Wie überleben Pflanzen und Tiere in salzreichen Lebensräumen?

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1 Wie überleben Pflanzen und Tiere in salzreichen Lebensräumen? Damit Pflanzen an salzhaltigen Standorten überhaupt Wasser aus dem Boden aufnehmen können, müssen sie relativ hohe Salzmengen in ihren Zellen aufweisen. Die Salzkonzentration des Zellsaftes muss höher als die des Bodenwassers sein. Die Salzkonzentration darf aber in den Zellen nicht zu hoch werden, sonst sterben die Zellen ab. Deshalb haben die Pflanzen verschiedene Gegenmechanismen entwickelt, mit denen sie überschüssiges Salz aus den Geweben von Spross und Blättern entfernen können. Strandflieder, aber auch Mangroven, besitzen Salzdrüsen. Sie entziehen den anderen Zellen des Blattes Salz und geben es an die Blattoberfläche ab, wo sich ein Salzbelag bildet. Dafür brauchen sie Energie. Salzkristalle auf der Blattoberseite eines Mangrovenblattes CC-BY-SA-2.5, Ulf Mehlig Manche Gänsefußgewächse besitzen Salzhaare auf der Blattoberfläche. Dort sammelt sich das Salz, wofür ebenfalls Energie benötigt wird. Die Haare sterben schließlich ab und werden durch neue Haare ersetzt. Der Queller bildet dickfleischige Stängel, die sehr wasserhaltig sind und damit das Salz verdünnen. Im Herbst ist der Queller aber so salzig, dass er abstirbt. Queller CC-BY-SA-2.5, Fritz Geller-Grimm Viele Meeresfische haben in ihren Körperflüssigkeiten eine geringere Salzkonzentration als das Meerwasser. Sie verlieren ständig Wasser und müssen dieses durch Trinken ersetzen. Dabei nehmen sie das salzreichere Wasser auf und geben durch die Kiemen unter Energieaufwand Salz nach außen ab, während das Wasser zurückbleibt. Auch Pinguine trinken Salzwasser. Sie scheiden das überschüssige Salz mit speziellen Drüsen aus. Salzdrüsen {PD-Timak}

2 Aufgabe: Fülle die folgende Tabelle soweit möglich aus. Anpassung der Lebewesen an salzreiche Standorte Pflanzen Hohe Salzkonzentration im Zellsaft, um Wasser aufnehmen zu können Salzdrüsen in den Blättern geben Salz ab Tiere Fische trinken Salzwasser und scheiden Salz über Kiemen aus Pinguine trinken Salzwasser und scheiden Salz über Drüsen aus In Salzhaaren wird Salz gesammelt; Haare fallen schließlich ab Salz wird mit viel Wasser verdünnt

3 Funktion und Wirkung von Kochsalz 1. Demonstrationsexperiment In 2 Reagenzgläser (30 x 200) werden je 100 ml der folgenden Flüssigkeiten jeweils von Raumtemperatur vorgelegt: 1) Leitungswasser 2) Meerwasser (Kochsalzlösung mit w = 3,5 % in Leitungswasser) 2 Rosen, möglichst mit ähnlichen Stieldimensionen, werden frisch schräg angeschnitten und dabei auf etwa 30 cm gekürzt. Alle Blätter, die in die Flüssigkeit (etwa 15 cm hoch) eintauchen, werden entfernt. Die Rosen werden 2 Tage (48 h) vor der Unterrichtsstunde in die Flüssigkeiten gestellt. Bereits nach 24 h lassen die Rosen im Meerwasser häufig die Köpfe hängen. Bei Rosen mit dickerem Stiel ist dies nicht immer der Fall, spätestens aber innerhalb von 48 Stunden. Die Rose im Leitungswasser sieht noch unverändert aus. 2. Lehrervortrag zu den Funktionen des Kochsalzes für den Menschen Es gibt verschiedene Salze. Wenn wir im Alltag von Salz sprechen, meinen wir oft das Kochsalz. Kochsalz hat für den Menschen verschiedene Funktionen: Es reguliert den Flüssigkeitshaushalt des Körpers. Es befindet sich vor allem im Raum zwischen den Zellen. Seine Konzentration bestimmt, ob Wasser in die Zellen aufgenommen wird oder abgegeben wird. Kochsalz führt dazu, dass genügend Wasser im Gewebe vorhanden ist. So wird das Gewebe nicht schlaff, sondern eine gewisse Gewebespannung wird aufrechterhalten. Das Kochsalz wird auch für die Weiterleitung von Nervenimpulsen im Körper benötigt. Ohne Salz wäre z.b. keine Bewegung möglich. Im Magen befindet sich Magensäure, die der Abwehr von Erregern dient, welche mit der Nahrung eindringen. Bestimmte Zellen des Magens verwenden zur Produktion der Salzsäure als Ausgangsstoff Kochsalz. Kochsalzlösung ganz bestimmter Konzentration wird in Form von Nasentropfen verwendet und hilft dann, die Austrocknung der Nasenschleimhaut zu verhindern. Sie findet auch Verwendung beim Reinigen von Wunden und als Lösungsmittel für Medikamente bei Infusionen. Diese sogenannte physiologische Kochsalzlösung ähnelt in der Konzentration derjenigen der Körperflüssigkeit. Deshalb wird sie auch bei starkem Verlust der Körpers von Flüssigkeit und Salzen, z.b. bei starkem Durchfall, verwendet. Darüber hinaus wird Kochsalz zur Konservierung von Lebensmitteln genutzt. Bakterien und Schimmelpilze werden durch den Wasserentzug, den das Kochsalz bewirkt, geschädigt. Kochsalz wird auch in vielen Lebensmitteln als Geschmacksgeber verwendet.

4 Arbeitsblatt: Wirkung von Kochsalz auf den Blutdruck (Graphiken verändert nach [4] und [5]; Tabelle 1 aus [11], Tabelle 2 nach [10]) Die INTERSALT-Studie Die INTERSALT-Studie untersuchte den Zusammenhang zwischen Kochsalzkonsum und Blutdruck. Sie wurde im Jahre 1988 veröffentlicht und bezog weltweit über Männer und Frauen im Alter zwischen 20 und 59 Jahren ein. Da der direkte Salzkonsum einer Person schwer zu erfassen ist, wurde von den Teilnehmern 24 Stunden lang Urin gesammelt. In diesem wurde dann die ausgeschiedene Menge an Natrium-Ionen bestimmt, woraus Rückschlüsse auf den Salzkonsum gezogen werden konnten. Die beiden Abbildungen zeigen die Ergebnisse der Studie. Zunehmende Ausscheidung von Natrium-Ionen Zunehmende Ausscheidung von Natrium-Ionen Abhängigkeit des Blutdrucks von der Menge an ausgeschiedenen Natrium-Ionen Abhängigkeit der Blutdrucksteigerung mit fortschreitendem Alter von der Menge an ausgeschiedenen Natrium-Ionen Bild: INTERSALT Co-operative Research Group [4]; (mit übersetztem Text) Es konnte nur bei einigen wenigen Testpersonen ein deutlicher Zusammenhang zwischen der Höhe der Ausscheidung von Natrium-Ionen (und damit dem Kochsalzkonsum) und dem systolischen Blutdruck festgestellt werden. Je höher die Ausscheidung von Natrium-Ionen, desto höher war aber der Anstieg des Blutdrucks pro Lebensjahr. Systolischer Blutdruck: Blutdruck, der vorliegt, wenn das Herz Blut in die Adern presst.

5 Die "Jama-Studie" Ein belgisches Forscherteam wertete 2011 die Daten zweier Bevölkerungsstudien aus, die beide mögliche Einflussfaktoren auf die Entwicklung von Bluthochdruck untersuchten. Insgesamt nahmen 3681 Personen teil, die am Anfang noch keine Herz-Kreislauf- Erkrankungen hatten. Da der direkte Salzkonsum einer Person schwer zu erfassen ist, wurde von den Teilnehmern Urin gesammelt. In diesem wurde dann die ausgeschiedene Menge an Natrium-Ionen bestimmt, woraus Rückschlüsse auf den Salzkonsum gezogen werden konnten. Die Personen wurden in drei Gruppen geteilt, eine Gruppe mit niedriger, eine mit mittlerer und eine mit hoher Menge an ausgeschiedenen Natrium-Ionen. Nach Auswertung der Ergebnisse kommen die Wissenschaftler zu dem Ergebnis, dass je höher der Kochsalzkonsum ist, desto höher ist der systolische Blutdruck. Eine Verdopplung der Natrium-Ionenausscheidung führte aber nur zu einer Erhöhung des systolischen Blutdrucks um 1,71 mm Hg. Die beiden Abbildungen zeigen, dass bei hohem Kochsalzkonsum weniger Herz-Kreislauf- Erkrankungen und Todesfälle zu verzeichnen waren als bei mittlerem und niedrigem Konsum. Anzahl der Sterbefälle und aller aufgetretenen Herz-Kreislauf-Erkrankungen innerhalb des Beobachtungszeitraums; Bild: Staessen et al. [5] (mit übersetztem Text) Systolischer Blutdruck: Blutdruck, der vorliegt, wenn das Herz Blut in die Adern presst. Idealwert für den systolischen Blutdruck: 120 mm Hg

6 Ergebnisse aus über 170 Studien zum Einfluss von Kochsalzkonsum auf den Blutdruck Durch eine Kochsalzdiät verringert sich der systolische Blutdruck bei Personen mit Bluthochdruck um ca. 3,5 %. Eine zu stark verringerte Kochsalzzufuhr hat Nachteile. Sie erhöht z.b. die Konzentration von Cholesterin im Blut, was zu Herz-Kreislauf-Erkrankungen führen kann. Arzneimittel enthalten manchmal andere Natriumsalze als Kochsalz, um die Aufnahme der Wirkstoffe ins Blut zu verbessern. Forscher haben festgestellt, dass bei Patienten, die solche Medikamente eingenommen haben, verstärkt Herz- Kreislauf-Erkrankungen aufgetreten sind. Systolischer Blutdruck: Blutdruck, der vorliegt, wenn das Herz Blut in die Adern presst. Wie viel Salz nehmen wir täglich zu uns? In Deutschland liegt der Kochsalzkonsum bei ca g/tag. Der von der Weltgesundheitsorganisation WHO empfohlene Wert liegt bei nur 5 g Salz/Tag. Viele Lebensmittel enthalten zum Teil erhebliche Salzmengen. Kochsalzgehalt einiger Lebensmittel Produkt Ungefährer Salzgehalt in g 1 Aufbackbrötchen 1,1 1 Scheibe Toastbrot 0,4 100 g Cerealien 0,7 100 g roher Schinken 8,0 100 g gekochter Schinken 2,3 1 Bratwurst 2,0 1 Wiener Würstchen 1,0 1 Kartoffelkloß (Fertigprodukt) 1,2 100 g fertiger Kartoffelsalat 1,0 Kochsalzzufuhr aus ausgewählten Lebensmitteln Lebensmittel Anteil an der gesamten Salzaufnahme Brot, Fleisch und Wurstwaren % Milchprodukte und Käse %

7 Welche Ionen zeigen welche Flammenfärbung? Einige Atomsorten und die entsprechenden Ionensorten lassen sich durch eine typische Flammenfärbung nachweisen. Zur Untersuchung der Flammenfärbung von Salzen wird ein Magnesiastäbchen zunächst in der nichtleuchtenden Brennerflamme ausgeglüht, bis die Flamme nahezu farblos erscheint. Nun wird das Stäbchen kurz in destilliertes Wasser getaucht. Mit dem angefeuchteten Stäbchen nimmt man einige Körnchen eines Salzes auf und führt sie langsam an den äußeren Rand der Flamme. Vor der Untersuchung eines weiteren Salzes wird das Magnesiastäbchen im destillierten Wasser gesäubert und anschließend erneut ausgeglüht. Aufgabe: Ihr erhaltet eine unbekannte Probe, bei der es sich entweder um Caesiumchlorid (CsCl) oder um Natriumbromid (NaBr) handelt. Zum Vergleich stehen euch Proben von Caesiumchlorid (CsCl), Lithiumchlorid (LiCl), Natriumchlorid (NaCl), Lithiumbromid (LiBr) und Natriumiodid (NaI) zur Verfügung. Es ist leider nicht bekannt, in welchem der Gefäße sich die einzelnen Proben befinden. 1.) Welche Flammenfärbungen rufen die verschiedenen Proben hervor? Probe Flammenfärbung Unbekannte Probe Probe 1 Probe 2 Probe 3 Probe 4 Probe 5 Gelb Rot Gelb Gelb Violett Rot 2.) Um welchen Stoff handelt es sich bei der unbekannten Probe? Natriumbromid 3.) Welche Ionen rufen die verschiedenen Flammenfärbungen hervor? Gelb: Natrium-Ionen Violett: Caesium-Ionen Rot: Lithium-Ionen

8 Anmerkung: Je nach Leistungsstand der Klasse kann angegeben werden, dass die Metallionen für die Flammenfärbung verantwortlich sind und nicht die Halogenidionen, oder man lässt es die Schüler selbst herausfinden. In den Referenzproben liegen 3 Chloride, 1 Bromid und 1 Iodid vor bzw. 2 Natriumsalze, 2 Lithiumsalze und 1 Cäsiumsalz. Bei den Flammenfarben findet man das Muster 2:2:1, so dass offensichtlich die Metallionen die Flammenfarbe hervorrufen. Da nur einmal eine violette Färbung auftritt, muss diese durch Cäsiumchlorid bedingt sein. Die Natrium- und Lithium- Ionen führen zu Gelb- oder Rotfärbung. Da die unbekannte Probe eine gelbe Flamme bewirkt, kann sie nicht aus Cäsiumchlorid bestehen, muss also Natriumbromid sein. Also führen Natrium-Ionen zu Gelbfärbung und Lithium-Ionen zu Rotfärbung.