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Fachdidaktik Biologie am Institut für Sekundarstufe II der pädagogischen Hochschule Bern

  Bilder: Wikipedia Lernaufgabe zum Thema: Ökologie, Beziehungen zwischen Lebewesen

Tarnen, Täuschen und Warnen Fach: Biologie Teilgebiet: Ökologie, Mensch und Umwelt Stufe: Gymnasium, 10. Schuljahr (Tertia), Grundlagenfach Zeitaufwand: 30-35 Minuten Autor: Janosch Hugi Bern, 31.01.2014

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Lernaufgabe: Tarnen, Täuschen und Warnen – Mimikry und Mimese Leitidee und Kontext der Lernaufgabe: Die Ökologie bildet ein umfangreiches Teilgebiet der Biologie. Sie befasst sich mit den vielseitigen Beziehungen der Lebewesen und ihrer Umwelt. Dazu gehören auch die Mimese (Tarnung) und Mimikry (Täuschung). Gemäss dem Berner Lehrplan für Gymnasien sollen die SuS die Beziehungen zwischen Lebewesen kennen und diese anhand konkreter Beispiele erläutern können. Im Rahmen der Lernaufgabe „Tarnen, Täuschen und Warnen“ werden die Begriffe „Mimese“ und „Mimikry“ verständlich erklärt und anhand von Beispielen anschaulich vermittelt. Die Lernaufgabe soll weiter einen Einblick in die faszinierenden und erstaunlichen Formen der Mimese und Mimikry geben und mit Beispielen das Verständnis und die Wahrnehmung der Schülerinnen und Schüler (SuS) im Alltag fördern. Hinweise zum Vorgehen Als Einstieg in die Lernaufgabe wird den SuS ein Ausschnitt aus einem Lehrfilm präsentiert, indem ihnen der Begriff „Mimikry“ erklärt wird. Anschliessend sollten die SuS anhand des Beispiels „Schwebfliege vs. Wespe“ den Begriff in eigenen Worten beschreiben und erklären können. Danach werden in einem zweiten Kurzfilm die Formen der Mimikry, sowie konkrete Beispiele dazu präsentiert. Anschliessend sollen die SuS die im Film präsentierten Informationen wiedergeben und anhand der Fragen ihr angeeignetes Wissen überprüfen und festigen. Als Zusatzaufgabe machen sich die SuS Gedanken über die evolutive Entstehung der Mimikry/Mimese machen. Ergebnissicherung Besprechung der Lernaufgabe im Plenum, Selbstkontrolle durch SuS anhand des Lösungsschlüssels oder Kontrolle (optional: Benotung) durch die Lehrperson. Lernziele der Lernaufgabe (inkl. Zuordnung nach Bloom) Die SuS ... … können den Begriff „Mimese“ und „Mimikry“ in eigenen Worten erklären. (B2) … können die verschiedenen Formen der Mimikry beschreiben, Unterschiede aufzeigen und

je ein begründetes Beispiel davon geben. (B1, B4, B6) … sind fähig, ihr Wissen auf andere Beispiele anzuwenden und können dabei die jeweilige

Form der Mimese oder Mimikry bestimmen und begründen. (B2, B6) … erhalten einen Einblick in Wechselwirkungen zwischen Arten/Lebewesen. … machen sich Gedanken über die evolutive Entstehung und den Nutzen der Tarnung und

Täuschung. Sozialform Einzelarbeit Material Lehrfilme (1 & 2), Arbeitsblatt und Lösungsschlüssel Stufe und Lehrplan Stufe: Sekundarstufe II, 10. Schuljahr (Tertia) Fach: Biologie, Ökologie, Beziehungen zwischen Lebewesen

Als Option könnte das Thema im Unterricht auch im Teilgebiet Evolution oder in der Verhaltensbiologie integriert werden.

Lehrplan: Grundlagefach (oder allenfalls auch Ergänzungsfach) Biologie Vorwissen Die SuS sollten bereits über ein Grundwissen in der Ökologie verfügen. Das heisst, die SuS kennen bereits verschiedene Beziehungen zwischen Lebewesen und können verschiedene biotische und abiotische Faktoren nennen. Für die Zusatzaufgabe ist zudem ein Vorwissen über die Grundzüge der Evolution/Genetik (Darwinsche Fitness, Selektion, Variation) hilfreich.

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Massstab/Kriterien zur Erfüllung der Lernaufgabe Der Lösungsschlüssel ist ausführlich formuliert und sollte (sofern er am Ende der Aufgabe den SuS abgegeben wird) angepasst werden. Am Ende der Lernaufgabe sollten die SuS fähig sein, ihr Wissen auf unterschiedlichen taxonomischen Stufen anwenden und die oben genannten Lernziele erfüllen zu können. Optional kann zudem die Lernaufgabe von der Lehrperson eingesammelt und korrigiert, respektive benotet, werden. Literatur- und Medienverzeichnis Bundesamt für Naturschutz: Mimikry und Mimese - wir tarnen uns! NaturDetektive URL: http://www.naturdetektive.de/natdet-wochenwettbewerb_2010-40.html (17.01.2014) Campbell, Neil A. (Hrsg) (2006): Biologie. 6. Auflage. Pearson Studium, München. S.1408-1410 Mündl, K. (2012): Täuschen und Tarnen - Über Lebenskünstler der Natur. Dokumentarfilm, ausgestrahlt auf 3sat am 9. Oktober 2013 URL: http://www.youtube.com/watch?v=hOJDFHzFDJ0  (9.01.2014) Nentwig, W; Brandl, R.; Bacher, S. (2009): Ökologie kompakt. Spektrum Verlag, Heidelberg 2009. S. 125-126 Filmsequenz: Mimikry und Formen der Mimikry Süss, M. (2010): Tarnen, Täuschen, Warnen. Lehrfilm (DVD). Institut für Film und Bild in Wissenschaft und Unterricht FWU, Grünwald 2010. (Ausleihe: DV 1602, PHBern Institut für Bildungsmedien)

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Aufgabenblatt: Ökologie, Mensch & Umwelt Tarnen, Täuschen und Warnen – Mimikry und Mimese Zeitaufwand: 35 Minuten

1. Sehen Sie sich den Film 1 „Mimikry“ (Ausschnitt: 12:50-14:30) an und machen Sie sich stichwortartig Notizen zum Inhalt.

2. Beschreiben und erklären Sie in eigenen Worten anhand des folgenden Beispiels das Phänomen der Mimikry.

3. Sehen Sie sich den Film 2 „Formen der Mimikry“ an und machen Sie sich wiederum stichwortartig Notizen zum Inhalt.

4. Nennen und erklären Sie die verschiedenen Formen der Mimikry. Geben Sie zudem je ein konkretes Beispiel an.

5. Lesen Sie folgenden Text aufmerksam durch.

Im Gegensatz zur Mimikry versteht man unter dem Begriff Mimese die Eigenschaft, bei der ein Lebewesen in Gestalt, Farbe und Haltung einen Teil seines Lebensraumes annimmt. Dadurch „verschmilzt“ das Lebewesen optisch mit der Umgebung und kann mithilfe dieser „Tarntracht“ von Feinden kaum mehr erkannt werden. Man unterscheidet bei der Mimese zusätzlich in drei verschiedene Formen:

• Allomimese: bei ihr nehmen Lebewesen die Gestalt von unbelebten Gegenständen an, zum Beispiel die von Steinen.

• Phytomimese: sie besagt, dass Lebewesen die Gestalt von Pflanzen annehmen. • Zoomimese: dort nehmen Lebewesen die Gestalt anderer Tiere an, um zum Beispiel

unerkannt unter ihnen leben zu können.

6. Markieren Sie die passende Antwort zu folgenden zwei Aussagen. Überlegen Sie sich zudem, um welche Art von Tarnung/Nachahmung es sich bei den anderen Aussagen handelt.

Ein Beispiel für Müllersche Mimikry ist ... a) ein Schmetterling, der wie ein Blatt aussieht. b) wenn ein giftiger Frosch ähnlich gefärbt ist wie ein artfremder, ebenfalls giftiger

Frosch. c) ein Käfer, der einem Skorpion ähnelt. d) ein räuberischer Fisch mit einer wurmähnlichen Zunge, mit der er Beute anlockt.

Ein Beispiel für eine Tarnfärbung ist ... a) die leuchtende Farbe einer Blüte, die durch Insekten bestäubt wird. b) die leuchtende Markierung eines giftigen tropischen Froschs. c) die gefleckte Färbung von Nachtfaltern, die auf Flechten rasten.

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7. Ordnen Sie für folgende Beispiele „Täuschung und Nachahmung im Tier- und Pflanzenreich“ dem jeweiligen Foto die richtige Aussage zu. Geben Sie zudem an, um welche spezifische Form der Täuschung/Tarnung es sich handelt. Begründen Sie ihre Aussage.

   A. Der Hornissen-Glasflügler ist eine Schmetterlingsart, die in Mitteleuropa häufig verbreitet ist und besonders nahe an Gewässern vorkommt. Er erinnert mit seiner Warnfärbung und seinem Verhalten potentielle Beutegreifer an Hornissen, die ihn deswegen meiden.

B: Die Bienen-Ragewurz, eine Orchideenart, ahmt mit ihren Blütenblättern nicht nur das Aussehen und das Anfühlen von Bienenweibchen nach und lockt so paarungsbereite Männchen an, sondern gibt zusätzlich ein Duftgemisch ab, das identisch mit dem Sexualpheromon (Lockstoff) paarungswilliger Bienenweibchen ist. Die Männchen bestäuben so beim „Begattungsakt“ die Blüten. Doch damit nicht genug: Nach der Bestäubung macht sich die einzelne Blüte unattraktiv für die Wildbienen-Männchen. Sie imitiert den Duft von Weibchen nach der Paarung, die sich ihrem Nachwuchs widmen und nicht mehr belästigt werden möchten. So lenkt die Orchidee die Biene auf noch unbefruchtete Blüten.  

C: Die Wandelnden Blätter sind Insekten und gehören zur Ordnung der Gespenstschrecken. Sie sind durch einen horizontal blattartig verbreiterten Körper charakterisiert, der einem Laubblatt ähnelt. Sie ahmen Blätter nicht nur durch ihr Äusseres nach, sondern auch in ihrem Verhalten. Die Tiere sind nachtaktiv, tagsüber verharren sie stundenlang völlig regungslos. Bei Störung imitieren sie durch schaukelnde Bewegungen ein sich im Wind bewegendes Blatt und tarnen sich so vor möglichen Fressfeinden.

D: Die in Amerika und Ostasien vorkommenden giftigen Schmetterlinge der Unterfamilie Danainae haben sich im Laufe der Stammesgeschichte eine gemeinsame Warntracht zugelegt, so dass die Fressfeinde sie nicht mehr auseinanderhalten konnten. Daher musste der Fressfeind nur bei einem Tier die schlechte Erfahrung machen und mied in Zukunft alle gleich aussehenden Tiere. Hiervon profitieren beide Arten.

E: Etliche Vertreter der Pflanzenfamilie der Aizoaceae (Mittagsblumengewächse), die in afrikanischen Wüsten heimisch sind, ähneln Steinen und werden als „Lebende Steine“ bezeichnet. Die Pflanzen ahmen in Form und Farbe die Steine in ihrer Umgebung nach und sind daher in der Ruhezeit schwerer als potentielle Nahrungsquelle für Fressfeinde zu finden.

F: Die Ameisenspringspinne (Fam. Spinnen) schützt sich vor Fressfeinden durch das Nachahmen von Ameisen, da nur wenige spezialisierte Jäger Ameisen primär als Nahrungsquelle nutzen.

 

 

 

   

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*Zusatzaufgabe: Machen Sie sich Gedanken über die evolutive Entstehung der Tarnung, Warnung und Täuschung bei Tieren und Pflanzen. Welche Vor- oder Nachteile haben diese Eigenschaften für die Lebewesen (sowohl für Räub- wie auch Beutetiere)? Begründen Sie jeweils Ihre Überlegungen.

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Lösungsschlüssel: Ökologie, Mensch & Umwelt Tarnen, Täuschen und Warnen – Mimikry und Mimese

2. Beschreiben und erklären Sie in eigenen Worten anhand des folgenden Beispiels das Phänomen der Mimikry.

Die Mimikry ist ein Sonderfall einer tierischen oder pflanzlichen Schutzanpassung, bei der ein z.B. durch toxische Stoffe gut geschütztes, ungeniessbares oder wehrhaftes Tier, das über eine Warntracht verfügt, von einem ungeschützten Lebewesen anderer Artzugehörigkeit in Körperform oder Farbe nachgeahmt wird. Dies führt zur Täuschung eines Signalempfängers (bspw. potentieller Fressfeind) durch ein nachgeahmtes − gleichsam „gefälschtes“ − Signal. Beispiel aus Film: Wespen können sich mit einem Stachel gegen Angreifer wehren, die Schwebfliege besitzt jedoch keinen Stachel und auch keine andere Verteidigungsmöglichkeit. Durch das Imitieren von Warntrachten wehrhafter Arten können harmlose Arten ihre Überlebenschance deutlich steigern.

4. Nennen und erklären Sie die verschiedenen Formen der Mimikry. Geben Sie zudem je ein Beispiel an.

Müller’sche Mimikry: Im Sinne einer Signalvereinfachung tendieren verschiedene giftige Arten dazu, die gleichen Warnfarben zu benutzen. Oftmals haben Räuber auch eine angeborene Abneigung gegenüber solchen Warnfarben. Wir bezeichnen dieses, auf tatsächlicher Giftigkeit beruhende Phänomen als Müller’sche Mimikry.

Beispiel aus Film: • Wespen, Bienen, Hornissen und noch einige andere wehrhafte Hautflügler

tragen z.B. die gleiche Warntracht.   Weitere Beispiele:

• Die in Amerika und Ostasien vorkommenden giftigen Schmetterlinge der Unterfamilie Danainae haben sich im Laufe ihrer Stammesgeschichte als ungeniessbare Schmetterlinge eine gemeinsame Warntracht „zugelegt“, so dass die Fressfeinde sie nicht mehr auseinanderhalten konnten. Daher musste der Fressfeind nur bei einem Tier die schlechte Erfahrung machen und mied in Zukunft alle gleich aussehenden Tiere.

• Der Giftige Pfeilfrosch Südamerikas und Mantellafrösche von Madagaskar sind Beispiele für die auffallende Färbung, die Raubtieren das Signal „Achtung, ich bin giftig!“ signalisieren soll.

Bates’sche Mimikry (auch Schutz-Mimikry): Es liegt nahe, dass eine schützende Warnfärbung auch von Arten übernommen werden kann, die ungiftig sind, also die eigene Gefährlichkeit nur vortäuschen. Wenn ungiftige Nachahmer seltener als die giftigen Vorbilder sind, profitieren die Nachahmer gleichwohl von der Warnfärbung.

Beispiel aus Film: • Schwebfliegen (Syrphidae), die mit ihrer Schwarz-Gelb-Zeichnung eine

Wespenähnlichkeit angenommen haben, aber als Zweiflügler vollkommen harmlos sind.

Weitere Beispiele hierfür sind: • Eiimitationen auf den Laubblättern von Passionsblumen-Arten dienen als

Abwehr gegen eiablagebereite Schmetterlinge der Gattung Heliconius (Zebrafalter).

• Harmlosen Milch- und Königsschlangen, die giftige Korallenschlangen nachahmen. Beide Schlangen sind gekennzeichnet durch sich verändernde gelbe, rote und schwarze Bänder, was mögliche Räuber von beiden Arten abhält.

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Peckham’scher Mimikry: Wenn ein Räuber ein anlockendes Signal abgibt, um eine potenzielle Beute zu ihrem Nachteil zu täuschen, sprechen wir von aggressiver, Lock- oder Peckham’scher Mimikry. Beispiel aus Film:

• Anglerfische: die absonderliche Gestalt der Anglerfische hat den Zweck, sie unsichtbar zu machen und einer potentiellen Beute eine Nahrungsquelle vorzugaukeln. Die Anglerfische sind durch eine unförmige Gestalt, Farbe und Hautanhängsel als bewachsener Stein, Korallen, Schwamm oder Seescheide getarnt.

Weitere Beispiele: • Der Seeteufel (Lophius piscatorius) lockt mit Hautlappen, die in Form von

Würmern ausgebildet sind, kleine Fische an, die dann verspeist werden.

6. Markieren Sie die passende Antwort zur folgenden Aussage. Überlegen Sie sich zudem, um welche Art von Tarnung/Nachahmung es sich bei den anderen Aussagen handelt.

Ein Beispiel für Müllersche Mimikry ist ... (Lösung: B) a) ein Schmetterling, der wie ein Blatt aussieht (Phyto-Mimese) b) wenn ein giftiger Frosch ähnlich gefärbt ist wie ein artfremder, ebenfalls giftiger

Frosch c) ein Käfer, der einem Skorpion ähnelt. (Bates’sche Mimikry) d) ein räuberischer Fisch mit einer wurmähnlichen Zunge, mit der er Beute anlockt.

(Peckham’sche Mimikry)

Ein Beispiel für eine Tarnfärbung ist ... (Lösung: C) a) die leuchtende Farbe einer Blüte, die durch Insekten bestäubt wird. (Peckham’sche

Mimikry) b) die leuchtende Markierung eines giftigen tropischen Froschs. (Müllersche Mimikry) c) die gefleckte Färbung von Nachtfaltern, die auf Flechten rasten.

   

7. Ordnen Sie für folgende Beispiele „Täuschung und Nachahmung im Tier- und Pflanzenreich“ dem jeweiligen Foto die richtige Aussage zu. Geben Sie zudem an, um welche spezifische Form der Täuschung/Tarnung es sich handelt. Begründen Sie ihre Aussage in 1-2 Sätzen.

 

A. Bates’sche Mimikry  B: Peckham’sche Mimikry  C: Phyto-Mimese D: Müller’sche Mimikry E: Allo-Mimese F: Bates’sche Mimikry

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*Zusatzaufgabe: Machen Sie sich Gedanken über die evolutive Entstehung der Tarnung, Warnung und Täuschung bei Tieren und Pflanzen. Welche Vor- oder Nachteile haben diese Eigenschaften für die Lebewesen (sowohl für Räub- wie auch Beutetiere)? Begründen Sie jeweils Ihre Überlegungen. • Evolution*: Die Mimikry und Mimese stellen farbliche Anpassungen dar, die

mehrmals unabhängig voneinander evolvierten. In der Natur treten immer wieder Variationen innerhalb einer Art auf, zum Beispiel in Form einer veränderten Färbung. Diese beruht auf zufälligen Mutationen in der Erbsubstanz der Lebewesen und kann zur Ausbildung unterschiedlicher Geno-, respektive Phänotypen führen. Dabei haben Lebewesen mit einer Tarn- oder Warnfärbung einen Überlebensvorteil (höhere darwinsche Fitness) gegenüber ihren Artgenossen und werden sich daher häufiger fortpflanzen können. Das Merkmal wird von Generation zu Generation weitergegeben und tritt bei immer mehr Mitgliedern der Art auf.

• Vorteile der Warn-/Tarntracht: o Selektionsvorteil I: ein Lebewesen läuft weniger Gefahr, gefressen zu

werden, wenn es gefährlich/giftig aussieht – oder es von einem potentiellen Räuber aufgrund seiner Tarnung gar nicht erst entdeckt wird.

o energetischer Aspekt: passiver Schutz vor potentiellen Raubtieren ist energetisch günstiger als die aktive Flucht oder Verteidigung.

o Selektionsvorteil II: Anhand einer Tarntracht können sich jedoch auch Raubtiere (bspw. Tiger) einen Vorteil verschaffen, indem sie sich ihrer Beute unbemerkt nähern und ihre „Fangquote“ wesentlich erhöhen können. Je besser die Tarnung, desto geringer die Gefahr, vor dem Angriff entdeckt zu werden und desto höher ist folglich die darwinsche Fitness des Lebewesen.

• Nachteil der Warnfärbung: man kann trotzdem gefressen werden, wenn der Räuber die Warnfarbe nicht oder zu spät wahrnimmt, oder den „Trick“ durchschaut hat. Für den Räuber bedeutet die Tarn- oder Warnfärbung jedoch auch ein Nachteil, da er seine Beute „ignoriert“ (da sie ungeniessbar aussieht) oder gar nicht erst entdecken kann.

*Evolution im Detail: Diese im Verlauf der Stammesgeschichte entstandene Analogie der Signale hat letztlich den biologischen Zweck, die Überlebenschancen der Individuen der nachahmenden Art zu erhöhen. Gemäss den neusten Erkenntnissen wird die Evolution der Mimikry von einer relativ kleinen Anzahl von Genen kontrolliert wird. Von den zehntausenden Genen in einem typischen Erbgut scheint nur eine Handvoll wieder und wieder grössere evolutionäre Veränderungen anzutreiben“. (weiterführende Informationen im Artikel: http://www.scinexx.de/wissen-aktuell-13721-2011-07-26.html)