Das Wärmesinnesorgan der Klapperschlange

Vorbemerkung:

Riesenschlangen und Grubenottern besitzen Wärmesinnesorgane (WSO) in zwei Reihen von Vertiefungen oder in zwei Gruben im Kopfbereich. Mit diesen Sinnesorganen können sie Infrarotstrahlung (Wärmestrahlen) registrieren und dadurch versteckte bzw. getarnte Beutetiere aufspüren und fangen und auch nachts jagen.
Dieses Thema bietet eine für die Schülerinnen und Schüler interessante Möglichkeit, ein besonderes Sinnesorgan kennen zu lernen. Sie können eine Vorstellung erhalten, wie die Informationen zweier verschiedener Sinnesorgane miteinander verrechnet werden könnten. - Die Klapperschlange nimmt andere / zusätzliche Reize auf; sie lebt in einer "anderen Welt".
Es besteht eine gute Gelegenheit, Verbindungen zu technischen Anwendungen zu ziehen: Nutzung von Infrarotkameras (in USA schon in Luxuslimousinen eingebaut), IR-Sensoren der Feuerkäfer, die man versucht mit Messelektronik zu einem Biosensor für Waldbrände zu verbinden, ...

Anregungen zu der Unterrichtseinheit, möglicher Verlauf

Nachdem man mit Hilfe von Bildern (Dias, Beamer) Schlangen / Giftschlangen, Bisswunden usw. vorgestellt und das Interesse der Schülerinnen und Schüler schon geweckt hat, kann man die Motivation für das Thema durch die folgende Geschichte noch steigern und die Fragestellungen auf die Besonderheit konzentrieren.

"Bei der Jagd nimmt die Klapperschlange zunächst eine frische Mäusespur auf und folgt züngelnd den Duftteilchen, die die Maus am Boden und an Pflanzen zurück gelassen hat. Auf diese Art jagt sie auch nachts erfolgreich.
Aber wie stellt das Tier fest, wann es dicht genug an das Beutetier herangekommen ist und wie trifft sie beim Vorschnellen und Zubeißen?"

Die Schülerinnen und Schüler werden Sinnesorgane (Augen, Geruchsinn - Ohren entfallen als Möglichkeit) vorschlagen, die durch ihre besondere Leistungsfähigkeit der Schlange den Fang ermöglichen. Man kann die Kinder auffordern, sich Versuche zur Überprüfung der Vermutungen aus zu denken.
Auch mit verklebten Augen und narkotisierten Geschmacksnerven findet und fängt die Klapperschlange die Beute sicher in völliger Dunkelheit.

Als nächsten Schritt der Untersuchung bietet es sich an, die Schlangen, die dazu in der Lage sind, genauer zu untersuchen.

   

Es fallen den Kindern die kleinen Höhlen auf. Nach dem vorausgegangenen Unterrichtsgespräch ist es für alle leicht, ein Experiment vor zu schlagen, mit dem man prüfen kann, ob die Vertiefungen die Orientierung ermöglichen.

Verklebt man die Öffnungen, kann die Schlange die Maus in völliger Dunkelheit nicht fangen. Welches Sinnesorgan sich in den Grübchen verbirgt, sollte man mitteilen und seine Leistungsfähigkeit durch einen Vergleich mit unseren Wärmerezeptoren verdeutlichen.
Wenn wir die Wärmesinnesorgane unserer Haut nahe genug an eine starke Wärmequelle (Heizung, Glühlampe) bringen, können auch wir Wärmestrahlung registrieren. Das Grubenorgan der Klapperschlange ist aber ungleich empfindlicher; in der Grube kann das Tier Temperaturänderungen im Bereich von tausendstel Grad registrieren.
Da sowohl unser Kälte- als auch Wärmeempfinden so unempfindlich ist, müssen wir uns mit ungefähren, relativen Eindrücken begnügen, ein Thermometer benutzen oder Temperatur in ein anderes Signal für eines unserer leistungsfähigeren Sinnesorgane transformieren. So geht der Mensch immer vor, wenn ihm ein Sinnesorgan für Reize völlig fehlt (UV-Licht, Radiowellen, Magnetfeld) oder zu unempfindlich ist (Duftstoffe, Temperatur): Er benutzt technische Geräte (z.B. Kompass) oder Tiere (z.B. Hund), um den ursprünglichen Reiz in eine andere Qualität (meist einen optischen Reiz) zu transformieren.

   

Für den weiteren Verlauf kann man, wie so oft, Anleihen bei Hoimar von Ditfurth und Volker Arzt (Bücher nach der Fernsehreihe "Querschnitte") oder Volker Arzt und Karin Steinhage (Bücher nach der "Kochmos" - Fernsehserie) machen. Die Buchreihen sind Sammlungen genialer fächerübergreifender Ideen zur Veranschaulichung.

Die Klapperschlange und wir leben in derselben Umwelt, nehmen aber unterschiedliche Ausschnitte wahr - keiner nimmt "die ganze Welt" wahr, jeder konstruiert sich eine eigene. Verrechnungsleistungen der Schlange (Abituraufgabe) kann man zwar messen, ihre Wahrnehmung bleibt uns aber unzugänglich. Davon können wir uns in gewissen Grenzen Hilfsvorstellungen machen. - Die folgenden Aufnahmen von Volker Arzt und Karin Steinhage, die mit einer Wärmekamera bzw. einem Fotoapparat aufgenommen wurden, erlauben eine Ersatzvorstellung - sicher nicht über die Wahrnehmungen der Tiere, aber darüber, wie hilfreich Zusatzinformationen sein können.

   

Für den Menschen ist es nicht möglich, durch den Müllsack zu sehen. Für die Klapperschlange auch nicht. Aber ihr WSO gibt ihr zusätzliche Informationen, die vielleicht dem Bild einer Infrarotkamera entsprechen. Man sollte auch immer bedenken, dass es für eine Giftschlange auch nur wichtig ist, überhaupt zu treffen.

   

Die Schülerinnen und Schüler erraten sehr schnell, was abgebildet ist. Die Zusatzinformation, die eine Infrarotkamera / ein WSO liefert, ist auch für uns von Bedeutung.

   

Das Infrarotbild gibt einige Rätsel auf, die sich erst durch das schwarz-weiß Bild lösen lassen. - Die Brille absorbiert offensichtlich die Wärmestrahlen der Augen; es handelt sich um kalte Milch. Diese Zusatzinformation erhalten wir nur, falls wir sehen, dass das Glas außen beschlagen ist.

   

Ausgehend von dem linken Bild sollten die Kinder jetzt die "Darstellung" der Fische (wechselwarm, Glasaquarium) voraussagen können.

Die Überlegungen und Eindrücke kann man jetzt mit Hilfe des Arbeitsblattes auf die Schlange übertragen.

 

Druckvorlage (24.2 KB)

Das linke Bild sollten die Schülerinnen und Schüler farbig ausmalen - es soll die Umwelt darstellen, so wie wir sie sehen. Das zweite Bild zeigt das schwarz-weiß Bild, das die Schlange über die Augen wahrnimmt. Rechts soll eingezeichnet werden, was das Tier mit seinem WSO wahrnimmt. Nach einer Diskussion und Zusatzinformationen über die genauere Funktionsweise des WSO durch die Lehrerin / den Lehrer (z.B. sieht die Klapperschlange auch warme Glühbirnen als Beute an) zeichnen die Kinder an die Stelle, an der sich das Kaninchen und die Maus befinden, einen roten Fleck mit unscharfem Rand, an die Stelle des Frosches einen ganz schwachen Sprenkel.

Wenn wir mit einer Person sprechen, so erhalten wir eine einzige Wahrnehmung; Seheindruck, das Gehörte, Gerucheindruck, ... verschmelzen zu einem "Bild". Wie kann man sich die Gesamtwahrnehmung der Klapperschlange vorstellen? Einen Eindruck erhält man, wenn man die beiden Bilder (Folien vorbereiten) übereinander legt. Der Vorteil für die Schlange wird besonders einsichtig, wenn die Lehrerin / der Lehrer die Demonstration mit weiteren Folien mit einem sehr gut getarnten Tier in seiner natürlichen Umgebung oder einer "Nachtfolie" und den jeweiligen Folien der WSO - Informationen wiederholt.
Das Beutetier wird auf dem schwarz-weiß Bild markiert, hervorgehoben, koloriert.

Für viele Kinder ist sicher die folgende Demonstration eines Infrarot - Thermometers als Funktionsmodell einer Klapperschlange hilfreich, die neuen Vorstellungen zu verarbeiten.

Das Ergebnis der Demonstration kann mit Hilfe des folgenden Arbeitsblattes besprochen, verdeutlicht und festgehalten werden.

Ringelnatter		Objekte, die vorhanden sind	Klapperschlange
Gehirn	Auge		Auge	WSO	Gehirn

Die Gedankenversuche auf den Blättern sind von den Gläsern ("Beutetieren") aus nach links bzw. rechts zu lesen. Alle Gläser sollen gleich hoch mit Wasser gefüllt sein. Kein Glas sollte außen beschlagen sein.

- 1. Fall : bei Tag, Temperatur des Wassers = Umgebungstemperatur
- 2. Fall : bei Nacht, Temperatur des Wassers = Umgebungstemperatur
- 3. Fall : bei Tag, kalt, Umgebungstemperatur, warm
- 4. Fall : bei Nacht, kalt, Umgebungstemperatur, warm

Die Durchführung des Gedankenexperiments überprüft, festigt und verdeutlicht durch die Vergleichsmöglichkeiten die Vorteile der Informationen durch das weitere Sinnesorgan.