Einleitung:
Wenn man Pflanzen und Tiere miteinander vergleichen soll, so kommt
einem dieser Vergleich zunächst nicht sonderlich sinnvoll vor,
weil man denkt, dass sie doch völlig verschiedenen sind.
Niemand, der einen Apfel oder eine Banane isst, kommt auf die Idee,
dass er gerade einen lebenden Organismus verspeist, weil eine Banane
einfach nicht lebendig zu sein scheint. Und doch, lässt man
die Banane liegen, dann wächst und reift sie, die Schale wird
dünner, das Fruchtfleisch dicker, jeder kann es ausprobieren.
Warum wirken Pflanzen so leblos? Natürlich weil sie sich nicht
selbständig fortbewegen. Das wird auch allgemein als der
Unterschied zwischen Pflanzen und Tieren angesehen, obwohl es auch
festsitzende Tiere gibt. Diese festsitzenden Tiere werden bezeichnender
Weise auch Blumentiere genannt (Anthozoa) weil sie rein
äußerlich wie Pflanzen auf uns wirken. Sie
müssen doch etwas Wesentliches mit Pflanzen gemeinsam haben?
Das haben sie auch tatsächlich wie wir weiter unten sehen
werden.
Was benötigt ein Organismus zum Leben? Es sind zwei Dinge auf
die kein Organismus verzichten kann. Er benötigt Baumaterial,
um seinen Körper aufzubauen und dieser Aufbau und die
Lebensführung kosten Energie.
Wir wollen die einzelnen Baumaterialien hier nicht besprechen. Wir
betrachten vielmehr zunächst die Energiequellen für
Tiere und Pflanzen. Tiere müssen organische Stoffe wie Fette
und Kohlenhydrate aufnehmen, um die Energie, die darin steckt
für ihren Energiestoffwechsel zu nutzen. Pflanzen dagegen
nehmen keine organischen Stoffe auf, sondern sie beziehen ihre Energie
aus der Sonnenenergie. Nun scheint die Sonne überall, d.h. sie
müssen sich nicht zu ihr hinbewegen. Daher können
Pflanzen unbeweglich sein.
Dort aber wo es kein Licht gibt, können auch keine Pflanzen
wachsen (z.B. am Grunde tiefer Seen, in dunklen Höhlen usw.).
Da aus dem Sonnenlicht, die Energie nur schwer umgewandelt werden kann,
benötigen die Pflanzen also eine möglichst
große Aufnahmefläche. Die Energieaufnahme erfolgt
daher über Blätter, die flach und breit sind, um eine
große Aufnahmefläche zu bieten (Ausnahme
heiße Wüstengebiete). Abfall entsteht dabei nicht.
Die Pflanzen benötigen daher keine Exkretionsorgane. Durch die
Konkurrenz um das Sonnenlicht, sind Landpflanzen immer
größer geworden und es haben sich
schließlich hohe Bäume entwickelt.
Außerdem konkurrieren sie natürlich mit ihren
Nachbarn um das Licht.
Tiere dagegen nehmen organische Stoffe zur Energieversorgung auf. Diese befinden sich normalerweise nicht überall und man bekommt sie nicht geliefert, sondern sie müssen in irgendeiner Weise aufgesucht und erbeutet werden. Daher müssen Tiere beweglich sein. Sie "erbeuten" die benötigten Stoffe in Form von lebenden oder toten Pflanzen oder Tieren. Diese müssen also irgendwie aufgenommen werden, wozu ein Mund samt Gebiss erforderlich ist. Dieser ist also das Vorderteil des Nahrungsaufnahmeapparates. Mit der Aufnahme allein ist es nicht getan, sondern es schließt sich der Darm an, in dem die Nahrung zerkleinert und in die Grundbausteine zerlegt wird (Aminosäuren, Zucker, usw.). Erst dann können diese in den Körper aufgenommen werden. Der Darm endet in einem After über den die unverdaulichen Reste wieder nach außen abgegeben werden. Das ist keine Exkretion oder Ausscheidung, weil es sich um abgegebene Stoffe handelt, die nie echt in den Körper aufgenommen wurden, sondern nur an der Darmwand entlang geführt wurden um dort die brauchbaren Stoffe aufzunehmen. Beim Abbau der Stoffe im Körperinneren wird die Energie gewonnen, die das Tier braucht (in Form von ATP). Es entstehen am Ende aber Abfallprodukte, die nicht verwertet werden können, sondern die ausgeschieden werden müssen (CO2, SO42-, NH4+ u.a.). Daher benötigen Tiere als Folge davon Exkretionsorgane, die diese Folgeaufgabe übernehmen müssen. Das sind bei den Säugetieren die Lunge, die das CO2 entfernt und die Niere, die die anderen Abfallstoffe beseitigt. Bei anderen Tieren können auch die Haut oder die Kiemen als Exkretionsorgane genutzt werden. Wirbellose Tiere besitzen Protonephridien u.a. Organe dafür.
Aber müssen Pflanzen sich nicht auch Baustoffe
"besorgen"?
Ja, das müssen sie tatsächlich. Als Stoffe
benötigen sie aber keine Bausteine, die einen Energieinhalt
besitzen, sondern sie können sich mit kleinsten anorganischen
Stoffen begnügen, weil sie ja genügend Energie aus
dem Sonnenlicht entnehmen können, um daraus energiehaltige
Baustoffe für den Körper aufzubauen. Tiere
können viele Aminosäuren nicht selbst aufbauen,
Pflanzen dagegen können jeden Stoff, den sie
benötigen für den Aufbau ihres Körpers aus
kleinsten anorganischen Molekülen aufbauen. Sie
benötigen daher neben dem Wasser vor allem Kohlenstoff zur
Synthese sämtlicher organischer Stoffe, den sie in Form von CO2
aufnehmen. Und siehe da, auch dieser fliegt ihnen durch die Luft zu.
Das CO2 ist an jedem Standort
gleichermaßen vorhanden und es kann auch zu keiner Konkurrenz
kommen (bei Wasserpflanzen, die ich hier nicht betrachte ist die
Situation etwas anders).
Nur die Elemente N, S und einige Kationen können sie nicht
über die Luft aufnehmen. Diese Elemente benötigen sie
aber nur in geringer Menge. Sie müssen sie als Salze aus dem
Boden mit dem Wasser aufnehmen (als NH3 oder NO3-).
Daher bereitet die Stickstoffaufnahme in der Regel das
größte Problem, weil N laufend und in etwas
größeren Mengen benötigt wird als die
Kationen. Daher fördert die N-Düngung auch am
stärksten das Wachstum der Pflanzen.
Schwierigkeiten können sich auch daraus ergeben, dass sie die
Nacht überstehen müssen ohne dass die Sonne scheint.
Dafür müssen sie also Energie am Tage speichern, die
sie nachts verbrauchen können. Dafür wird in der
Regel Stärke aufgebaut und gespeichert. In der Nacht gewinnen
die Pflanzen dann die benötigte Energie aus dem Wiederabbau
der Stärke in ganz ähnlicher Weise wie die Tiere.
Das Wasser wird aus dem Boden aufgenommen. D.h. Pflanzen
benötigen dafür ein Aufnahmeorgan, nämlich
die Wurzel. Die Mineralien befinden sich praktisch in kleineren Mengen
überall im Boden und können so zusammen mit dem
Wasser aufgenommen werden. Natürlich können sie in
Abhängigkeit vom Standort auch fehlen. Da es in den meisten
Regionen auch überall regnet, kommt auch das Wasser zu den
Pflanzen. D.h. beide Stoffkomponenten können ebenfalls
erhalten werden, ohne dass sich die Pflanze bewegt. Um Wasser zu
erhalten, wäre es für Wüstenpflanzen
natürlich nützlich, wenn sie es aufsuchen
könnten, aber sie bilden eher eine Ausnahme. Die Entwicklung
eines Wurzelsystems bei höheren Pflanzen hat dann
natürlich dazu geführt, dass die Entwicklung bewegter
Pflanzen ausgeschlossen wurde.
Das CO2 (bzw. der Kohlenstoff) kann nicht in
genügendem Umfang aus dem Boden aufgenommen werden, obwohl
dieses auch im Boden vorkommt, aber in ähnlich geringem Umfang
wie die Mineralien. Daher muss es aus der Luft extrahiert werden. Da
die Konzentration in der Luft nur gering ist, benötigen die
Pflanzen auch hierfür ein großflächiges
Organ zur Aufnahme. Da bietet es sich natürlich an, die
Blätter ebenfalls dafür zu nutzen. Daher besitzen
diese auf der Unterseite Spaltöffnungen, über die das
CO2 aufgenommen wird. Das CO2
ist immer gleichmäßig in der Luft verteilt, d.h.
auch dieser Stoff kommt zu den Pflanzen und muss nicht irgendwie
erbeutet werden. So ist also insgesamt der feste Standort von Pflanzen
verständlich, weil alle Stoffe, die sie benötigen zu
ihnen kommen.
Die Blätter werden darüber hinaus dafür
ausgenutzt, dass das aus den Spaltöffnungen verdunstende
Wasser, Wasser aus dem Boden nachsaugt und so die Energie für
den Transport geliefert wird. Wurzel und Blatt hängen so
zusammen und leisten insgesamt die Stoffaufnahme, was bei Tieren dem
Darmsystem entspricht.
Bei all diesen Prozessen fällt kein Abfall an, was
erklärt, dass Pflanzen kein Exkretionsorgan benötigen
und auch nicht besitzen. Sie müssen auf der anderen Seite eine
enorme Synthesekapazität besitzen. D.h. sie müssen
alle Stoffe, die für ihren Körperaufbau
benötigt werden und auch alle Enzyme selbst herstellen
können. D.h. sie können z.B. nicht unter
Vitaminmangel leiden wie Tiere oder in eine Situation geraten, wo ihnen
bestimmte Stoffe fehlen (außer Mineralien, die knapp sein
können oder in trockenen Regionen Wasser). Natürlich
kann es auch Mangel an Nitrat im Boden geben. Dann führt das
dazu, dass die Pflanze weniger gut oder weniger schnell wachsen kann,
man könnte das dann eher mit einer Unterernährung
vergleichen. Aber man muss sich dabei klar machen, dass die Minerale
nur in sehr geringen Mengen benötigt werden (Eine Pflanze, die
160 kg wiegt, enthält ca. 30g Mineralien!).
Tiere ernähren sich in der Regel von Pflanzen oder
Tieren (andere Ernährungsweisen sollen hier nicht betrachtet
werden). Daher nehmen sie vorwiegend komplexe organische Stoffe auf
(Proteine, Kohlenhydrate, Fette). Das hat dazu geführt, dass
sie die Grundbausteine (Aminosäuren, Einfachzucker), aus denen
diese Stoffe bestehen, nicht selbst aufbauen müssen. Die
Stoffe, die sie mit Sicherheit in der Nahrung vorfinden, brauchten sie
also nicht mehr selbst aufzubauen, wodurch sie dann auch noch Energie
sparen. Sie haben damit Synthesekapazität aufgegeben und sind
in dieser Hinsicht weniger leistungsfähig als Pflanzen. So
werden die aufgenommenen Stoffe zu Aminosäuren, Einfachzuckern
u.ä. abgebaut und diese dann gleich für den Aufbau
des eigenen Körpers verwendet. Die Mineralien, die sie
benötigen, befinden sich ebenfalls in ihrer "Beute", d.h. sie
können ebenso aus der aufgenommenen Nahrung erhalten werden.
Die erbeuteten Organismen wehren sich aber oft dadurch, dass sie Stoffe
bilden, die giftig oder unverdaubar sind und ihre Feinde davon abhalten
sollen, sie zu fressen. Daraus folgt, dass Tiere bei ihrer
Nahrungsaufnahme viel vorsichtiger und umsichtiger sein müssen
als Pflanzen. Im Darm muss einerseits ein konsequenter Abbau der
aufgenommenen Nahrung in ungefährliche kleinere Teile erfolgen
(die der Körper "kennt"), aber auch eine weitere
Überprüfung nach der Aufnahme in den Körper
durch die Darmwand, erscheint notwendig. Dafür haben Tiere
eine Leber entwickelt, durch die zunächst die gesamte
aufgenommene Nahrung geschleust wird (über die Pfortader) und
die Aufgabe hat, eventuelle Giftstoffe unschädlich zu machen.
Außerdem müssen die unverdaulichen Teile, ohne dass
sie in den Körper aufgenommen werden, wieder abgegeben werden
können, was durch den After geschieht.
Ein weiterer Gefahrenpunkt ist der, dass mit den gegessenen Pflanzen
oder Tieren auch Bakterien und Viren aufgenommen werden
können, die dem Tier gefährlich werden
könnten. So haben die Tiere einen Magen entwickelt, in dem sie
die Nahrung einer extremen Säurekonzentration aussetzen, um
dieser Gefahr vorzubeugen, weil die meisten Mikroorganismen ein solches
Säurebad nicht aushalten. Diejenigen, die das trotzdem
überstehen, müssen von einem Immunsystem
unschädlich gemacht werden.
Die Art der tierischen Ernährung erfordert es, dass die
Nahrung gesucht und erbeutet werden muss. Bei der Pflanzenessern ist
das etwas einfacher als bei den Räubern, weil die Pflanzen
nicht weglaufen können. Sie müssen sich aber mit
schwierigerer Verdaubarkeit auseinander setzen und mit der Entgiftung
der Nahrung. In jedem Falle ist ein hochentwickeltes Nervensystem und
Sinnesorgansystem erforderlich, um die "Beute" zu finden und zu fangen.
Außerdem natürlich eine ausgeprägte
Beweglichkeit, um die "Beute" erreichen zu können.
Mit den Fortpflanzungsstrategien will ich mich hier nicht weiter
beschäftigen, sondern es ging mir darum, herzuleiten, worin
sich Tiere und Pflanzen grundsätzlich unterscheiden und welche
Leistungen sie erbringen müssen und welche Organe sie deshalb
besitzen müssen.
Pflanzen: haben alle Stoffe, die sie gebrauchen, überall zur Verfügung. Daher sind sie standorttreu und brauchen sich nicht fortzubewegen. Daher benötigen sie keine Muskulatur, kein Nervensystem und keine Sinnesorgane. Aufnahmeorgane sind Blätter und Wurzeln. Für den Transport benötigen sie ein Leitungssystem (Wasser und Mineralien von der Wurzel in die Blätter, Glucose als Energiequelle von den Blättern zu den anderen Teilen, besonders der Wurzel). Sie nehmen nur anorganische Stoffe auf und können alle Körperteile selber aufbauen. Daher sind sie auch nur wenig durch giftige Stoffe bedroht und Exkretionsorgane werden nicht benötigt. Verteidigen können sie sich nur chemisch (Gifte) oder mechanisch (harte Teile, unverdauliche Teile, Stacheln, usw.).
Tiere: müssen ihre Nahrung suchen, erbeuten und essen. Dafür brauchen sie einen Bewegungsapparat in Form der Muskulatur. Diese muss von einem Nervensystem gesteuert werden. Für die Suche und Nahrungsaufnahme müssen sie sich orientieren können. Dafür brauchen sie Geruchs-, Gehör-, Seh-, Tastsinn. Die Informationen werden ebenfalls durch das Nervensystem verarbeitet. Um die Nahrung zu überprüfen, brauchen sie einen Geschmackssinn. Für ihre Entgiftung eine Leber, für die Ausscheidung von Endprodukten ein Exkretionsorgan und ein Immunsystem für ihren Schutz gegen eingedrungene Krankheitserreger.
Fortpflanzungsorgane benötigen natürlich beide Organismenreiche.
Kommentar
Mario Hupfeld ,78464 Konstanz, Mario.Hupfeld@uni-konstanz.de