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Kieselalgen

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Kieselalgen
lernst du in der Unterstufe 3. Klasse - 4. Klasse - Oberstufe 5. Klasse - 6. Klasse

Grundlagen zum Thema Kieselalgen

Inhalt

Kieselalgen – Biologie

Hast du schon einmal einen Stein aus dem Wasser aufgehoben und konntest an der Unterseite eine braune, schmierige Schicht sehen? Das war vermutlich eine Schicht aus unzähligen Kieselalgen.
Der Text beschäftigt sich mit den Fragen „Was machen Kieselalgen?“, „Was hat die Kieselalge mit dem Nobelpreis zu tun?“ und „Wie ernähren sich Kieselalgen?“. Was eine Kieselalge ist und welche Bedeutung die Kieselalgen haben, findest du einfach erklärt in diesem Text.

Was sind Algen?

Früher wurden Algen als eine Gruppe einzelliger oder mehrzelliger Pflanzen angesehen, da sie wie Landpflanzen ebenfalls Fotosynthese betreiben. Heute ordnet man sie jedoch den sogenannten Protisten zu. Insgesamt gibt es sehr viele verschiedene Algenarten. Es wird geschätzt, dass es etwa 400 000 verschiedene Algenarten gibt, von denen heute erst etwa 20 % bekannt sind.

Algen enthalten den Farbstoff Chlorophyll, weswegen sie in der Regel grün erscheinen. Das Chlorophyll kann aber auch von anderen Pigmenten überlagert werden. Dadurch können Algen auch andere Farben annehmen. Abhängig von der Farbe wird zwischen Braunalgen, Rotalgen und Grünalgen unterschieden.

Algen benötigen einen feuchten Lebensraum, du findest sie daher meist in Meeren, Flüssen, Seen und sogar in deinem Pool im Garten. Über Jahrmillionen haben sie aber auch andere Lebensräume besiedelt. Dafür gehen sie manchmal auch mit Pilzen eine Symbiose, also eine Lebensgemeinschaft, ein. Diese Symbiose kennst du als Flechten, die man beispielsweise an Rinden von Bäumen oder Hausmauern findet.

Was sind Kieselalgen?

Kieselalgen sind eine Unterfamilie der Algen, die es schon vor etwa 1,5 Milliarden Jahren gab. Heutzutage sind über 6 000 Kieselalgenarten bekannt, wobei es sich um Einzeller handelt. Zudem weisen sie eine große Formenvielfalt auf. Da Kieselalgen nur eine durchschnittliche Größe von etwa $\pu{0,01 mm}$ haben, zählen sie zu den Mikroalgen. Wie andere Algen auch, findet man sie an nassen Orten. Sie leben in Meeren, Flüssen und Seen, aber auch im Schlamm und in Regentonnen. In dem Bild kannst du verschiedene Kieselalgenarten sehen.

Kieselalgenarten

Wie sind Kieselalgen aufgebaut?

Eine Kieselalge besteht aus einer Kieselalgenschale, einem Zellplasma und einem Zellkern. Doch was ist die Kieselalgenschale? Die Kieselalgenschale (Frustel) besteht aus zwei Teilen, den sogenannten Theken. Diese greifen ineinander wie bei einer Schachtel mit einem Deckel. Die größere Schale wird als Epitheka bezeichnet und die kleinere als Hypotheka. Die Theken sind aus Silikat aufgebaut und schützen die Kieselalgen vor Fressfeinden wie Kleinstkrebsen. Darüber hinaus kann man anhand der Muster ihrer Schalen bestimmte Arten von Kieselalgen voneinander unterscheiden. Einzelne Kieselalgen können sich auch als Ketten zusammenhängen.

In der Abbildung kannst du den Aufbau einer Kieselalge mit Beschriftung im Querschnitt sehen.

Beschrifteter Aufbau einer Kieselalge im Querschnitt

Warum sind Kieselalgen braun?

Kieselalgen erscheinen braun, da der Farbstoff Fucoxanthin das grüne Chlorophyll überlagert. Oftmals sind Kieselalgen die Ursache für den braunen Schleim auf Pflanzen und Steinen im Aquarium.

Fortpflanzung der Kieselalgen

Der wissenschaftliche Name – also der Fachbegriff – der Kieselalge lautet Diatomee und leitet sich von der Art der Fortpflanzung ab. Das griechische Wort diatémnein bedeutet nämlich durchschneiden. Kieselalgen vermehren sich also überwiegend ungeschlechtlich (Mitose). Es gibt allerdings auch vereinzelt geschlechtliche Fortpflanzung (Meiose). Dabei verschmelzen verschiedene Zellen miteinander und teilen sich anschließend.

Bedeutung und Einsatz von Kieselalgen

Kieselalgen haben aufgrund der Fotosynthese die Atmosphäre mit Sauerstoff angereichert und dadurch vermutlich die Entwicklung des Lebens auf der Erde ermöglicht. Noch heute sind Algen die größten Produzenten von Sauerstoff ($\ce{O2}$), den auch wir Menschen zum Atmen brauchen. Außerdem wird bei der Fotosynthese Kohlenstoffdioxid ($\ce{CO2}$) aus der Luft aufgenommen und in den Kieselalgen gebunden.

Kieselalgen sind dem pflanzlichen Plankton (Phytoplankton) zugehörig. Das Phytoplankton ist Nahrungsgrundlage für das tierische Plankton, also Kleinstkrebse und andere Lebewesen. Das tierische Plankton dient wiederum als Nahrungsgrundlage für unzählige Lebewesen. So fressen beispielsweise die riesigen Wale große Mengen an tierischem Plankton. Somit gehören Kieselalgen zur Grundlage der Nahrungskette.

Kieselalgen als Indikator der Wasserqualität

Abhängig von dem Vorkommen und der Vermehrungsrate bestimmter Kieselalgenarten kann man Rückschlüsse auf die Qualität des Wassers ziehen.

Weitere Verwendungen von Kieselalgen

Wenn Kieselalgen sterben, bleibt das feste Silikat ihrer Schalen erhalten und setzt sich auf dem Meeresgrund ab. Das wird dann als Kieselgur bezeichnet. Alfred Nobel ließ vor über 150 Jahren 75 % flüssiges Nitroglycerin von 25 % Kieselgur aufsaugen und gewann dadurch den Sprengstoff Dynamit. Durch diese Entdeckung wurde unkontrollierbares Nitroglycerin handhabbar gemacht.

Außerdem finden Kieselalgen bei der Herstellung künstlicher Spinnenfäden und als halbleiterähnliche Elemente Verwendung. In medizintechnischen Produkten kannst du Kieselalgen beispielsweise als Putzkörper in der Zahnpasta wiederfinden. Oder ist dir nachts schon einmal die reflektierende Fahrbahnmarkierung auf der Straße aufgefallen? Auch dafür werden Kieselalgenschalen verwendet. Zudem findet Kieselgur Anwendung beim Bierbrauen, um die Trübstoffe zu entfernen. In der Autoindustrie dienen ihre Schalenformen zum Beispiel als Vorlage für Felgen. Damit sind Kieselalgen für den Forschungszweig der Bionik wichtige Modellorganismen.

Das Video Kieselalgen

In diesem Video lernst du die Kieselalgen näher kennen. Du weißt nun, dass Kieselalgen Kieselalgenschalen besitzen, die wie Topf und Deckel zusammenpassen. Außerdem finden sie Verwendung in der Wissenschaft und Technik, produzieren Sauerstoff und gehören zur Basis der Nahrungspyramide.

In dem Steckbrief zu Kieselalgen kannst du die wichtigsten Merkmale noch einmal zusammengefasst sehen:

Merkmale der Kieselalgen
Anzahl Kieselalgenarten etwa 6 000 verschiedene Kieselalgenarten sind bekannt
Durchschnittliche Größe von Kieselalgen $\pu{0,01 mm}$
Vorkommen von Kieselalgen nasse Orte: Meere, Flüsse, Seen, Schlamm, Regentonnen
Vermehrung der Kieselalgen
  • ungeschlechtliche Fortpflanzung über Zellteilung
  • vereinzelt geschlechtliche Zellteilung: Zwei Zellen verschmelzen miteinander und teilen sich anschließend.
  • Ernährung von Kieselalgen Kieselalgen produzieren durch Fotosynthese Zucker und Sauerstoff ($\ce{O2}$).
    Verwendung von Kieselalgen
  • Herstellung medizinischer Produkte
  • Forschung an künstlichen Spinnenfäden
  • Forschung an halbleiterähnlichen Elementen
  • Herstellung von Dynamit mit Kieselgur
  • Im Anschluss an das Video und diesen Text findest du Übungsaufgaben und Arbeitsblätter zu dem Thema Kieselalgen, um dein erlerntes Wissen zu überprüfen. Viel Spaß!

    Transkript Kieselalgen

    Hallo! Die Welt vor 1,5 Milliarden Jahren: Große, leere Meere. Unzählige Vulkane, die die Erdoberfläche beständig verändern. Keine Tiere, keine Pflanzen, kein Leben. Dann kamen Bakterien und später die Algen und veränderten alles. In diesem Video wollen wir uns Algen - und speziell die Kieselalge - näher ansehen. Wie vermehren sich Kieselalgen? Was haben sie mit Dynamit zu tun? Und wofür werden sie sonst noch eingesetzt? In diesem Video erfährst du mehr!

    Algen

    Kieselalgen sind vor etwa 1,5 Milliarden Jahren erstmals entstanden. Algen sind eine einzellige Gruppe von Pflanzen - die ersten Pflanzenruppe überhaupt. Forscher schätzen, dass es über 400.000 verschiedene Algenarten gibt, von denen heute noch nicht mehr als 20% bekannt sind. Wie andere Pflanzen auch, enthalten auch Algen Chlorophyll und wandeln Kohlenstoffdioxid - also CO2 - in Sauerstoff um.

    Das Chlorophyll - auch Blattgrün genannt - sorgt für die grüne Farbe von Algen. Wenn das Blattgrün von anderen Pigmenten überlagert wird, können Algen auch andere Farben annehmen. So unterscheidet man unter anderem zwischen Braunalgen, Rotalgen und Grünalgen.

    Algen sind im Wasser entstanden, also in den Meeren, denn Algen brauchen es feucht. Über die Jahrmillionen haben sie aber auch andere Lebensräume besiedelt. Flechten, die du vielleicht als blaugrünen Belag auf der Rinde von Bäumen kennst, sind Algen, die eine Symbiose - also eine Lebensgemeinschaft - mit Pilzen eingegangen sind. Auch auf Hausmauern oder im Badezimmer findet man Algen.

    Kieselalgen

    Eine wichtige Familie der Algen stellen die Kieselalgen dar. Es sind heute über 6.000 Kieselalgenarten bekannt - Forscher vermuten aber, dass es bis zu 100.000 verschiedene Arten gibt. Eine Kieselalge ist nicht größer als 0,01 Millimeter. Sie lebt im Meer, in Flüssen und Seen, im Schlamm, in Regentonnen oder anderen nassen Orten.

    Da ein brauner Farbstoff das Chlorophyll überlagert, scheinen Kieselalgen braun. Wenn du einen Stein aus dem See nimmst und seine Unterseite von einem braunen Schleim überzogen ist, dann sind das vermutlich abertausende Kieselalgen.

    Eine Besonderheit der Kieselalgen ist ihre Kieselschale: Wie Topf und Deckel passen die beiden Teile aus Silikat ineinander und bieten einen hervorragenden Schutz gegenüber Fressfeinden wie Kleinstkrebsen.

    Aufgrund der verschiedenen Muster auf der Hülle können Forscher bestimmte Kieselalgenarten voneinander unterscheiden. Im Inneren der Schutzhülle befindet sich Zellplasma sowie der Zellkern. Oft hängen sich Kieselalgen auch zu Ketten zusammen. Die Vermehrung der Kieselalgen geschieht überwiegend ungeschlechtlich durch Zellteilung. Aus einer werden zwei.

    Der wissenschaftliche Name der Kieselalge - Diatomee - kommt von der Art der Fortpflanzung. Das griechische Wort diatémnein bedeutet durchschneiden. Es gibt allerdings auch vereinzelt geschlechtliche Fortpflanzung. Dabei verschmelzen dann verschiedene Zellen miteinander und teilen sich anschließend.

    Bedeutung und Einsatz von Algen

    Die Bedeutung von Kieselalgen kann man gar nicht hoch genug schätzen. Durch ihre Fotosynthese haben sie die Entwicklung des Lebens auf der Erde möglich gemacht. Algen im Meer produzieren heute den größten Anteil des Sauerstoffs der Erdatmosphäre! Dabei wird CO2 aus der Luft aufgenommen und in den Kieselalgen gebunden.

    Außerdem gehören Kieselalgen zum pflanzlichen Plankton und sind Nahrungsgrundlage für das tierische Plankton - also Kleinstkrebse und andere Lebewesen. Tierisches Plankton wiederum ist die Lebensgrundlage für unzählige Lebewesen - darunter auch der riesige Wal.

    Kieselalgen sind Hauptprimärproduzenten von organischen Stoffen und bilden damit die Basis der Nahrungspyramide. Da verschiedene Kieselalgenarten bestimmte Gewässer bevorzugen, kann man mit Hilfe von Kieselalgen die Wassergüte eines Gewässers feststellen.

    Je nach Vorkommen und Vermehrungsrate von bestimmten Kieselalgenarten können Rückschlüsse auf die Qualität des Wassers gezogen werden. Kieselalgen dienen also als Indikator für die Wassergüte. Auch bei der Selbstreinigung von Gewässern spielen bestimmte Algenarten eine bedeutende Rolle.

    Kieselalgen sind auch für die Herstellung von bestimmten medizinischen Produkten von Bedeutung. Außerdem forschen Wissenschaftler an der Herstellung künstlicher Spinnenfäden sowie halbleiterähnlichen Elementen aus Kieselalgen. Vor 150 Jahren nutzte Alfred Nobel Kieselalgen zur Zähmung des Sprengstoffs Nitroglycerin.

    Sterben Kieselalgen ab, bleibt deren feste Hülle erhalten und setzt sich auf dem Meeresgrund ab. Man nennt dies Kieselgur. Indem Nobel 75% flüssiges Nitroglycerin von 25% Kieselgur aufsaugen ließ, gewann er den Sprengstoff, den er Dynamit nannte.

    Zusammenfassung

    Kieselalgen sind einzellige Pflanzen, die sich überwiegend ungeschlechtlich vermehren. Sie produzieren Sauerstoff und bilden die Basis der Nahrungskette. Kieselalgen finden Verwendung in der Bestimmung der Wassergüte, in der Lebensmittelindustrie, sowie in der medizinisch-technischen Forschung. Ohne sie wäre vermutlich auch der Mensch niemals entstanden... Tschüss!

    4 Kommentare

    4 Kommentare
    1. Moin

      Von Jam Sch, vor fast 2 Jahren
    2. Hallo Jaimeohea,
      da hast du völlig recht! Vielen Dank für den Hinweis! Die Aufgabe wurde umgehend überarbeitet.
      Beste Grüße aus der Redaktion

      Von Tatjana Elbing, vor etwa 2 Jahren
    3. Bei Übung 3 sollten die Pluszeichen gleich sein.

      Von Jaimeohea, vor etwa 2 Jahren
    4. Sehr gut und spannend gemacht. Danke! Grüsse von Sylvia

      Von Sylviaellinger01, vor mehr als 6 Jahren

    Kieselalgen Übung

    Du möchtest dein gelerntes Wissen anwenden? Mit den Aufgaben zum Video Kieselalgen kannst du es wiederholen und üben.
    • Beschreibe charakteristische Eigenschaften der Kieselalge.

      Tipps

      Der lateinische Artname der Kieselalge kommt aus dem Griechischen und leitet sich aus dem Wort für durchschneiden ab.

      Lösung

      Der lateinische Name der Kieselalge ist diatomee. Dieses Wort leitet sich von dem griechischen Wort für durchschneiden ab und beschreibt so die Fortpflanzung der Kieselalge. Sie vermehrt sich ungeschlechtlich durch Zellteilung. Es gibt hunderte verschiedene Arten der Kieselalge, die Forscher anhand des Musters auf der Kieselschale unterscheiden können. Eine einzelne Kieselalge ist nur 0,01 mm groß, die Algen schließen sich aber auch oft zu Ketten zusammen.

    • Erkläre, warum Algen für das Ökosystem Erde von großer Bedeutung sind.

      Tipps

      Kieselalgen dienen vielen kleinen Tieren als Nahrung. Sie sind also Produzenten.

      Lösung

      Die Kieselalgen sind für das Ökosystem Erde von großer Bedeutung. Die Algen des Meeres produzieren den größten Teil des Sauerstoffs der Erdatmosphäre und sorgen so dafür, dass wir genug Sauerstoff zum Atmen haben. Zudem binden sie durch den Prozess der Fotosynthese freies $CO_2$. Die Kieselalgen gehören außerdem zum pflanzlichen Plankton und sind so eine Nahrungsquelle für das tierische Plankton. Die Algen bilden also die Basis der Ernährungspyramide und sind somit Hauptprimärproduzenten.

    • Bestimme die Reaktionsgleichung der Fotosynthese.

      Tipps

      Zur Erinnerung die Summenformeln im Überblick: Kohlenstoffdioxid $CO_2$, Wasser $H_2O$, Glucose $C_6H_{12}O_6$, Sauerstoff $O_2$

      Lösung

      Kohlenstoffdioxid und Wasser sind die Ausgangsstoffe der Fotosynthese. Das benötigte Wasser nehmen die Pflanzen über die Wurzeln auf. Kohlenstoffdioxid befindet sich in der Luft und dringt durch winzige Poren, sogenannte Stomata, in das Blatt ein. Unter Einwirkung des Sonnenlichts findet die Fotosynthese statt. Aus dem Kohlenstoffdioxid und Wasser entstehen die Produkte Glucose und Sauerstoff. Die Glucose wird von der Pflanze für die Synthese von Fetten und Eiweißstoffen benötigt. Der entstandene Sauerstoff gelangt in die Atmosphäre.

    • Beschreibe die Symbiose der Flechten.

      Tipps

      Ein Pilz ist nicht in der Lage, Fotosynthese zu betreiben. Er kann also keinen Zucker für seinen eigenen Bedarf herstellen.

      Lösung

      Eine Flechte ist eine Symbiose aus Pilz und Alge. Von dieser Lebensform profitieren beide Partner. Der Pilz, der selbst keine Fotosynthese betreiben kann, wird von der Alge mit organischen Nährstoffen wie Zucker versorgt. Im Gegenzug verleiht der Pilz der Alge Stabilität und einen guten Halt auf dem Untergrund.

    • Beschreibe, wann Algen entstanden sind.

      Tipps

      Überlege dir, wie lange es schon Leben auf unserem Planeten gibt. Vielleicht weißt du ja z.B. in etwa, wann Dinosaurier gelebt haben?

      Lösung

      Die Algen sind eine der ältesten Lebensformen. Die ersten Algen sind bereits vor 1,5 Milliarden Jahren entstanden.

    • Skizziere die Besonderheiten der ungeschlechtlichen Vermehrung.

      Tipps

      Bei der ungeschlechtlichen Vermehrung muss keine Bildung von Keimzellen erfolgen.

      Lösung

      Bei der ungeschlechtlichen Vermehrung gehen aus einer Mutterzelle Tochterzellen hervor, indem sich die Mutterzelle teilt. Es können auch Abschnürungen von geteilten Zellen o.ä. erfolgen. Bei der ungeschlechtlichen Vermehrung wird somit die Tochtergeneration die gleiche genetischen Ausstattung haben wie die Mutterzelle.

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