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Bioindikatoren

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Bioindikatoren

Bei Bioindikatoren handelt es sich um Lebewesen, die auf eine Veränderung in dem Ökosystem, in dem sie leben, mit einer Anpassung ihrer Lebensfunktion reagieren. Meist sind diese Veränderungen auf menschliche Einflüsse zurückzuführen. Grundsätzlich sind aber sowohl abiotische als auch biotische Faktoren möglich.

Synonyme für Bioindikatoren sind Zeigerart, Indikatorart oder auch Indikatororganismus.

Bioindikatoren – Definition und Funktion

Abiotische Umweltfaktoren = Umweltfaktoren, an denen keine Lebewesen beteiligt sind, z. B. Klima, Wasser, Temperatur, Licht oder die Nährstoffkonzentrationen.

Biotische Umweltfaktoren = Umweltfaktoren, an denen andere Lebewesen beteiligt sind, dazu gehören z. B. auch Einflüsse des Menschen auf die Umwelt.

Bioindikatoren helfen Forscher*innen bei der Messung und Bewertung von Ökosystemen, um eine Einschätzung über dessen Gesamtzustand geben zu können. Je empfindlicher ein Organismus auf Schwankungen in seinem Ökosystem reagiert, desto höher ist seine Aussagekraft.

Indikatorarten ersparen oftmals aufwendige Untersuchungen eines Gebietes. Grundsätzlich weisen die Organismen eher auf negative Umwelteinflüsse hin, z. B. auf Temperaturveränderungen, Umweltverschmutzung durch den Einsatz von Schadstoffen, Bebauung etc. Auf diese Beobachtungen kann mit entsprechenden Naturschutzmaßnahmen oder ähnlichem reagiert werden, um weitere Schäden zu vermeiden.

Tierische und Pflanzliche Bioindikatoren – Verwendung

Bioindikatoren werden bereits seit mehreren Jahrzehnten zur Umweltkontrolle verwendet. Neuerdings werden sie auch in der Naturschutz- und Landschaftsplanung sowie der Naturschutzforschung eingesetzt. Es eignen sich viele verschiedene Tier- und Pflanzenarten als Bioindikator – in einigen Fällen können auch Bakterien verwendet werden. Welches Individuum gewählt wird, hängt von der genauen Aufgabe und dem Ziel der Untersuchungen ab.

Bakterien können als mögliche Zeiger dienen, da sie teilweise das Wachstum von Giftstoffen stark fördern. Wenn also ein hoher Anteil von Bakterien vorhanden ist, lässt das auf das Vorhandensein eines Giftstoffes schließen.

Merkmale von Bioindikatoren

Um als Bioindikator zu gelten, müssen die Organismen bestimmte Kriterien erfüllen. Zum einen sollten sie aussagekräftige Informationen über andere Arten in gleichen Ökosystemen liefern, statt nur über die eigene Art. Zum anderen sollten die Reaktionen generell deutlich erkennbar und gut messbar sein. Dieser Punkt ist wichtig, damit die Zeigerart quasi als Frühwarnsystem gilt und sich somit Schritte einleiten lassen, um weitere Schäden zu vermeiden.

Systematik der Bioindikation – Zeigerorganismen

Im Folgenden werden die wichtigsten Begrifflichkeiten in der Bioindikation genauer erläutert. Eine Übersicht findest du in Abbildung 1.

Bei den Testorganismen handelt es sich um standardisierte Organismen, die speziell für Laborversuche gezüchtet werden. Zeigerorganismen geben generelle Rückschlüsse über den Zustand eines Ökosystems. Mithilfe von Monitororganismen lassen sich qualitative und quantitative Forschungen in der Umwelt durchführen.

Bei der Beobachtung von Bioindikatoren in einem Ökosystem kann zudem in aktives und passives Monitoring unterschieden werden. Diese beiden Faktoren lassen sich wiederum unterteilen in Reaktions- und Akkumulationsindikatoren.

Bioindikatoren Übersicht Bioindikation StudySmarterAbbildung 1: Übersicht der Begrifflichkeiten in der Bioindikation.Quelle: spektrum.de

Aktives Monitoring

Beim aktiven Monitoring werden Organismen in einer standardisierten Form extra in ein Ökosystem gesetzt – diesen Vorgang bezeichnet man auch als "exponieren". Die Individuen werden beobachtet oder für eine Analyse später wieder entnommen.

Die Aussetzung von Flechten an verschieden Standorten, um Aussagen über die allgemeine Belastung eines Ökosystems zu erhalten. Flechten dienen häufig als ein Indikator für die Luftverschmutzung.

Bioindikatoren Flechten StudySmarterAbbildung 2: Flechten an einem BaumQuelle: Pexels.com

Ein weiteres Beispiel ist das Anlegen von Graskulturen, wodurch die Belastung von verschiedenen Schadstoffen wie z. B. Schwefel, Fluor oder Schwermetallen messbar gemacht werden kann.

Passives Monitoring

Das passive Monitoring verwendet Organismen, die im jeweiligen Ökosystem bereits vorhanden sind. Es werden also Individuen in ihrer natürlichen Umgebung betrachtet und eventuell Proben für eine genauere Analyse entnommen.

Nadelgehölze in einem Waldbestand dienen für Aussagen über die chronische Belastung von Luftverunreinigungen oder zur Überwachung der langfristigsten Belastung durch verschiedene Schadstoffe.

Bioindikatoren Nadelgehölze StudySmarterAbbildung 3: NadelgehölzeQuelle: Pexels.com

Ein weiteres Beispiel findet sich bei krautige Pflanzen, wie z. B. Gräser, Sträucher und Gehölze, diese können durch die Bestimmung der zeitlichen Veränderung in ihren Entwicklungsphasen Auskunft über Klimaänderungen geben.

Reaktionsindikatoren

Bei den Reaktionsindikatoren handelt es sich um sensitive oder reaktive Bioindikatoren. Heißt, diese Organismen reagieren besonders schnell und sehr sensibel gegenüber Schadstoffen in ihrem Ökosystem.

  • Flechten
  • Nadelgehölze im Waldbestand
  • Krautige Pflanzen
  • Tabakpflanzen
  • Klonfichten

Akkumulationsindikatoren

Akkumulative Bioindikatoren sind meistens Pflanzen, die bestimmte Schadstoffe sammeln, ohne dabei selbst zu Schaden zu kommen. Dadurch werden diese Stoffe nachweisbar gemacht.

  • Moosmonitoring
  • Nadelgehölze im Waldbestand
  • Klonfichten
  • Graskulturen

Bioindikatoren – Vorteile vs. Nachteile

Wie bei so vielen Dingen im Leben, sollten stets beide Seiten einer Münze betrachet werden und so verhält es sich auch mit den Bioindikatoren. Damit du auch die Bioindikatoren ganzheitlich betrachten kannst, sind im folgenden Abschnitt jeweils ein paar Vor- und Nachteile von Bioindikatoren gegenübergestellt.

Vorteile von Bioindikatoren

Ein Vorteil bei der Verwendung von Bioindikatoren gegenüber chemisch-physikalischen Methoden ist zum einen die kostengünstigere Durchführung. Zum anderen können diese Tests schnellere Ergebnisse liefern. Weiterhin sind flächendeckend relativ exakte Aussagen möglich. Und es können auch Langzeitprognosen aufgestellt werden.

Weitere Vorteile sind, dass eventuell neue Giftstoffe nachgewiesen werden können. Zudem können Schadstoffe auch über einen längeren Zeitraum hinweg wahrgenommen werden. Dadurch kann die Einhaltung von Toleranzwerten kontrolliert werden.

Nachteile von Bioindikatoren

Ein Nachteil bei der Verwendung von Bioindikatoren ist, dass die Quantifizierung, sprich das zahlenmäßige Erfassen der Ergebnisse, teilweise etwas unpräzise ist. Dazu kommt, dass die Messwerte von Bioindikatoren meistens deutlich mehr schwanken als bei direkten Analysen. Zudem reagieren chemische Analysen deutlich empfindlicher und lassen somit mehr Informationstiefe zu.

Ein weiterer Nachteil ist, dass sich komplexe Wechselbeziehungen zwischen Organismen nur schwer in den Ergebnissen widerspiegeln lassen. Außerdem können natürliche Umweltumgebungen die Resultate verfälschen.

Bioindikatoren – Beispiele

Wie bereits erwähnt, kann zwischen natürlichen und künstlichen Zeigerorganismen unterschieden werden. Beispiele für natürlich vorkommende Bioindikatoren wären zum einen Wasserlebewesen zur Bestimmung der Gewässergüte. Zum anderen eignen sich diverse Pflanzenarten sehr gut zur Bestimmung der Bodenqualität.

Natürliche Bioindikatoren

  • Libellen sind Zeigerarten für Still- und Fließgewässer, da sie sehr komplexe Ansprüche an ihren Lebensraum stellen. Zudem lässt sich durch ihre Fortpflanzung indirekt die Gewässergüte ermitteln.
  • Die Eier vom Wanderfalken weisen eine dünnere Schale auf, sobald sich in der Umgebung das Pestizid DDT befindet.

DDT = Dichlordiphenyltrichlorethan; eine Chemikalie für die Schädlingsbekämpfung, die mittlerweile verboten ist.

  • Frösche/Kröten sind gute Bioindikatoren, da sie aufgrund ihrer dünnen Haut neben Sauerstoff auch sehr leicht Giftstoffe aufnehmen. Zudem reagieren sie als ein Reaktionsindikator sehr sensibel auf Veränderungen in der Wasser- und/oder Luftqualität.

Künstliche Bioindikatoren

Bei künstlichen Bioindikatoren handelt es sich um standardisierte Organismen (Testorganismen), die aktiv in einem Ökosystem "ausgesetzt" werden. Beispiele dafür sind Flechten für die Beurteilung der Luftverunreinigung, das Anpflanzen einer Graskultur zur Bewertung der Luftbelastung oder auch Bodenmoose, um die Belastung durch Schwermetalle zu untersuchen.

Moose werden bereits seit den 1960er-Jahren als Bioindikator verwendet. Das Prinzip basiert darauf, dass Moose aufgrund ihrer relativ großen Oberfläche Schadstoffe aus Niederschlägen und Ablagerungen in der Luft leicht aufnehmen und über einen längeren Zeitraum abspeichern können.

Bioindikatoren Moose in einem Wald StudySmarterAbbildung 4: Moose in einem WaldQuelle: Pexels.com

Das sogenannte Moosmonitoring wird hauptsächlich zur flächendeckenden Überwachung von Schwermetallen verwendet. Dabei wird in der Regel ein aktives Monitoring verwendet. Moosmonitoring wird Europaweit durchgeführt. Es lässt eine zeitliche und räumliche Beurteilung über die Veränderung des Schwermetall-Ausstoßes zu. Dadurch können wiederum entsprechende Maßnahmen zur Reduzierung der Luftverschmutzung eingeleitet werden.

Ein weiteres Beispiel bezieht sich nun auf Flechten. Flechten dienen als Bioindikator zur Beurteilung der Luftqualität. Von Vorteil ist dabei, dass sie relativ empfindlich auf Luftverschmutzungen reagieren. Für eine genauere Beurteilung werden meistens Flächenkartierungen vorgenommen. Bei der Beurteilung mittels Flechten unterscheidet man die zwischen der Flechtenexposition, sprich dem gezielten Aussetzen der Pflanze, und der natürlichen Flechtenvegetation. Also dem, was an Flechtenbewuchs sowieso schon vorhanden ist. Auch bei den Flechten wird meistens ein aktives Monitoring verwendet.

Bioindikator Fließgewässer

Für die Überwachung der Gewässergüte wird häufig ein sogenanntes Saprobiensystem verwendet. Saprobien sind bestimmte Arten von Pilzen, Bakterien und Protozoen (Einzeller). Diese geben Rückschlüsse über den Verschmutzungsgrad eines Gewässers.

Grundsätzlich kann man die Wasserqualität in Gewässergüteklassen unterteilen. Für jede Stufe gibt es typische Bioindikatoren, die auch als aquatische Indikatororganismen bezeichnet werden.

  • Krebse (z. B. Daphnien) dienen als allgemeine Zeigerart zur Identifikation eines Süßwassergewässers.
  • Für die Beurteilung der Trinkwasserqualität werden z. B. Elritzen (Fische) verwendet.

Bioindikatoren - das Wichtigste

  • Bioindikatoren sind Organismen, die auf eine Veränderung im eigenen Ökosystem durch die Anpassung ihrer Lebensfunktion reagieren.
  • Veränderungen in einem Lebensraum sind auf abiotische oder biotische Faktoren zurückzuführen – meistens jedoch auf menschliche Einflüsse.
  • Bioindikatoren helfen Forscher*innen bei der Messung und Beurteilung von Ökosystemen, um eine Einschätzung über dessen Gesamtzustand geben zu können.
  • Eine Indikatorart weist meistens auf negative Umwelteinflüsse, wie z. B. Temperaturveränderungen oder Umweltverschmutzung durch den Einsatz von Schadstoffen etc. hin.

Häufig gestellte Fragen zum Thema Bioindikatoren

Ein bekanntes Beispiel für Bioindikatoren sind Moose. Das Moosmonitoring wird zur flächendeckenden Überwachung von Schadstoffen aus Niederschlägen und Luftablagerungen, wie bspw. Schwermetallen, verwendet. 

Eine Zeigerart ist ein Lebewesen, das eine Veränderung im Ökosystem durch die Anpassung der eigenen Lebensfunktion anzeigt. 

Bioindikatoren sind in der Regel Pflanzen- und Tierarten, aber auch Bakterien können als Indikatororganismen dienen.  

Flechten eignen sich besonders gut als Bioindikator, da sie relativ empfindlich auf Luftverschmutzungen reagieren. Sie werden häufig als ein flächendeckender Indikator für die Beurteilung der Luftqualität verwendet. 

Finales Bioindikatoren Quiz

Frage

Was ist ein Bioindikator?

Antwort anzeigen

Antwort

Ein Bioindikator ist ein Lebewesen, das auf Veränderungen im eigenen Ökosystem mit einer Anpassung seiner Lebensfunktion reagiert. 

Frage anzeigen

Frage

Wie nennt man Bioindikatoren noch? 

Antwort anzeigen

Antwort

  • Zeigerart
  • Indikatorart
  • Indikatororganismus
Frage anzeigen

Frage

Wann ist die Aussagekraft eines Bioindikators als besonders gut anzusehen? 

Antwort anzeigen

Antwort

Die Aussagekraft eines Bioindikators ist höher, je empfindlicher der Organismus auf Schwankungen in seinem Ökosystem reagiert.

Frage anzeigen

Frage

Wobei helfen Bioindikatoren in der Forschung?

Antwort anzeigen

Antwort

Bioindikatoren helfen Forschern*innen bei der Messung und Bewertung von Ökosystemen, um eine Einschätzung über dessen Gesamtzustand zu geben. 

Frage anzeigen

Frage

Welche Organismen eignen sich als Bioindikatoren?

Antwort anzeigen

Antwort

  • Tierarten
  • Pflanzenarten
  • Bakterien
Frage anzeigen

Frage

Welche Kriterien müssen Organismen erfüllen, um als Bioindikator zu zählen?

Antwort anzeigen

Antwort

Bioindikatoren sollten auch aussagekräftige Informationen über andere Arten in gleichen Ökosystem liefern, statt nur über die eigene Art. Außerdem sollten die Reaktionen generell deutlich erkennbar und gut messbar sein. 

Frage anzeigen

Frage

In welche drei Kategorien lassen sich Bioindikatoren laut der Systematik der Bioindikation unterteilen?

Antwort anzeigen

Antwort

  • Testorganismen
  • Monitororganismen
  • Zeigerorganismen
Frage anzeigen

Frage

Was ist aktives Monitoring?

Antwort anzeigen

Antwort

Beim aktiven Monitoring werden Organismen in einer standardisierten Form extra in ein Ökosystem gesetzt. Die Individuen werden beobachtet oder für eine Analyse später wieder entnommen. 

Frage anzeigen

Frage

Was ist passives Monitoring?

Antwort anzeigen

Antwort

Das passive Monitoring verwendet Organismen, die im jeweiligen Ökosystem bereits vorhanden sind. Die Individuen werden also in ihrer natürlichen Umgebung betrachtet; eventuell werden Proben für eine genauere Analyse entnommen. 

Frage anzeigen

Frage

Was ist ein Reaktionsindikator?

Antwort anzeigen

Antwort

Ein Reaktionsindikator ist ein besonders sensitiver oder reaktiver Bioindikator, da diese Organismen schnell und sensibel auf Schadstoffe in ihrem Ökosystem reagieren. 

Frage anzeigen

Frage

Was ist ein Akkumulationsindikator?

Antwort anzeigen

Antwort

Akkumulative Bioindikatoren sind meistens Pflanzen, die bestimmte Schadstoffe sammeln ohne dabei selbst zu Schaden zu kommen.

Frage anzeigen

Frage

Was ist ein Testorganismus?

Antwort anzeigen

Antwort

Ein Testorganismus ist ein standardisierter Organismus, der speziell für Laborversuche gezüchtet wird.

Frage anzeigen

Frage

Was ist ein Zeigerorganismus?

Antwort anzeigen

Antwort

Ein Zeigerorganismus gibt generelle Rückschlüsse über den Zustand eines Ökosystems.

Frage anzeigen

Frage

Was ist ein Monitororganismus?

Antwort anzeigen

Antwort

Ein Monitororganismus wird für qualitative und quantitative Forschungen in der Umwelt verwendet.

Frage anzeigen

Frage

Wofür werden Bioindikatoren in erster Linie verwendet?

Antwort anzeigen

Antwort

Bioindikatoren werden zur Umweltkontrolle sowie zur Naturschutz- und Landschaftsplanung verwendet.

Frage anzeigen

Frage

Warum können auch Bakterien als Zeigerorganismen verwendet werden?

Antwort anzeigen

Antwort

Bakterien können als mögliche Zeiger dienen, da sie teilweise das Wachstum von Giftstoffen stark fördern. Wenn also ein hoher Anteil von Bakterien vorhanden ist, lässt das auf das Vorhandensein eines Giftstoffes schließen.

Frage anzeigen

Frage

Wofür wird das Moosmonitoring verwendet?

Antwort anzeigen

Antwort

Das Moosmonitoring dient zur flächendeckenden Überwachung von Schwermetallen. 

Frage anzeigen

Frage

Wofür wird die Flechtenvegetation/-exposition verwendet?

Antwort anzeigen

Antwort

Die Flechtenvegetation/-exposition dient zur Beurteilung der Luftqualität, da Flechten besonders empfindlich auf Luftverschmutzungen reagieren.

Frage anzeigen
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