Gräser – Meist Klein, aber Oho!

Es wird geschätzt, dass Gräser 20% der Erdoberfläche bedecken – also 1/5tel der Fläche.
Von dem Gras auf der Weide bis zu Reis und Weizen (ja, beides auch Gräser) ist dieses Pflanzenspezies sehr wichtig für unser Fortbestehen.

Doch wann trat es das erste mal auf und was hat den Siegeszug ermöglicht?
Diese Frage werden ich in diesem Kurzbeitrag beantworten und danach noch auf ein paar Grasarten eingehen. Und vielleicht gehen Sie mit einer ganz neuen Wertschätzung für diese Pflanze heraus, wenn Sie sich bisher noch nicht viel damit beschäftigt haben.

Abkürzungen: km = Kilometer, cm = Zentimeter, mm = Millimeter
1 km = 1.000 cm, 1 cm = 100 mm

Das Ende der Dinosaurier und der Anfang der Gräser

Evolutionär gesehen wurden Gräser erst recht spät eine wichtige Ergänzung in der Welt der Fauna, nämlich mit dem Aussterben der Dinosaurier vor 66 Millionen Jahren.
Bis vor 15 Millionen Jahren gab es einen stetigen Zuwachs an Graspollen, dann gab es eine explosionsartige Ausbreitung. Diese Explosion der Graslandschaften war ein Resultat aus den sich immer ändernden Orbit der Erde um die Sonne (Eis hat sich an den Polen gesammelt, mehr Fläche der Erde war freiliegend) und ein trockeneres Klima. Die Bäume waren anpassungsfähig um kälteres Klima zu tolerieren, aber sie hatten Probleme mit dem trockenen Klima. Die meisten Wälder benötigen nämlich mindestes 76,2 cm jährlichen Niederschlags (Regen) um zu überleben. Grasland hingegen kann auch in Regionen vordringen mit weniger Niederschlag.

Die Milankovic-Zyklen

Wussten Sie, dass die Erdbahnparameter (d.h. Orbit -> Ellipse/Exzentrizität); die Neigung der Erdachse (an der Äquatorebene) und die Präzession quasi-periodischen Variationen unterlegen sind? In anderen Worten: so war die Erde nicht immer 23,5° geneigt wie es sie heute ist, und das hatte Auswirkungen auf die Kalt- und Warmzeiten des Planeten. Ellipse: mittlere Periode von 100.000 Jahren unter den Einfluß der anderen Planeten. Erdachse: Neigung der Äquatorebene gegen die Bahnebene hat eine Periode von 40.000 Jahren. Die Neigung schwankt zwischen 22,1° zu 24,5° und zurück auf 22,1°. Präzession: diese ist ein komplizierter Schwebungseffekt mit zwei Einzelperioden bei 19.000 Jahren und 23.000 Jahren. Im Jahr 1976 konnten die Perioden anhand einer Isotopenanalyse von Tiefseesedimenten gefunden werden, dies räumte dann jegliche Zweifel an der Existenz der Milankovic-Zyklen aus. Diese Variationen allein erklären jedoch nicht, warum es dramatische Klimaveränderungen in der Erdgeschichte gab. Es gibt noch weitere Auslöse- und Verstärkungsmechanismen die eine Rolle spielen. Die Paläoklimatologie ist hier zu nennen, falls Sie genauere Antworten auf die Geschichte des Erdklimas haben wollen. Quelle https://www.spektrum.de/lexikon/physik/milankovic-zyklen/9776

Ihren evolutionären Ursprung haben sie sehr wahrscheinlich in Vorfahren die am Waldrand lebten und in feuchten Gebieten wuchsen. Wie dieser aber aussah, dass habe ich nicht herausgefunden. Dafür lernen wir aber etwas über den Vorfahren unseres Weichweizens (Brotweizen) in diesem Blogeintrag.

Revolution in der Photosynthese

Doch es waren nicht nur die klimatischen und astronomischen Bedingungen die sich zu Gunsten der Gräser entwickelt hat, sondern auch eine neue Art der Photosynthese.
Diese neue Art der Photosynthese heißt C4-Photosynthese.

Schätzung variieren wann genau diese Art zu photosynthesieren aufkam.
Der klarerste und direkteste Beweis deutet auf eine Zeit vor 12,5 Millionen Jahre, aber die biologische Uhr Methodik die nach der Schätzung der Mutationsrate geht, schiebt dies weiter nachhinten auf vor 25 Millionen Jahre. Die älteste dokumentierte Graslandschaft ist 30 Millionen Jahre alt und wurde in China gefunden. Was die Sache aber noch komplizierter macht ist die Tatsache, dass sich die C4-Photosynthese unabhängig voneinander über 20-mal in verschiedenen Grasarten entwickelt hat.

Hingegen haben 97% der Pflanzen, inklusive die Hälfte der beschriebenen Grasarten, noch die alte C3-Photosynthese. Diese konventionelle Art der Photosynthese produziert eine
3-Kohlenstoff Verbindung. In dieser Art der Photosynthese geht aber 20% der chemisch-generierten Energie verloren wegen der Anwesenheit von Sauerstoff welche ihren eigenen Anteil fordert in einem Prozess den wir als Photorespiration kennen.

C4 Pflanzen halten Sauerstoff fern von ihrem System dank einer anatomischen Anpassung der Gefäßumhüllung und die Ergänzung eines einzigartigen Enzym-Systems. Dadurch produzieren sie eine 4-Kohlenstoff Verbindung, Malat genannt, welche ein Vorläufer zur Produktion zu einem 6-Kohlenstoff Zucker ist. Nicht nur hat es dadurch die Effizienz der Photosynthese gesteigert, sondern auch ihre Wassernutzung. Während der heißesten Zeit des Tages können sie so ihre Stomata schließen (Spaltöffnung der Epidermis, diese Poren dienen zum internen und externen Gasaustausch) und dennoch weitermachen, Kohlenstoffdioxid in Zucker zu verwandeln.

Die meisten Gräser der warmen Jahreszeit – Bermudagras, Mais, Zuckerrohr, die meisten Grasarten der Prärie, Fingerhirse, Aleppohirse, etc. – nutzen diesen Vorteil der C4-Photosynthese. Die Gräser der kalten Jahreszeit – Weizen, Reis, Hafer, Federschwingel, Dach-Trespe, etc. – sind C3-Pflanzen. Im Regelfall sind C4-Pflanzen intoleranter gegenüber Schatten und schlagen sich besser in heißeren, trockeneren Klimas als ihre C3 Gegenstücke. Während der letzten 6-12 Millionen Jahre haben die C4-Pflanzen in der Großen Prärie ihre Fähigkeiten besondern gezeigt, wie z. B. die Sandberge in Nebraska.
Mit den Rückzug der letzten Gletscher der Rocky Mountains wurde auch das letzte Mal eine große Menge an Sand abgelagert, so vor 10.000 Jahren. Durch die tiefen Wurzeln der C4-Pflanzen werden diese Sandberge stabilisiert.

Anmerkung: die letzten drei Paragraphen sind zur Übersetzung von dem Artikel geworden, den ich als Hauptinformationsquelle für die Photosynthese benutzt habe. Ursprünglich in Englisch verfasst von Gerald Klingaman der ein pensionierter Arkansa Anbaugärtner und pensionierter Betriebsdirektor der Botanical Gardens of the Ozarks ist.

Grasarten wie der Bambus (Bambusoideae) können sogar sehr hoch wachsen.
So kann der Moso-Bambus (Phyllostachys edulis) bis zu 30 cm hoch werden und die Halme einen Durchmesser von 8 bis 18 cm erreichen. Der Bambus gehört zum Süßgras.
Eine weitere Große Grasart bildet das Zuckerrohr (Saccharum officinarum) das ebenfalls ein Süßgras ist und zu der Unterfamilie der Panicoideae gehört zu der 3.270 weitere Arten zählen. Zuckerrohr wird bis zu 3-6 m hoch und haben einen Durchmesser von 20-45 mm.
Die Pflanze ist der wichtigste Rohstofflieferant für Haushaltszucker (Saccharose).

Wenn ich also im Titel geschrieben habe „Meist klein“, dann gilt es für diese zwei Grasarten nicht. Aber Oho! sind sie alle, denn Gras ist ebenfalls ein wichtiger Rohstoff für Papier.

Quellen

Grasses – an evolutionary history
https://www.uaex.uada.edu/environment-nature/musings-on-nature-blog/posts/grasses-evolutionary-history.aspx

Lexikon der Physik: Milankovic-Zyklen
https://www.spektrum.de/lexikon/physik/milankovic-zyklen/9776

Stomata
https://www.pflanzenforschung.de/de/pflanzenwissen/lexikon-a-z/stomata-355

3.4: Earth’s Orbital Fluctuations and Climate Change
https://geo.libretexts.org/Bookshelves/Geology/Environmental_Geology_(Earle)/03%3A_Climate_Changes_in_Earths_Past/3.04%3A_Earths_Orbital_Fluctuations_and_Climate_Change

Mosos-Bambus
https://de.wikipedia.org/wiki/Moso-Bambus

Zuckerrohr
https://www.agrarraum.info/lexikon/zuckerrohr

Sauer- und Süßgräser

Mit 12.000 Arten und 780 Gattungen sind Gräser die Viertgrößte Pflanzenfamilie.
Und wie dieser Abschnitt bereits am Titel zeigt: es wird zwischen Sauergräsern (Cyperales) und Süßgräsern (Poales) unterschieden. Ersteres hat ca. 70 Gattungen und 4.000 Arten, letzteres hat ca. 700 Gattungen und 8.000 ausdauernde und einjährige Arten.

Quellen

Lexikon der Biologie: Süßgräser
https://www.spektrum.de/lexikon/biologie/suessgraeser/64844

Lexikon der Biologie: Sauergräser
https://www.spektrum.de/lexikon/biologie/sauergraeser/58673

Die wichtigsten Getreidesorten
https://www.getreide.org/

Biologie der Süßgräser
https://www.digitalefolien.de/biologie/pflanzen/graeser/graeser.html

Sauergräser
https://de-academic.com/dic.nsf/dewiki/1239069

Die Sequenzierung des Erbguts von Aegilops tauschii (Ziegengras)

Am 12. Januar 2017 berichtete das Journal Pflanzenforschung (gefördert vom Bundesministerium für Forschung, Technologie und Raumfahrt), dass die Sequenzierung des Ziegengras parallel zu dem des Weichweizens funktioniert hat. Zu diesem Zeitpunkt warem vom letzteren bereits 96% sequenziert. Eine große Leistung, angesichts der Größe:
drei Genome (A, B, D), bestehend aus sechs Chromosomensätze aus jeweils sieben Chromosomen mit 15,3 Milliarden Basenpaaren.

Dies war ein wichtiger Schritt, weil das D-Genom im Erbgut von Weizen von Aegilops tauschii stammt. Hingegen stammen A und B vom Emmer (Triticum dicoccum).
Aus der Paarung des Ziegengras und des bereits domestizierten Emmers ging vor rund 8.000 Jahren der Weizen hervor. Das entschlüsselte Genom des Ziegengras ermöglicht nun die genomischen Veränderungen im Kulturweizen seit seiner Entstehung nachzuvollziehen.
Das Aegilops-Genom besteht insgesamt aus 83.000 Genen.

Folgende Eigenschaften hat das Kulturweizen von seinem Vorfahren übernommen:

• Mehrere Gene zur Produktion von Prolaminen
  Speicherproteine die unter anderem für die Mehlqualität entscheidend sind und die Backeigenschaft beeinflussen.
• Mehrere Resistenzgene
  Diese erhöhen die Widerstandskraft des Getreides.
  

Eine weitere Gemeinsamkeit ist die größe des Genoms:
das Ziegengras ist auch voller Duplikate, so bestehen 84% aus sich wiederholenden Fragmenten von Transposonen (-> „codierende DNA-Sequenzen, die innerhalb der DNA ihren Standort wechseln können“ auch bekannt als springende Gene die einen großen Teil der natürlichen Mutation verursacht) und nur 6% (5.000) der Gene sind einfacherer Ausführung. Für Weizenforscher und -züchter sind aber vor allem die Vielzahl von nichtcodierenden und sich wiederholen DNA-Sequenzen interessant: Mikrosatelliten.
Bei der Genomanalyse und Züchtung eignen sie sich als Orientierungshilfe.

Des Weiteren haben sie herausgefunden, dass sich das Genom des Aegilops tauschii stärker und schneller verändert als bei anderen Süßgräsern. Die hohe Zahl der Transposonen wird hier wahrscheinlich damit zu tun haben, da sie „Rekombinationsfehler begünstigen und so die Zahl der Genduplikate an den Enden der Chromosomen in die Höhe treiben“. Die genauen Ursachen dahinter konnten aber zu dem Zeitpunkt noch nicht mit Sicherheit gesagt werden.

Quelle

Von den Altvorderen lernen
Erbgut von Aegilops tauschii sequenziert
https://www.pflanzenforschung.de/de/pflanzenwissen/journal/von-den-altvorderen-lernen-erbgut-von-aegilops-tauschii-10869

Vier Grasarten aus „Was blühlt denn da?“ aus dem Kosmos-Naturführer

In diesem letzten Abschnitt lernen wir noch vier Grasarten genauer kennen, da ich erst durch den Kosmos-Naturführer die Idee zu diesem Eintrag hatte.
Aufgrund der kürze und kompaktheit ist es eine Wiederholung der Struktur im Buch, was wiederherum ein gutes Kaufargument für das Buch ist. Falls Sie also mal die Entdeckerlust packt und Sie schon immer wissen wollten an was für Blumen, Sträucher, Bäume und Gräser Sie vorbeilaufen, dann ist das Buch genau was für Sie (und eventuell Familie).
Nummeriert mit römischen Zahlen (I, II, III und IV).

I. Flatter-Binse (Juncus effusus)

Höhe: 30-120 cm | Jahreszeit: Juni bis August | Staude (= mehrjährige Pflanze)

Typisch: Scheinbar blattlose, runde, grüne, starre, leicht zerreißbare Stängel.
Beschreibung: Lockere oder knäuelige Blütenstände mit gelbbraunen Blüten. Bildet einen weit verzweigten Wurzelstock mit vielen bis 6 mm dicken Stängeln und wächst in dichten Rasen.
Vorkommen: Wiesen und Weiden, lichte, feuchte Wälder, Waldschläge, Wege, Ufer. Zeigt Nässe an. Häufig von der Ebene bis ins Gebirge.
Wissenswertes: Aus dem schaumgummiartigen Mark, das sich leicht aus den Stängeln lösen lässt, stellte man früher Lampendochte her. Die Stängel eignen sich für Flechtarbeiten. Für Gärtner gibt es eine Zierform mit spiralig wachsenden Stängeln.
Verwechslung: Die an ähnlichen Standorten wachsende Blaugrüne Binse (Juncus inflexus) hat harte, graublaue, gestreifte, dünnere Stängel und ein unterbrochenes Mark.
(S. 438, Nr. 1)

Verwechslungsgefahr! – Die Blaugrüne Binse (Juncus inflexus)

II. Zittergras-Segge, Seegras-Segge (Carex brizoides)

Höhe: 30-60 cm | Jahreszeit: Mai bis Juni | Staude

Typisch: Ausgedehnte Bestände wirken wie eine wellige Wasseroberfläche.
Beschreibung: Blütenstand auf sehr dünnem, 3-kantigem Stängel, dieser nach der Blüte schlaff. Blätter 2-3 mm breit, rau, schlaff überhängend bis liegend. Bildet großen Rasen.
Vorkommen: Lichte Auenwälder, feuchte Wälder, Waldgräben. Zeigt nassen Boden an. Im Norden seltener, im Süden häufig. Unterdrückt bei Massenwuchs andere Pflanzen und verhindert den natürlichen Jungwuchs des Waldes.
Wissenwertes: Früher erntete man große Mengen an dieser Segge, brühte sie ab und verwendete sie als „Seegras“ oder „Alpengras“ zum Polstern von Matratzen und an Stelle von Holzwolle als Füllmaterial in Paketen. Auch Seile und Matten wurden aus ihr hergestellt.
(S. 440, Nr. 4)

III. Glatthafer, Französisches Raygras (Arrhenatherum elatius)

Höhe: 50-150 cm | Jahreszeit: Juni bis Juli | Staude

Typisch: Bis zu 1 cm lange, glänzende, oft violett gefleckte Ährchen mit 1 langen Granne.
Beschreibung: Blütenrispe bis 25 cm lang. Blätter 4-9 mm breit, kahl, oberseits etwas rau.
Vorkommen: Fettwiesen, Raine, Wegränder. Auf nährstoffreichen Böden, durch Düngung gefördert. Sehr häufig auf den Tiefland-Fettwiesen („Glatthaferwiesen“) der wärmeren Ackerbauregionen, in höheren Berglagen fehlend.
Wissenswertes: Bauern schätzen den Glatthafer als sehr ergiebiges Futtergras und säen ihn gern gezielt aus. Nach dem ersten Mähen kommt er oft nochmals zur Blüte und kann nicht selten 3-mal geschnitten werden.
Verwechslung: Flaumhafer bzw. Flaumiger Wiesenhafer (Helictotrichon pubescens) mit abstehend behaarten unteren Blättern und Ährchen mit 2-3 Grannen.
(S. 448, Nr. 2)

Verwechslunsgefahr! Der Flaumige Wiesenhafer (Helictotrichon pubescens)

IV. Wiesen-Rispengras (Poa pratensis)

Höhe: 10-100 cm | Jahreszeit: Mai bis Juli | Staude

Typisch: Bis zu 10 cm lange Rispe mit vielen kleinen Ährchen auf geschlängelten Ästen.
Beschreibung: Grüne, braune oder violette, während der Blütezeit locker ausgebreitete Rispe mit 4-6 mm langen Ährchen. Blätter bis 5 mm breit, meist flach. Wächst in lockeren Rasen.
Vorkommen: Wiesen, Weiden, Zierrasen, Wegraine, lichte Gebüsche. Meist auf nährstoffreichen, lockeren, nicht zu feuchten Böden. Sehr häufig von der Ebene bis in die Alpen.
Wissenswertes: Bauern schätzen dieses Gras auf ihren Wiesen und Weiden, da es vom Vieh gern gefressen wird. Zudem ist es sehr robust gegen Trockenheit, Schnee und Frost.
Verwechslung: Gewöhnliches Rispengras (Poa trivialis) mit bis zu 7 mm langen Blatthäutchen.
(S. 456, Nr. 1)

Verwechslungsgefahr! Das gewöhnliche Rispengras (Poa trivialis)

Hauptquelle

Titel: Was blüht denn da? Kosmos-Naturführer
Verlag: Kosmos
ISBN: 978-3-440-18088-4
Seiten: 494
Preis: €22,00

Bildquellen

Flatter-Binse
https://de.wikipedia.org/wiki/Flatter-Binse

Zittergras-Segge
https://de.wikipedia.org/wiki/Zittergras-Segge

Gewöhnlicher Glatthafer
https://de.wikipedia.org/wiki/Gew%C3%B6hnlicher_Glatthafer#

Wiesen-Rispengras
https://de.wikipedia.org/wiki/Wiesen-Rispengras

Extra: Seegrasgewächse

Größe: 2 m, Zwerg-Seegras: 30 cm | Sehr langlebig über mehrere hundert Jahre hinweg

Die Seegrasgewächse (Zosteraceae), aus der Familie Najadales, besteht aus 3 Gattungen und 18 Arten*. Diese Gewächse kommen an gemäßigten, tropischen und subarktischen Meeresküsten vor. Als marine Blütenpflanzen gehören sie nicht zu den Algen.
Mit 12 Arten ist die Gattung Zostera die weltweit am verbreitesten; Zostera marina (Gemeines Seegras) und Zostera nana (Zwerg-Seegras) sind dessen Vertretung in Mitteleuropa und bilden hier Seegraswiesen in der sie vor allem zahlreichen Weich- und Krebstieren sowie Fischen Lebensraum und Nahrung bieten.

Leider gibt es einen weltweiten Rückgang des Seegrasvolumens, vermutlich ausgelöst durch die Menschen verursachte Vertrübung von küstennahen Gewässern. Ebenso schadet die Fischerei und die Bautätigkeit dem Seegras. Die Seegraswiesen erhalten so weniger sonnenlicht und werden anfälliger für krankheiten, dies wird wiederherum Auswirkungen auf die Meerestiere haben denen die Seegraswiesen Lebensraum und Nahrung bieten.

„Als Seegraswiesen werden Bestände von Seegras bezeichnet, bei denen die Bedeckung mehr als 20 Prozent beträgt. Sie kommen im Flachwasser vom Atlantik bis zum Mittelmeer sowie in der Nord- und Ostsee vor. Viele Tiere legen hier ihre Eier ab und Jungtiere finden Schutz vor Fressfeinden. Die Wiesen schaffen zudem besondere Lebensbedingungen, indem sie die Wasserströmungen bis zu 40 Prozent reduzieren können. Seegräser bieten einen attraktiven Lebensraum für am Meeresboden lebende Tiere wie Würmer, Krebse, Muscheln und Seeigel.

Seegraswiesen zeichnen sich durch eine sehr hohe Produktivität aus. In der Wachstumsphase binden sie etwa zwei Gramm Kohlenstoff pro Quadratmeter und Tag und können eine Biomasse von bis zu fünf Kilogramm pro Quadratmeter erreichen. Damit bilden sie einen wichtigen Grundstein für die Nahrungskette des Meeres. Ein Viertel der von der Seegraswiese gebildeten Biomasse wird in andere marine Lebensräume exportiert, die somit ebenfalls von den Seegraswiesen abhängen.“ (Artensteckbrief Seegras – NABU)

In Deutschland sind Seegraswiesen bereits unmittelbar gesetzlich geschützt durch das Bundesnaturschutzgesetz (§ 30 BNatSchG) und fallen dazu noch in die Europäische Fauna-Flora-Habitat-Richtlinie (besonders geschützt im Anhang I als Lebensraumtyp).
Dennoch sind Schutzmaßnahem nach wie vor notwendig, hier was der WWF empfiehlt:

Vorrangige Maßnahmen sind insbesondere:

• die Verringerung der Nährstoffeinträge aus der Landwirtschaft. Hier gilt es insbesondere den Einsatz von Düngemitteln zu verringern und den Eintrag von Nitrat deutlich zu reduzieren.
• die Vermeidung von Grundschleppnetzfischerei über Seegraswiesen.

Doch auch Privatpersonen können vielfältige Beiträge leisten:

• durch den bewussten Einkauf und Verzehr von Erzeugnissen aus ökologischer Landwirtschaft,
• durch die Verringerung der Nähr- und Schadstoffeinträge aus Haushalten, beispielsweise durch den Verzicht auf Weichspüler
• die Beachtung von Schutzzonen mit Seegraswiesen beim Bootsverkehr und um dort nicht zu ankern.

Für mehr informationen, siehe Quellen.
Auch wenn Seegras vermutlich eher weniger was mit den zuvor besprochenen Süß- und Sauergräsern zu tun hat, so wollte ich dennoch die Möglichkeit nutzen über sie zu sprechen angesichts der Bedrohtheit. So sind die beiden Arten in Deutschland auf der Roten Liste, also gefährdet.

*Laut WWF werden die Familien und Gattungen aber kontrovers diskutiert.
So gingen einige Wissenschaftler/innen davon aus, dass es weltweit bis zu 65 Arten gäbe.

Quellen

Lexikon der Biologie: Seegrasgewächse
https://www.spektrum.de/lexikon/biologie/seegrasgewaechse/60581

Kinderstube der Ostsee
Seegraswiesen spielen zentrale Rolle im Ökosystem Meer
https://www.nabu.de/tiere-und-pflanzen/pflanzen/pflanzenportraets/wildpflanzen/24556.html

Seegras / Seegräser
Echtes/Gewöhnliches Seegras (Zostera marina), Zwerg-Seegras (Zostera noltii)
https://www.wwf.de/themen-projekte/artenlexikon/seegras

Schluss

Übrigens noch meine Grüße an den Youtuber Plankton, falls er dies hier lesen sollte. Aus irgendwelchen Gründen, vielleicht recherchiert er irgendwann mal wieder über Gras und findet diesen Blogeintrag.

Hatte schon Angst, dass er vor zwei Wochen mein Thema weggeschnappt hat – aber das war zum Glück nicht der Fall (ich habe ihn vor einer Weile abonniert). Die zwei Wochen haben sich aber länger angefühlt, seines hat er am 18. Mai veröffentlicht.

Falls Sie aber noch ein unterhaltendes Video über Gras, vor allem Rasen und Rasenmäher – wenn ich mich richtig erinnere -, sehen wollen, dann hier meine Videoempfehlung.

Auf Wiedersehen und bis zum nächsten mal!
Ab dem 6. Juni bin ich in Japan – bis zum 22. Juni, also eine Urlaubspause meinerseits.

Ich wünsche Ihnen noch einen schönen Tag!