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Farne – Bau und Fortpflanzung

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Die Autor*innen
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Roland Hesse
Farne – Bau und Fortpflanzung
lernst du in der 7. Klasse - 8. Klasse - 9. Klasse - 10. Klasse

Grundlagen zum Thema Farne – Bau und Fortpflanzung

Inhalt

Farne – Bau und Fortpflanzung – Biologie

Farnpflanzen sind Überlebenskünstler. Sie existieren bereits seit mehr als $300$ Millionen Jahren und haben sogar das Zeitalter der Dinosaurier überlebt. Besonders in der Karbonzeit gab es sehr viele Farne. Es handelte sich dabei meist um sogenannte Baumfarne, die bis zu $15$ Meter groß werden konnten. Neben sehr großen Schachtelhalmen und Siegelbäumen stellten Farne damals die dominierenden Pflanzen dar. Heute gibt es nur noch in Neuseeland Baumfarne. Die modernen Farne sind viel kleiner und weisen keine Ähnlichkeiten mehr mit Bäumen auf.

Der nachfolgende Lerntext beschäftigt sich mit dem Bau und der Fortpflanzung von Farnen.

Was sind Farne? – Definition

Die Systematik der Farne ist nicht abschließend geklärt. Deshalb gibt es keine einheitlichen Aussagen über eine Familie der Farne. Man spricht bei den Farnen auch von einer Gruppe von Gefäßsporenpflanzen. Insgesamt gibt es jedoch über 12 000 Farnarten, wobei die meisten dieser Arten in den Tropen vorkommen. In unseren Breiten kommen Farne vor allem im Wald vor. Sie benötigen nur wenig Sonnenlicht, um optimal wachsen zu können. Schatten ist für Farne somit kein Problem. Daher werden Farne auch zu den sogenannten Schattenpflanzen gezählt.

Farne – Steckbrief

Im folgenden Steckbrief zu den Farnen sind alle wichtigen Informationen aufgelistet und übersichtlich dargestellt.

Steckbrief der Farne
Hauptverbreitungsgebiet:
  • Mittelamerika
  • Südostasien
  • Norden Südamerikas
  • Sie kommen weltweit vor.
  • Anzahl Arten:
  • Ca. $12\,000$ verschiedene Farnarten
  • Bevorzugter Standort:
  • Unterschiedliche Lebensräume
  • Viele Farne besiedeln feuchte, schattige Wälder.
  • Aufbau der Pflanze:
  • Rhizom oder Wurzeln, Sprossachse, Farnwedel mit gefiederten, grünen Blättern und Sporenkapseln
  • Fortpflanzung:
  • Ungeschlechtlich über Sporen
  • Geschlechtlich über männliche und weibliche Fortpflanzungsorgane
  • Generationswechsel
  • Einjährig/mehrjährig:
  • In der Regel mehrjährig und winterhart
  • Bekannte Vertreter:
  • Echter Wurmfarn
  • Adlerfarn
  • Mauerraute
  • Besonderheiten:
  • Farnpflanzen existierten bereits vor mehr als $300$ Millionen Jahren.
  • Farne besitzen keine Samen.
  • Farne sind giftig.
  • Farne – Morphologie

    Unter der Morphologie versteht man in der Biologie grundsätzlich die Struktur und die Form, also die Gestalt, von Lebewesen. Wie die meisten Pflanzen verfügen Farne über eine Epidermis, Kutikula und Spaltöffnungen. Farne zählen zu den Gefäßpflanzen, da die Sieb- und Gefäßteile Bestandteil der Leitbündel sind. Zusätzlich weisen sie eine Sprossachse sowie Wurzeln und Blätter auf.

    Man kann den Bau der Farne in einen Bereich über und in einen Bereich unter der Erde einteilen. Viele Farne besitzen sogenannte Rhizome. Das ist eine unterirdisch, meist waagerecht verlaufende, verdickte Sprossachse (Stängel), aus der die einzelnen Farnwedel hervorgehen.

    Die sichtbaren Bestandteile der Pflanze sind die Farnwedel über der Erde. Die Farnwedel sind grün und betreiben Fotosynthese. Ein solches Farnwedel setzt sich zusammen aus dem Stiel, der Mittelrippe und der Spreite. Das einzelne Blatt am Stiel ist ein Fiederblatt, das kleine Blättchen trägt. Daher kann man die Blätter als zweifach gefiedert bezeichnen.

    Dreht man den Farnwedel um, sind an jedem Blatt kleine braune Punkte zu erkennen. Diese Punkte bezeichnet man als Sorus. Der Sorus setzt sich zusammen aus einzelnen Sporenkapseln (Sporangien), die von einem nierenförmigen Häutchen verdeckt werden.

    Je reifer die Sporen der Farne in den Sporenkapseln werden, desto mehr schrumpft das Häutchen. So wird gewährleistet, dass die Sporen freigesetzt werden können. Bei trockener Witterung und wenn die Sporen vollständig herangereift sind, springen die Kapseln auf und die Sporen werden vom Wind mitgetragen.

    Dabei ist die Wahl der Seite, die aufreißt, kein Zufall. An einer bestimmten Stelle der Sporenkapsel wird einer Zellleiste Wasser entzogen. Dadurch schrumpfen die Zellen und können irgendwann dem Druck nicht mehr standhalten.

    Der Straußenfarn bildet hier eine Ausnahme. Die Sporen liegen nicht auf allen Blättern, sondern nur auf speziellen Farnwedeln, den sogenannten Sporophyllen. Dabei sehen die Sporophylle aus wie kleine Straußenfedern.

    Wie vermehren sich Farne? – Fortpflanzung der Farne

    Farne sind keine Blühpflanzen. Wie also vermehren sich Farne? Die Sporen sind die Samen der Farne. Eine durch den Wind verbreitete Spore fällt irgendwann auf den Boden. Dort kann diese Spore auskeimen und entwickelt sich vorerst zu einem Vorkeim. Mit den sich ausgebildeten Rhizoiden am Vorkeim kann sich dieser in der Erde verankern. An der Unterseite des Vorkeims bilden sich sowohl männliche (Antheridien) als auch weibliche (Archegonien) Fortpflanzungsorgane aus. Wenn der Boden über genug Wasser verfügt, können männliche Schwärmerzellen mithilfe von Geißeln zu den weiblichen Fortpflanzungsorganen schwimmen und die darin enthaltenen Eizellen befruchten. Aus jeweils einer befruchteten Eizelle, der Keimzelle des Farns, wächst nun eine neue Farnpflanze heran.

    Bei Farnen und auch bei Moosen spricht man bei dieser Art der Fortpflanzung von einem Generationswechsel, da zwischen ungeschlechtlicher Vermehrung (die Freisetzung und Verbreitung der Sporen) und geschlechtlicher Vermehrung (Vorkeim mit Antheridien und Archegonien) unterschieden wird.

    Zur besseren Übersicht, wie sich Farne vermehren, ist der Vorgang noch einmal grafisch dargestellt.

    Arbeitsblatt: Generationswechsel Farne, warum sind Farne wichtig?

    Der Adler- und der Wurmfarn verbreiten sich zum Beispiel sowohl über Sporen als auch über ihr Wurzelwerk. Während der Adlerfarn sich jedoch vor allem über sein unterirdisches Rhizom vegetativ ausbreitet, verbreitet sich der Wurmfarn häufiger über Sporen.

    Dieses Video

    Farne sind recht ursprüngliche Pflanzen. In diesem Video wirst du in erster Linie mit einigen Vertretern der Farne bekannt gemacht und du lernst den Aufbau von Farnpflanzen genauer kennen. Gegenüber den Moosen sind Farne höher entwickelt. Sie sind nämlich in Wurzel, Sprossachse und Blätter gegliedert. Die Höherentwicklung zeigt sich auch im Generationswechsel, der dir zeichnerisch erklärt wird.

    Nun weißt du, wie Farne aufgebaut sind und welche Besonderheit es bei ihrer Fortpflanzung gibt. Zur Überprüfung deines Wissens kannst du das Arbeitsblatt zu den Farnen bearbeiten. Viel Spaß!

    Häufige Fragen zum Thema Farne

    Wie alt kann Farn werden?
    Wo wächst Farn?
    Ist der Farn ein Strauch?
    Sind Farne giftig?
    Wie überwintert Farn?

    Transkript Farne – Bau und Fortpflanzung

    Hallo, willkommen! Das kennt ihr sicherlich. Ihr werdet sagen, das ist eine versteinerte Pflanze oder ein Abdruck davon. So sieht es ja auch aus. Nur, kennt ihr sie genauer? Es handelt sich um den versteinerten Abdruck eines Baumfarnes. Die Baumfarne waren vor etwas 300 Millionen Jahren neben den baumhohen Schachtelhalmen und Siegelbäumen sehr verbreitet. Sie existierten in Sumpfwäldern, in denen sie nach Absenken der Erdkruste und folgender Überschwemmung abstarben und umknickten. Flüsse schwemmten Sand darüber, der einen Farnwedel – so heißt das Blatt – zudeckten. Der Sand verfestigte sich und es entstand der Abdruck. Meine Ziele sind heute, euch Vertreter, die Gestalt und den Generationswechsel von Farnen vorzustellen. Allgemeines zu der Fossilienbildung habt ihr ja schon gehört. Heute finden wir nur noch kleinere Exemplare der Baumfarne in den wärmeren Gebieten der Erde. In Mitteleuropa konnten sich kleinere Formen halten. Hier zum Beispiel ein Wasserfarn (Salvinia natans). Es ist die Wasserpflanze des Jahres 2008. Der Schwimmfarn ist einjährig. Die Pflanze hat Schwimmblätter für die Fotosynthese und Wasserblätter für die Aufnahme von Mineralien. Echte Wurzeln hat der Schwimmfarn nicht. Er vermehrt sich geschlechtlich und ungeschlechtlich. Die Mauerraute ist ein Farn, der in Fels- oder Gesteinsspalten Halt findet. Hier sieht man ihn zwischen Sandsteinblöcken, die mit Kalkmörtel verbunden sind. Der Wurmfarn ist an feuchten und schattigen Stellen in Wäldern zu finden. Hier sehen wir einen solchen Ende Monat Mai. Er entrollt gerade seine Farnwedel. Der Straußenfarn ist eine beliebte Zierpflanze in unseren Gärten. Die hellgrünen Wedel sind trichterförmig angeordnet, sodass ein herrliches Blattbüschel entsteht. Hier sind die Farnwedel und die Rhizome, die Erdsprosse, zu sehen. Der Farn kann im Garten lästig werden, weil er viele der unterirdischen Sprosse bildet und sich unerwartet schnell ausbreitet. Ein Farnwedel besteht aus der Spreite mit der Mittelrippe und dem Stiel. Die Form bezeichnet man als „gefiedert“, genauer gesagt zweifach gefiedert, denn jedes Fiederblättchen ist nochmals aufgespalten. An der Unterseite sieht man mit bloßem Auge kleine braune Häufchen. Es handelt sich um Ansammlungen von Sporenbehältern. Wenn Farne im Frühjahr austreiben, kann man das Entrollen der vorgebildeten Blätter sehr gut beobachten. Farne verfügen bereits über Epidermis, Kutikula und Spaltöffnungen. Sie sind Gefäßpflanzen. Siebteil und Gefäßteil als Bestandteil der Leitbündel sind klar vorhanden. Außerdem haben sie Wurzeln, wodurch die Wasserversorgung hinreichend ist, um große Blätter zu bilden. Farne gehören wie die Samenpflanzen zu den Kormophyten. Sie bestehen aus Wurzeln, Sprossachse und Blättern. Die Sprossachse ist dick und größtenteils im Erdboden verborgen. Der Straußenfarn hat gegenüber vielen anderen Farnen eine Besonderheit. Er bildet nämlich extra Sporophylle aus. Das sind umgebildete Blätter, deren Aufgabe es ist, nur Sporen zu erzeugen. Seinen Namen verdankt der Farn den entrollten, federartigen Sporophyllen, die Straußenfedern ähneln. Unser gemeiner Wurmfarn ist recht häufig anzutreffen. Aus seinem Erdspross wurde früher ein Mittel gegen Bandwürmer gewonnen. Daher kommt sein Name. Und wer immer noch glaubt, Farne müssten irgendwann blühen, irrt sich leider. Wie pflanzt er sich also fort? Lüften wir das Geheimnis. Hier wurde die Unterseite eines Farmwedels fotografiert. Darunter befinden sich fast nierenförmige, weißliche Schleier, die als dünne Häutchen die braunen Sporenkapseln verdecken. Häutchen und Kapseln nennt man „Sorus“. Schließlich schrumpfen die Häutchen und die braunen Sporangien, die Sporenkapseln treten hervor. Bei trockener Witterung reißen die Kapseln ruckartig auf, weil eine seitliche Zellleiste Wasser verliert und schrumpft. Die Sporen werden freigegeben und vom Wind verbreitet. Die Blätter des zuvor abgebildeten Wurmfarns sind also fotosynthetisch aktiv und gleichzeitig erfolgt unterseits die Sporenbildung. Fällt die einzellige Spore auf feuchten, beschatteten Erdboden, keimt sie zum Keimschlauch aus und bildet einen grünen Vorkeim. An seiner Unterseite entstehen die Antheridien und Archegonien. Und wie wir es von den Moosen kennen, gelangen die Schwärmerzellen, angelockt von Apfelsäure, zur Eizelle im Archegonium. Aus der befruchteten Eizelle geht nun die junge Farnpflanze hervor. Sie wächst ansehnlich heran. Wie ihre seht, habe ich die Farben Grün und Braun gewählt. Die geschlechtliche Gametophythengeneration ist grün und die Sporophytengeneration wurde braun dargestellt. Das, was du zeichnerisch verfolgen konntest, war natürlich ein Generationswechsel, den wir also bei Farnen wiederfinden. Sicherlich hast du über den Aufbau und die Vermehrung der Farne dazulernen können. Ich hoffe, wir sehen uns bald wieder. Tschüss, bis zum nächsten Mal!

    12 Kommentare

    12 Kommentare
    1. Liebes Team,
      danke für das Video.
      Allerdings muss ich die Anmerkung machen, dass die Abbildung bei der Aufgabe 4 viel zu klein sind, um zugeordnet werden zu können.
      Beste Grüße

      Von Jennykuehl, vor mehr als einem Jahr
    2. super:)

      Von Deleted User 904110, vor mehr als 2 Jahren
    3. War ganz gut. ;)

      Von Daniyar D., vor mehr als 2 Jahren
    4. schneller reden

      Von Nadine Vdruhren, vor etwa 3 Jahren
    5. Cooles Video

      Von Barth Man, vor mehr als 3 Jahren
    Mehr Kommentare

    Farne – Bau und Fortpflanzung Übung

    Du möchtest dein gelerntes Wissen anwenden? Mit den Aufgaben zum Video Farne – Bau und Fortpflanzung kannst du es wiederholen und üben.
    • Beschreibe den Aufbau der Farne.

      Tipps

      Farne sind wie die Samenpflanzen Gefäßpflanzen.

      Lösung

      Farne gehören zu den Gefäßpflanzen. Genauso wie die Samenpflanzen, nehmen Farne Wasser und Nährstoffe mit ihren Wurzeln aus dem Boden auf und leiten diese Stoffe durch die Leitbündel, über eine meist unterirdische Sprossachse, bis in die Spitzen der Blätter, die Wedel genannt werden, weiter.

      Die Wedel setzen sich aus einer Blattspreite und einem Blattstiel zusammen. Die meisten Farnwedel sind gefiedert. Wenn sich die Fiederblättchen wie beim Wurmfarn ein weiteres Mal aufspalten, dann sind die Wedel zweifach gefiedert. Es gibt auch einfach oder mehrfach gefiederte Farnwedel. Unter den einzelnen Fiederblättchen befinden sich die Sporenkapseln.

    • Gib den Ablauf des Generationswechsels der Farne wieder.

      Tipps

      Die Eizelle wird im Vorkeim befruchtet.

      Aus dem Vorkeim wächst dann der junge Farn heran.

      Lösung

      Die Farne durchlaufen einen Generationswechsel. Dabei ensteht aus einer Spore ein Vorkeim, in dem dann die Befruchtung der Eizelle stattfindet. Aus der befruchteten Eizelle wächst dann die Pflanze heran.

    • Bestimme, zu welcher Gruppe die Pflanzen im Bild gehören.

      Tipps

      Farne und Samenpflanzen gehören zu den Gefäßpflanzen und besitzen Leitbündel, mit denen der Ferntransport von Wasser und Nährstoffen möglich ist, Moose nicht.

      Es gibt Bäume, die zu den Samenpflanzen gehören und baumgroße Farne. Die Blätter des Baumes haben leider nicht mehr auf das Bild gepasst.

      Schachtelhalme gehören zu den Farnen.

      Lösung

      So eine Landschaft, wie du sie in diesem Bild sieht, gibt es übrigens gar nicht.

      Heute dominieren die Samenpflanzen. In unseren Wäldern gibt es Bäume und besonders viele Arten von Gräsern, ähnlich dem Vertreter, auf dem sich im Bild eine Libelle niedergelassen hat. Heute gibt es zwar auch noch Farne, aber die sehen bei uns eher so aus wie der buschige Vertreter im Bild. Baumfarne wachsen nur in tropischen und subtropischen Gebieten.

      Im Devon, vor ca. 400 Millionen Jahren, sah das aber noch ganz anders aus. Es gab auch schon Bäume, allerdings handelte es sich sich um riesige Baumfarne. Außerdem gab es Schachtelhalme, die auch zu den Farnen gehören.

      Zu jeder Zeit, heute wie damals, waren Moose verbreitet. Sie sind besonders anspruchslos und wachsen fast überall, sogar auf Steinen.

    • Bestimme, ob es sich um Gefäßpflanzen handelt.

      Tipps

      Zu beiden Zentralelementen müssen jeweils drei Bilder zugeordnet werden.

      Gefäßpflanzen können Wasser über große Strecken hinweg durch ihre Stämme und Stiele transportieren.

      Zu den Gefäßpflanzen gehören alle Samenpflanzen und die Farne.
      Die meisten Pflanzen im Wasser sind keine Gefäßpflanzen.

      Lösung

      Das Reich der Pflanzen ist sehr vielfältig und reicht von sehr kleinen bis zu meterhohen Organismen.

      Man kann dieses Reich in Gefäßpflanzen und die Pflanzen unterteilen, die keine richtigen Leitbündel haben und damit kein Wasser transportieren können.

      Zu den Gefäßpflanzen gehören alle Samenpflanzen und die Farne. Andere Pflanzen ohne richtige Leitbündel sind zum Beispiel Moose. Zur Gruppe der Algen gehören sehr unterschiedliche, Fotosynthese betreibende Organismen, die im Wasser leben. Sie besitzen keine richtigen Wurzeln, Stängel und Leitbündel und gehören somit auch nicht zu den Gefäßpflanzen.

    • Gib wieder, wie der Straußenfarn zu seinen Namen kommt.

      Tipps

      Der Vogel Strauß lebt in der Savanne und der Straußenfarn benötigt viel Wasser.

      Lösung

      Seinen Namen verdankt der Straußenfarn seinen Sporophyllen, die sehen nämlich wie eine Straußenfeder aus. Nicht alle Farne haben Sporophylle und vor allem nicht so hübsche Sporophylle wie der Straußenfarn.

    • Erkläre die Probleme, die der große Algenfarn verursacht.

      Tipps

      Man könnte auch sagen: „Besonders auf eutrophen Gewässern bedeckt er schnell gesamte Wasseroberflächen."

      Lösung

      Der große Algenfarn lebt ursprünglich in Nord- und Südamerika. Er ist allerdings nach Europa eingewandert, man bezeichnet ihn daher als Neophyt. Er kam wahrscheinlich als Zierpflanze für Gartenteiche nach Europa. Besonders in Teilen von Nordrhein-Westfalen ist der große Algenfarn zu einem Problem geworden, aber auch in den Ländern in denen er heimisch ist, vermehrt er sich schnell und ist besonders anpassungsfähig. Diese Eigenschaften machen den großen Algenfarn zu einem klassischen Beispiel einer invasiven Art. Er verdrängt andere Wasserpflanzen, indem er ihnen den Zugang zum Sonnenlicht erschwert. Außerdem erschwert er Schiffen und Booten das Vorankommen und verstopft Rohre und Leitungen.

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