Wüstenvegetation, Leben unter extremen Bedingungen

Inhaltsverzeichnis

1. Einleitung

2. Hintergrundinformationen
2.1. Begriffserläuterung „Sukkulenten“
2.2. Wüstenvegetation im Westen der USA
2.3. Der Kaktus als „Überlebenskünstler“
2.4. Besondere Kakteenarten

3. Bezug zum HSK-Unterricht in der Grundschule
3.1. Didaktische Hinweise
3.2. Möglichkeiten für den Unterrichtseinstieg
3.2.1. Wie der Kaktus zu seinem Namen kam – eine lustige Geschichte
3.2.2. Besuch im Botanischen Garten
3.3. Zu gewinnende Einsichten und Kenntnisse

4. Schlussbemerkung

5. Anhang: Erläuterung der Quelle auf dem Deckblatt

6. Verwendete Literatur

1. Einleitung

Im Südwesten der USA bedecken Wüsten eine Fläche die fast dreimal so groß ist wie Deutschland. Extreme Hitze und wenig Niederschlag lassen nur an die kargen Bedingungen bestens angepassten Tieren und Pflanzen eine Überlebenschance.

Keine Pflanze kann völlig ohne Wasser auskommen. Aber auch in sehr trockenen Regionen gibt es Pflanzen. Da der Regen hier sehr oft in unregelmäßigen, aber heftigen Schauern kommt, haben sie Wege entwickelt, während eines Regens so viel Wasser wie möglich aufzunehmen, um es für die nächste Trockenzeit zu speichern. Viele dieser sogenannten Sukkulenten haben sehr lange, meist dicht unter der Erdoberfläche verlaufende Wurzeln, um Regenwasser von einer möglichst großen Fläche aufnehmen zu können. Befindet sich das Wasser erst einmal in der Pflanze, so sorgen spezielle Anpassungen dafür, dass es auch dort bleibt. Üblicherweise verlieren Pflanzen Wasser über ihre Spaltöffnungen, winzige Atemöffnungen in der Blattoberfläche. Als Anpassung an Trockenheit können Pflanzen die Öffnung dieser Stomata regulieren oder sie sogar schließen, wenn der Wasserverlust zu groß wird. Viele Sukkulenten öffnen ihre Stomata nur in der Nacht, wenn die Luft kühl ist und wenig Wasser verdunstet.

Die Auswahl des Themas der Wüstenvegetation, besser gesagt der Kakteen, die wohl die bekanntesten Wüstenpflanzen sind, beruht einerseits auf persönlichem Interesse und auf der Faszination die von Kaktusgewächsen ausgehen und andererseits auf der Tatsache, dass jedes Kind Kakteen kennt und sicher schon einmal Erfahrungen mit dieser Pflanze gemacht hat.

Im ersten Teil der Ausarbeitung möchte ich wissenschaftliche Hintergrund-informationen erläutern. Im anschließenden zweiten Teil gehe ich auf den Bezug zum Heimat- und Sachkundeunterricht in der Grundschule ein, gebe didaktische Hinweise, schlage Umsetzungsmöglichkeiten im Unterricht vor und fasse fachliche Lernziele zusammen.

2. Hintergrundinformationen

2.1. Begriffserläuterung „Sukkulenten“

Sukkulenten überstehen Trockenzeiten durch Wasserspeicherung in fleischigen Stängeln oder Blättern. Am bekanntesten sind die Kakteen – Stammsukkulenten, die in ihrer Heimat (Nord- und Südamerika) mit Hunderten von Arten in allen Variationen von klein bis lang und säulenartig verbreitet sind. Es gibt jedoch auch eine ganze Reihe sukkulenter (dickfleischiger) Pflanzen aus anderen Pflanzenfamilien. Manche davon sehen Kakteen außerordentlich ähnlich.

Pflanzen, die in dafür besonders fleischig ausgebildeten Organen Wasser speichern, bezeichnet man als Sukkulenten. Hierbei unterscheidet man 3 Haupttypen: Stammsukkulenten, zu denen auch die Kakteen gehören, speichern das Wasser in der stark verdickten Sprossachse. Sie sind in besonders trockenen Gebieten zu finden. Blattsukkulenten speichern Wasser in ihren Blättern. Blattsukkulenten leben in Halbwüsten und Salzsümpfen. Bei langer Trockenheit schrumpfen ihre Blätter zusammen, bei Regen, wenn die Pflanze erneut Wasser aufnimmt, schwellen sie wieder an. Die dritte Art sind die Wurzelsukkulenten, sie speichern das Wasser in einer besonders dicken Wurzel.

2.2. Wüstenvegetation im Westen der USA

Monatelang bleiben den vier großen Wüstenregionen im Südwesten der USA (Great Basin, Mojave, Sonora und Chihuahua) nur blauer Himmel und Sonnenglut. Doch wenn das Frühjahr Regen bringt, erwächst aus den Glutkesseln urplötzlich ein rauschendes Farbenmeer. Die explodiert in einem überschwänglichen Blumenreigen. Allerdings nur für kurze Zeit, dann entfliehen die grünen Lebenskünstler wieder vor der sengenden Hitze, verschwinden als dauerhafte Samen für Jahre wieder in den sandigen Boden.

Zurück bleiben zähe, stachelige Gesellen, die sich nicht verkriechen, sondern dem kargen Wüstendasein die Stirn bieten. Sie schaffen es, indem sie ein Leben in Zeitlupe führen. Kakteen stammen ursprünglich aus Amerika, werden heute aber auch in andere Regionen (wie z. B. nach Australien und in die Mittelmeerländer) eingeführt. Mit einem Stoffwechsel auf Sparflamme und allerlei Anpassungstricks brauchen etwa die eindrucksvollen Saguaro – Kakteen (siehe Deckblatt) fast ein Jahrhundert, bis sie halbwegs erwachsen sind. Ihre mächtigen Säulen sind mehrere Tonnen schwer, bis zu 12 m hoch und bei manchen Exemplaren zwei Jahrhunderte alt. Die formenreichen Verwandten des Giganten sind über weitere Bereiche des amerikanischen Kontinents verbreitet. Der tonnenförmige „Barrel cactus“ (dt. = Fasskaktus) gehört genauso dazu, wie der vielfach verzweigte „Teddy bear cholla“ (dt. = Teddybärkaktus) sowie der „Beaver tail cactus“ (dt. = Biberschwanzkaktus) oder der flach am Boden kauernde „Fishhook cactus“ (dt. = Fischhakenkaktus).

Kakteen kommen besonders elegant mit den sporadischen Niederschlägen zurecht, die im ariden (=wasserarmen) Südwesten Nordamerikas die langen Phasen der Trockenheit unterbrechen. Verantwortlich für das trockene Klima, das weite Teile von den Staaten Nevada, Utah und Kalifornien prägt, sind das Kaskadengebirge und die kalifornische Sierra Nevada. Diese Barrieren verhindern, dass feuchte Luft vom Pazifik das Great Basin (dt. = Große Becken) und die Mojave Wüste erreicht. So entstanden dort Regenschatten-Wüsten, denn an den hochragenden Gipfeln wie dem Mount Whitney mit seinen 4421 m müssen die Wolken ihre nasse Fracht abladen.

Weiter im Süden nehmen die Sonora- und die Chihuahua-Wüste große Bereiche von Arizona, New Mexico und Texas ein. Sie reichen weit über die Grenze in die mexikanischen Provinzen, deren Namen sie tragen. Beide Gebiete sind sogenannte Hochdruck-Wüsten. Sie liegen in einem stabilen subtropischen Hochdruckgürtel, der dauerhaft sonniges Wetter garantiert. Globale Konvektionszellen speisen die Hochdruckgebiete, indem sie am Äquator aufsteigende, erhitzende Luftmassen in nördliche Breiten pumpen, wo sie absinken.

2.3. Der Kaktus als „Überlebenskünstler“

Das Ende der Durststrecke kommt im April bzw. Mai, und die Wüstenvegetation kann mit ihrer Blütenschau beginnen. Die Grundlage dafür schaffen Gewittergüsse, die binnen kürzester Zeit Wasser im Überfluss bringen. Vielerorts ist es jedoch genauso schnell, wie es kam, wieder abgeflossen und verdunstet. Da heißt es horten und zusammenraffen, was nur geht. Die Meister darin sind die Kakteen. Ihr Wurzelwerk ist oft extrem weit verzweigt, kriecht ganz dicht unter der Oberfläche des steinigen Wüstenbodens durchs Land und kann sehr schnell große Mengen Wasser aufnehmen. Ein Saguaro-Kaktus vermag beispielsweise bei einem Regenguss leicht eine Tonne Wasser zu gewinnen und in dem schwammigen Gewebe seiner Sprosse zu speichern. Davon kann er ein ganzes Jahr zehren, solang bis es wieder regnen wird. Wüstenpflanzen stehen normalerweise weit voneinander entfernt, um eine optimale Wassernutzung zu erreichen.

Wer nicht in der Lage ist, das oberflächennahe Wasser so schnell abzuschöpfen, muss tiefer liegende Schichten anzapfen. Einer dieser „Tiefbohrer“ ist der Mesquite-Strauch, der bis zu 50 m in den Boden eindringt. Damit ihm niemand dabei in die Quere kommt gibt er Wurzelgifte ins Erdreich ab und hält so „durstige“ Konkurrenten auf Distanz. Etwa die endemische Lechuguilla-Agave, die mit vergleichsweise flachen Wurzelstöcken das Erscheinungsbild der Chihuahua-Wüste bestimmt. Die Charakterpflanze der Mojave-Wüste ist dagegen eine Yucca-Art: der „Joshua tree“ mit seinen typischen derben Blattrosetten an den Ast- und Stammenden. Wie Kakteen sind Yuccas die meiste Zeit des Jahres wenig attraktiv, kompensieren aber diese Schlichtheit im Frühjahr mit interessanten Blütenständen – hohe Rispen aus cremefarbenen oder grünlich weißen Einzelblüten. Für sie ist das Aufblühen ein regelmäßig wiederkehrendes Ereignis. Bei anderen Argarvenarten ist die erste Blüte der Beginn des Sterbens. Die in einer fünf- bis sechsjährigen Aufbauphase gespeicherten Nährstoffe investieren sie ein einziges Mal in die Frucht ihres Lebens.

So viel Zeit haben die ephemeren (=einen Tag dauernd) Pflanzen nicht. Ihr Reproduktionszyklus ist ein Blitzkrieg gegen die Widrigkeiten der Wüste. Unter günstigen Wetterbedingungen im Frühjahr, von Februar bis Mai, keimen sie, wachsen binnen Wochenfrist empor und entfalten ein Meer von farbenprächtigen Blüten: gelbe Wüstensonnenblumen, weiße Primeln oder blaue Lupinen. Schon nach Tagen ist alle Pracht vorbei und eine kurze Phase des Reifens folgt. Was bleibt, ist die effektivste Form des Überdauerns, nämlich der Rückzug in widerstandsfähige Samenkörner, die faktisch jeder Dürre trotzen können, weil der Stoffwechsel völlig unterbrochen ist. Irgendwann, viele Jahre mögen seit der Blüte vergangen sein, brechen sie erneut zu ihrem großen Schauspiel auf. Und das mit Variationen. Denn je nach Wasserangebot und Temperatur erwachen in den verschiedenen Jahren Samen unterschiedlicher Pflanzenarten, die dann jedem Jahr eine eigene Prägung verleihen. Die Samen sind mit einer Schutzsubstanz überzogen, die durch eine für jede Art spezifische Regenmenge abgewaschen werden muss. Erst wenn ein Mindestmass an Feuchtigkeit erreicht ist, keimen sie. Dadurch wird das vorzeitige Aufgehen der Saat verhindern, wenn der Niederschlag für den vollständigen Vegetationszyklus nicht ausreicht. Doch diese geniale Strategie alleine würde den Ephemeren zum Fortbestand kaum genügen. Sie müssen Unmengen von Samen produzieren, damit auch nach Jahren noch genügend vorhanden sind. Der Wüsten-Wegerich beispielsweise hinterlässt mehr als 350.000 Samen pro Quadratmeter. Das ist nötig, weil viele Insekten wie die Ernteameise davon naschen.

Mit der Schnelllebigkeit der Ephemeren ist zudem oftmals eine Miniaturisierung verbunden. Je kleiner die Pflanze in ausgewachsenem Zustand ist, desto weniger Wasser und Nährstoffe verbraucht sie schließlich. So werden manche Arten kaum wahrgenommen, beispielsweise die Bocconis-Schuppenmiere. Ihre wenige Millimeter messenden Blüten öffnen sich in ihrem ganzen Leben nur ein paar Stunden.

Die widerspenstigen Wüstensiedler, die nicht auf ein fortbestehendes Gewebe verzichten und nicht als dauerhafte Samen in der Erde verschwinden, mussten zwangsläufig besondere Lebenserhaltungssysteme entwickeln. Die Strategien zur Minimierung der Verdunstungsverluste reichen von sehr gewöhnlichen, weit verbreiteten Mechanismen wie Oberflächenschutz und Wachstumspausen bis hin zu Speziallösungen für den Stoffwechsel. Der gängigste Weg zur Vermeidung von Austrocknung ist die Versiegelung der exponierten Pflanzenhaut mit Wachs. Es hält „dicht“ und kleidet auch gut. In Form winziger Schuppen verleiht es einen bläulichen oder grauen Schimmer, vereinzelt sogar Seidenglanz.

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