Sind Tannen ein Thema? – Nacktsamer im Biologieunterricht (zu UB 300)

Wilfried  Probst   Vortrag auf der MNU-Tagung Bremerhaven am 20.11.2006

Sind Tannen ein Thema?

Nacktsamer im Biologieunterricht

 

 

Auf einer Fachtagung der Zeitschrift Unterricht Biologie im Mai d. J. wurde über interessante und weniger interessante Titel von Unterricht Biologie-Heften gesprochen. Ein Unterricht Biologie-Heft mit dem Titel ‚Nadelgehölze & Co.’ vom Dezember 2004 wurde als ‚weniger interessant’ eingestuft. Als Herausgeber dieses Heftes bin ich natürlich anderer Meinung und als ich von Frau Bartel gefragt wurde, ob ich zu diesem Thema auf der diesjährigen MNU-Tagung in Bremerhaven einen Vortrag halten will, habe ich freudig zugestimmt. Denn das ist ja eine Gelegenheit für ein entsprechendes Plädoyer.   Als gut wurden auf genannter Tagung z.B. folgende Heftthemen bewertet: Herz und Kreislauf Die Zelle Gene Wirbeltiere Evolutionshefte („alles was mit Evolution zusammenhängt ist gut!“) Struktur und Funktion Stationen Lernen Standards und Kompetenzen Wissenschaft entdecken und begreifen   Natürlich ist es ein wichtiges Ziel des Biologieunterrichts, in all seinen Inhalten den Bezug zum Menschen und zur menschlichen Gesellschaft herzustellen. Humanbiologische Themen sind deshalb wichtig, das will ich nicht bestreiten. Aber Biologie heißt eben nicht „Medizin“ oder „Anthropologie“ oder „Gesundheitslehre“, sondern es geht in diesem Fach auch gerade darum, nichtmenschliches Leben kennen und verstehen zu lernen, u.a. auch deshalb, um danach menschliches Leben umso besser verstehen zu können. Auch allgemeinbiologische Themen, die heute häufig als Basiskonzepte apostrophiert werden, wie Evolution, Struktur und Funktion oder Ökologie sind selbstverständlich wichtig für die Entwicklung eines vernünftigen Curriculums, sie bedürfen aber immer konkreter Beispiele. Dies gilt genauso für „Methodenthemen“ wie „Standards und Kompetenzen“ oder „Wissenschaft entdecken“ oder „Forschendes Lernen“.   Vielleicht liegt es näher, geeignete Beispiele aus dem Bereich der dem Menschen vertrauteren weil verwandten Wirbeltiere zu suchen als die Nacktsamer zum Unterrichtsgegenstand zu machen. Wenn man `mal abwechseln will sind Nadelgehölze  – besonders in der Vorweihnachtszeit – das will ich zeigen – aber auch recht ergiebig.

Nadelgehölze sind gute Beispiele

denn:

  • Nadelgehölze halten Rekorde
  • Nadelgehölze sind die Reptilien unter den Pflanzen
  • Nadelgehölze sind Dokumente der Erdgeschichte
  • Nadelgehölze beeinflussen das Erdklima
  • Nadelgehölze haben wirtschaftliche Bedeutung
  • Nadelgehölze haben kulturgeschichtliche Bedeutung

Zur Kulturgeschichte

Als immergrünes Symbol ewigen Lebens schmücken Koniferen bis heute unsere Friedhöfe, seit einiger Zeit auch die Vorgärten, aber das liegt wohl weniger an der Symbolkraft als daran, dass sie weniger Arbeit machen und langsamer wachsen. In der christlichen Tradition steht der immergrüne Weihnachtsbaum für Wiedergeburt und Unsterblichkeit. Seit vor gut 200 Jahren durch Aufforstung Fichten auch im Flachland Deutschlands häufig wurden, verbreitete sich der Weihnachtsbaum in den Bürgerwohnungen und heute hat er sich über die ganze Welt ausgebreitet. Aber der Brauch hat vorchristliche Wurzeln: Schon die Römer schmückten ihre Häuser zum Jahreswechsel mit immergrünen Zweigen und die antiken Nekropolen wurden schon vor mehr als 2000 Jahren von Zypressen umrahmt. Oh Tannenbaum, oh Tannenbaum kann man deshalb mit Recht als interkonfessionelles oder interkulturelles Weihnachtslied bezeichnen – auch wenn die Tannen oft Fichten sind.  In der Umgangssprache werden diese zwei Gattungen der Familie der Kieferngewächse meist nicht unterschieden, auf Skandinavisch heißen sie auch beide „Gran“. Trotzdem wäre es ein die Allgemeinbildung förderndes Unterrichtsziel, einmal auf die Unterschiede hinzuweisen – vielleicht am Beispiel der üblicher Weise als Weihnachtsbäume angebotenen Arten (was allerdings auch von Jahr zu Jahr gewissen Modeströmungen unterliegt). Eine Hilfe bei der Bestimmung bietet der Beihefter in UB 300. Die wichtigsten Unterschiede zwischen den Gattungen Picea (Fichte) und Abies (Tanne):

  1. Bei der Fichte fallen die herabhängenden Zapfen als Ganzes ab, bei der  Tanne die Schuppen einzeln von der aufrechten Zapfenachse
  2. Die Fichtennadeln haben braune Stielchen, die Tannennadeln grüne basale Scheibchen

Neben dem Buchs sind Nadelgehölze, v.a. Eiben, auch wichtige Elementen der Barockgärten, da sie extreme Beschneidung gut vertragen. Andere wachsen schon so, als wären sie beschnitten, z.B. Zuckerhutfichten oder Zwergfichten,  die man durch vegetative Vermehrung aus Hexenbesen kultiviert hat. Aus Gärtnereikatalogen lassen sich Bestimmungskärtchen für Zierkoniferen basteln,, die man alle bei einem Friedhofsbesuch finden kann. Auf eine interessante geschichtliche Spur führt der Name des Küstenmammutbaumes Sequoia sempervirens, amerikanisch „Redwood“. Diese Art, die mit 135 m auch den Höhenrekord eines Baumes und den Rekord des größten Lebewesens hält, wurde von Lampert 1824 als Taxodium sempervirens beschrieben und 1847 vom Wiener Botaniker und Coniferenspezialisten Endlicher in die eigene Gattung Sequoia gestellt, benannt zu Ehren des Cherokee-Indianers Sequoi Yah, der ganz selbständig eine Schrift für die Sprache der Cherokee entwickelte und 1838 eine Zeitung auf Englisch und Cherokee herausgab – im gleichen Jahr, als dieser Stamm auf Befehl des Präsidenten Martin van Buren aus seiner Heimat vertrieben und zu einem winterlichen Gewaltmarsch über 1500km nach Westen gezwungen wurde, dem Marsch der Tränen, auf dem 4000 von 10 000 der  Vertriebenen umkamen.

 

Rekorde

Nadelgehölze halten Rekorde. Hierher gehören

  • mit der Borstenkiefer aus den trockenen Gebirgszügen Arizonas die Pflanzenart, die das höchste Alter erreicht.
  • mit den Redwoods, den Küstenmammutbäumen in Kalifornien und Oregon und den Mammutbäumen in der Sierra Nevada die höchsten Bäume oder
  • mit Picea obovata und Larix dahurica aus Ostsibirien die kälteresistentesten Bäume, die auch noch an den kältesten bewohnten Orten der Erde, in Oimekon und Werchojansk gedeihen.

 

Menschen lieben Rekorde, deshalb ist es immer interessant, in der Schule mit Rekord haltenden Lebewesen zu motivieren. Aber es geht natürlich nicht nur um den Rekord, denn mit ihm sind besondere ökologische, physiologische und strukturelle Leistungen verbunden. So wie einem Basketballspieler seine langen Beine und Arme nutzen, so nutzen einem großen Baum seine leistungsfähigen Wassertransportsysteme und das Alter der Bäume wird im wesentlichen durch die Widerstandskraft ihres Holzes determiniert. Die Kälteresistenz wird einmal durch die xeromorphen wassersparenden Nadelblätter, vor allem aber durch physiologische Anpassungen, insbesondere spezielle, die Bildung von Eiskristallen hemmende Proteine (Antifrostproteine) bewirkt.

Reptilien unter den Pflanzen

Nadelgehölze sind Nacktsamer, Gymnospermen. Sie nehmen im Pflanzenreich dieselbe Stellung ein, wie die Reptilien bei den Wirbeltieren.. Das soll nun näher begründet werden. Die ersten großen Pflanzen. die im Erdaltertum vor gut 400 Mill.Jahren, im ausgehenden Silur, im Devon und im Karbon die Festländer der Erde eroberten und auch damals schon große Wälder bildeten, waren überwiegend Sporenpflanzen: Urfarne, Farne, Schachtelhalme und Bärlappe. Zwar kam bei den Bärlappen auch schon so etwas ähnliches wie Samenbildung vor, aber parallel dazu entwickeln sich schon im ausgehenden Devon und zu Beginn des Karbons die ersten Nacktsamer aus den Verwandtschaftsgruppen, die man auch heute noch in dieser Kategorie einordnet. Der besondere Vorteil der Samenbildung ist ja eine weitergehende Emanzipation vom Wasser. Die freien Gametophyten, die kleinen Vorkeime der Farnpflanzen, sind auf hohe Feuchtigkeit angewiesen. Die Befruchtung erfolgt über Spermatozoiden im wässrigen Milieu. Bei den Samenpflanzen wird dieses alles ins Innere von festen Hüllen verlegt. Zwar kommt es da zunächst auch noch zur Ausbildung von Spermatozoiden, doch schlüpfen diese erst aus den Mikrosporen, die man nun Pollenkörner nennt, wenn diese auf den Samenanlagen gelandet sind. Die ganze Gametophytengeneration mit dem neuen Sporophytenembryo wird in eine neue Verbreitungseinheit, in den Samen, hineinverlegt. Wie dies stammesgeschichtlich schrittweise vonsttten gegangen ist, kann man sich auf grund von Fossilfunden recht gut vorstellen. Wenn diese Samen dann auch noch mit  Nährstoffvorräten versorgt werden, dann entstehen recht große Gebilde, wie z.B. bei den sogenannten „Palmfarnen“. Diese an Baumfarne und Palmen erinnernden Pflanzen entstanden im Karbon, sie hatten ihre stärkste Verbreitung im Erdmittelalter, in Trias, Jura und Kreide, zusammen mit den Dinosauriern. Es ist deshalb sehr passend, wenn im Arboretum Thiensen bei Ellerhoop eine große Dinosaurierplastik zwischen die ins Freiland ausgepflanzten Cycadeen gestellt wurde. Die heutige reliktartige Verbreitung der Cycadeen deutet übrigens auf die erdgeschichtliche Entwicklung der Kontinente hin. In der Zeit, als diese Pflanzenklasse besonders zahlreich vertreten war, war der große Südkontinent Gondwana eine einheitliche Festlandsmasse, die aus den heutigen Kontinenten Südamerika, Südafrika, Indien und Australien gehörten –  die Gebiete in denen man auch heute noch die meisten Cycadeen findet.

Der etwas irreführende deutsche Name „Palmfarn“ könnte als Aufhänger für einen Unterricht dienen, der am Beispiel dieser lebenden Fossilien den Übergang von  Sporen- zu Samenpflanzen behandelt. Warum der Vergleich mit den Reptilien? Während Moospflanzen und Farnpflanzen mit ihren relativ ungeschützten austrocknungsempfindlichen Gametophyten noch sehr wasserabhängig sind, ist die Samenbildung der entscheidende Schritt zur Emanzipation vom Wasser. Sie hat ihre genaue Entsprechung bei der Entwicklung der Wirbeltiere mit dem Übergang von den Amphibien zu den Reptilien, mit der Bildung der Eihäute (Amnion und Chorion) und trockenheitsresistenter Eier, die nicht mehr ins Wasser abgelegt werden müssen.

Dokumente der Erdgeschichte

Nadelgehölze sind damit Dokumente der Erdgeschichte. Formen, die im Erdaltertum und im Erdmittelalter entstanden sind und weit verbreitet waren, haben sich an einigen Standorten bis heute als „lebende Fossilien“ erhalten. Das gilt nicht nur für die  Palmblatt-Nacktsamer, auch für den Ginkgobaum,  und auch für Nadelgehölze im engeren Sinne, wie Urweltmammutbaum, Araukarie oder die erst vor einem guten Jahrzehnt entdeckte Wollemie Pine.

Nacktsamer und Bedecktsamer

Ich wollte das UB-Heft zunächst „Nacktsamer“ nennen. Das stieß aber auf Widerstand bei der Redaktion, da man meinte, der Begriff wäre irreführend und niemand könnte damit das verbinden, was gemeint wäre. Nun ist es aber so, dass diese Bezeichnung für die ganze Pflanzengruppe charakteristischer ist, als die Bezeichnung „Nadelgehölze“ oder „Koniferen“ (=“Zapfenträger“). Denn weder nadelförmige Blätter noch die Ausbildung von zapfenartigen Fruktifikationsorganen ist auf diese Gruppe beschränkt und außerdem gibt es eben, wie gesagt Verwandte, die ganz anders aussehen. Die genannten Palmfarne, die man besser palmblättrige oder wedelblättrige Nacktsamer nennen sollte, sind ein Beispiel. So bizarre Gestalten wie Welwitschia mirabilis aus der Namib Wüste, die schachtelhalmähnlichen Ephedra-Arten oder die wie normale Laubbäume aussehenden Gnetum-Arten wären andere Beispiele. Selbst bei den Nadelgehölzen im engeren Sinne gibt es Bäume, die wie normale Laubbäume aussehen, etwa die sogenannte Kauri-Fichte in Australien. Das entscheidende gemeinsame Merkmal dieser Gruppe ist also tatsächlich die Anordnung und der Aufbau der Samenanlagen und Samen. Diese Gebilde sitzen bei den Nacktsamern offen am Ende von kurzen Sprossen  wie bei der Eibe – oder auf Schuppen. Im Gegensatz dazu sind sie bei den Bedecktsamer in einen Fruchtknoten eingeschlossen, der aus einem oder mehreren Fruchtblättern gebildet wird. Diese heute viel artenreichere Gruppe entstand aber erst vor etwa 150 Mio. Jahren, nachdem es schon  rund 200 Mio. Jahre lang Samenpflanzen, nämlich Nacktsamer, gegeben hatte.   Die Samenanlagen und Samen sind sehr nährstoffreich. Manche schmecken auch den Menschen gut, wie Pinienkerne oder Zirbelnüsse. So war es sicher eine sinnvolle Erfindung der Evolution, diese Leckereien vor Fressern besonders zu schützen: die Bedecktsamer machen das durch das Einhüllen in die Fruchtblätter. Wie das am Anfang ausgesehen hat, das kann man heute z.B. noch bei den Magnolien sehen. Der eigentliche Vorteil dieser Umhüllung stellte sich – wie oft bei Evolutionsabläufen – aber erst danach heraus: Er lag in der großen morphologischen Plastizität der Fruchtblätter, die zu den ungeheuer vielen Fruchttypen mit den verschiedensten Verbreitungsmechanismen führte. So wie bei den Bedecktsamern der Fruchtknoten empfindlichen Samenanlagen vor dem Gefressenwerden schützt, so haben die Koniferen, die Zapfenträger, einen sehr kompakten Samenstand ausgebildet, bei dem die Samen zwischen den Schuppen des Zapfens ebenfalls sehr gut geschützt sind. Bei manchen Pyrophyten (Feuerpflanzen) sind diese Zapfen so fest geschlossen, dass sie nur durch einen Waldbrand geöffnet werden können – z.B. bei Pinus contorta.   Solche Nadelholzzapfen sind ästhetisch ansprechende Sammelobjekte. Die Samenschuppen sind in sehr regelmäßigen Spiralen angeordnet und zwar so, dass normalerweise nie zwei Schuppen übereinanderstehen, sie bilden keine Orthostichen, sondern Spirostichen, Spiralen. Der Winkel zwischen zwei Blattanlagen beträgt ca. 137° 30’. Dieser „Limitdivergenzwinkel“ teilt den Kreis im Goldenen Schnitt.   Nach botanischer Definition sind Blüten endständige Sporophyllstände. Samen enthalten Megasporangien, die Schuppen könnte man also als Megasporophylle auffassen. Dann wären Zapfen Blüten. Nun sitzen aber oft zwischen den Samenschuppen Deckschuppen – besonders auffällig z.B. bei der Douglasie. Die Erklärung hierfür liefern Fossilien aus dem späten Erdaltertum, z.B. die Gattung Lebachia: Samenschuppen sind aus Kurzsprossen entstanden, die Deckschuppen sind die dazugehörigen Tragblätter. Danach sind Koniferenzapfen Blütenstände, jede Schuppe mit den zwei Samenanlagen ist eine Einzelblüte.

Erdklima und Stoffkreislauf

Man sollte jedoch nicht meinen, Nadelgehölze wären in der Gegenwart versprengte und vereinzelte Relikte. Auch heute noch gibt es riesige Nadelwälder, die durchaus für den Stoffkreislauf der Biosphäre und damit auch für das Erdklima bedeutend sind. Ich meine die riesigen borealen Nadelwälder, die sich von Kanada und Alaska über Sibirien bis nach Skandinavien erstrecken, teilweise über mehr als 20 Breitengrade. Ihre Ausbreitung oder Zurückdrängung hat wegen der gespeicherten Kohlenstoffmengen erheblichen Einfluss auf das Erdklima. Die unüberlegte Ausbeutung der Redwood- und Mammutbaumwälder in der zweiten Hälfte des 19. Jahrhunderts war Ausgangspunkt für die Naturschutzbewegung in den Vereinigten Staaten und auf der ganzen Welt und der Anlass für die Gründung der ersten Nationalparks. Noch heute sind die letzten Nordamerikanischen Urwälder, vor allem in Kanada, von unüberlegter kommerzieller Nutzung bedroht und Naturschutzorganisationen wie Greenpeace kämpfen um ihren Erhalt.

Wirtschaft

Zweifelsohne haben Nadelgehölze eine große wirtschaftliche Bedeutung. Viele Arten wachsen schnell, schneller als die meisten Laubbäume und gerade für die Papierproduktion sind sie deshalb besonders wichtig. Auch das Harz von Nadelgehölzen war lange Zeit ein wichtiger Rohstoff und bis heute zeugen viele Ortsnamen und Familiennamen davon. Besonders viele mitteleuropäische Namen sind mit der Kiefer verbunden: Familiennamen wie Kiefer, Kienke, Künast, Kienast, oder Ortsnamen wie Kienitz, Kienbaum, – waren doch Kienspäne lange Zeit die wichtigste Beleuchtung für arme Leute. Auch der vormals wichtige Rohstoff Pech (Harz) wurde von Pechern v.a. aus Schwarz-Kiefer gewonnen. Die Waldkiefer ist der Baum des Jahres 2007. Wirtschaftliche Ausbeutung von Urwäldern betrifft nicht nur die tropischen Regenwälder sondern bis heute auch Wälder der gemäßigten Zonen, z.B. immer noch in Kanada. In Südchile wurde das Pendant zum Küstenmammutbaum, die Alerce (Fitzroya cupressoides), die ebenfalls riesengroß und uralt werden kann, durch Raubbau praktisch ausgerottet. Ihr äußerst widerstandsfähiges Holz wächst sehr langsam

Entdeckungen

Immer wieder gab es in der Neuzeit Entdeckungen von Nadelholzarten, die der Wissenschaft bis dahin verborgen geblieben waren. Die erste dieser spektakulären Neuentdeckungen war der Ginkgo-Baum, der schon 1690 von dem Japan-reisenden Arzt Engelbert Kämpfer zum ersten Mal beschrieben wurde. Dann folgten Küsten-Mammutbaum und Berg-Mammutbaum im 18. und 19. Jahrhundert und im 20. Jahrhundert der Urweltmammutbaum sowie 1994 in den Blue Mountains – knapp 200 km von der Metropole Sidney entfernt – Wollemia nobilis, die sogenannte .Wollemie-Pine, ein Araukariengewächs, das man zuerst fossil entdeckt hatte, ganz ähnlich wie den Urweltmammutbaum aus China. Jüngste Nadelbaumentdeckung des 21. Jahrhunderts ist die vietnamesische Goldzypresse (Xanthocyparis vietnamensis), die 2002 von englischen und vietnamesischen Botanikern in einem abgelegenen Berggebiet Vietnams nahe der chinesischen Grenze entdeckt wurde. Zu all diesen Entdeckungen gibt es interessante spannende Geschichten, die mittlerweile auch im Internet leicht zugänglich sind.   Damit bin ich am Ende meines Vortrags, der Ihnen nur einen kurzen Einblick in das Themenkaleidoskop der Nacktsamer geben konnte. Mehr findet sich in dem UB-Heft 300 und natürlich im Internet.

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