1 Uhren zeigen Rhythmik 218
18.2 Ein schwingendes Pendel lehrt uns die Begriffe der
Wissenschaft von den Rhythmen 218
18.3 Viele Lebensvorgänge verlaufen rhythmisch 219
18.4 Morgens fit, abends müd: die innere Uhr der Tagesrhythmik 221
18.5 Pflanzen messen mit ihrer Uhr die Tageslänge
und bestimmen die Jahreszeit 223
18.6 Die frei laufende innere Uhr ist nur beinahe genau 224
18.7 Das molekulare Räderwerk der biologischen Uhr der
Pflanzen 225
18.8 Verstellen der Uhr 227
Literatur 228
19 Pflanzen haben ein Gedächtnis 229
19.1 Gedächtnis: eine universelle Eigenschaft des Lebens 230
19.2 Hysteresis: Ein Zurückbleiben heißt Erinnern 230
Inhaltsverzeichnis xiii
19.3 Lernen und wieder vergessen durch Anschalten und
Abschalten von Genen 231
19.4 Speicher- und Abruffunktionen des Gedächtnisses der
höheren Pflanzen: Experimente mit dem Zweizahn, Bidens 233
19.5 Erinnerung an Nadelstiche hemmt das Wachstum 234
19.6 Enthauptung führt zu Asymmetrie 235
19.7 Erinnerungen an Stress werden an die Nachkommenschaft
weitergegeben 236
19.8 Die biologische Uhr und das Gedächtnis: Hat die
biologische Uhr Gedächtnisfunktionen? 237
19.9 Das Netzwerk des Pflanzengedächtnisses 238
Literatur 239
Teil V Pflanzen gestalten unsere Umwelt auf der Erdoberfläche 241
20 Auf- und Absteigen auf der Stufenleiter der
Betrachtungsebenen 243
20.1 Das Pflanzenkleid der Erde ist kein homogenes grünes
Gewand 243
20.2 Klima- und Vegetationszonen 244
20.3 Große Räume des Lebens auf der Erde: Zonobiome 245
20.4 Eingefügt in die Zonobiome: Vielfalt charakteristischer,
azonaler Bio me auf besonderem Untergrund und in den
Gebirgen 250
20.5 Bedrohtes Erbe der Natur 253
Literatur 254
21 Bunte Vielfalt des von den Pflanzen lebendig gestalteten
Raumes 255
21.1 Vier Eigenschaften einzelner Pflanzen und ihrer
Lebensgemeinschaften vernetzen sich 256
21.2 Plastizität ist Flexibilität: Pflanzen brauchen sie besonders,
weil sie nicht wegrennen können 256
21.3 Diversität ist Vielfalt 261
21.4 Komplexität ist vernetzte Vielfalt 264
21.5 Wie sichern Plastizität, Diversität und Komplexität
Stabilität? Robustheit dynamischer Gleichgewichte 264
21.6 Nachhaltigkeit beruht auf Stabilität 265
Literatur 266
XIV
Inhaltsverzeichnis
Teil VI Probleme der Gaia und der Menschheit 269
22 Reparatur zerstörter Landschaft 271
22.1 Pflanzen verwandeln Industrielandschaften 271
22.2 Belebung der Landschaft in geologischer Zeit 274
22.3 Belebung der Landschaft in ökologischer Zeit 275
22.4 Unerwartete Potenzen von Pionieren: Pflanzen und die
Kraft zur Regeneration 277
22.5 Gerichtete Veränderung von Standorten durch die
Vegetation: Sukzessionen 279
22.6 Können wir aus der Leistung der Pflanzen für uns
Optimismus schöpfen? 281
Literatur 281
23 Impulse von Pflanzen zum Schaffen der Ingenieure: Bionik 283
23.1 Von Pflanzen das Rollen und Fliegen lernen 284
23.2 Ideen aus der Beobachtung der Natur: Meilensteine der
Bionik 285
23.3 Plagiat oder Inspiration? Interdisziplinäre Kreationen von
Biologen und Ingenieuren 288
23.4 Spricht die Biologie zur Technik: Ich hab was,
wär das nicht was? 290
23.5 Spricht die Technik zur Biologie: Ich brauch was,
hast du nicht was? 294
23.6 Bionik molekular 296
23-7 Geistige Nutzung der Natur bleibt immer nachhaltig 298
Literatur 298
24 Biotechnologie und synthetische Biologie 299
24.1 Was ist das: Biotechnologie und synthetische Biologie?
„Verluderen und gehörig kohobieren!“ 300
24.2 Inhaltsstoffe von Pflanzen: Sammeln — Analysieren —
Isolieren — Strukturaufklärung — Synthetisieren 301
24.3 Am Lebenden konstruieren: Pflanzenzüchtung 303
24.4 Kultur in der Phiole 305
24.5 Genetische Sklaverei: Genmanipulation durch
Bakterien und ganz ohne den Menschen 307
24.6 Suchen, Isolieren und Vermehren von Genen 308
24.7 Neue Eigenschaften in Empfängerpflanzen: Transformation 310
Inhaltsverzeichnis XV
24.8 Die molekularbiologische Revolution und. ihre neuen
Produkte 311
24.9 Segen und Fluch — Nutzen und Risiken:
die Ambivalenz unseres Tuns 312
Literatur 313
25 Unser täglich Brot - die Ernährung der Menschen 315
25.1 Urtümliche Landwirtschaft und das Problem der
Welternährung 315
25.2 Was kann der Mensch „herausholen“? Geschichte der
Agroökosysteme 316
25.3 Der Planet Erde mit seinem grünen Kleid und seiner
Sonne: Absorbierte Strahlung und was kommt
dabei heraus? 318
25.4 Ein bisschen rechnen: Was lehrt uns der Zwang der Zahlen? 319
25-5 Über neun Milliarden Menschen: Die Zahl der Individuen
einer einzigen Art wächst und wächst 320
25.6 Schwindende Ressourcen: Bringen wir unser Erbe durch? 322
25-7 Wunschvorstellungen von Gesellschaft und Politik 326
25.8 Was können wir uns leisten und was nicht? 326
25.9 Was können wir tun? Biotechnologie 331
25.10 Ausnutzung der Sonnenstrahlung: Können wir der
Fotosynthese „Beine machen“? 332
25.11 Kann es eine konzertierte Aktion zwischen der
wissenschaftlichen Forschung zum Leben der
landwirtschaftlichen Kulturpflanzen, einer weiseren
Gesellschaft und einer handlungsfähigeren Politik geben
oder werden wir untergehen? 334
Literatur 335
26 Gaia: dynamisches Gleichgewicht der Biosphäre und
Imperativ des Lebens auf der Erde 337
26.1 Kommen und Gehen der Partner im Supra-Holobiont Gaia 338
26.2 Auch Menschen kamen und gingen 339
26.3 Fünf Aussterbewellen der Erdgeschichte 340
26.4 Die Antworten der Gaia 341
26.5 Die sechste Aussterbewelle in der Gegenwart 342
26.6 Der Mensch auf der Erde: ein kategorischer Imperativ? 344
Literatur 345
XVI
Inhaltsverzeichnis
Teil VII Verständnis des Lebens 347
27 Eine Herausforderung 349
27.1 Schock und Herausforderung 350
27.2 Was versteht die Botanik vom Leben? 350
27.3 Transzendenz braucht Naturwissenschaft 351
Literatur 352
28 Schönheit 353
28.1 Scientia amabilis 354
28.2 Der Goldene Schnitt 354
28.3 Der Goldene Winkel 355
28.4 Die Evolution des Goldenen Winkels und die Schönheit 356
Literatur 360
Literatur 361
Stichwortverzeichnis
363 |
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