Biogeographie

Am Anfang könnten Bilder (Dias, Beamer z.B. aus GEO 6/79, 12/93, 5/99) von Krokodilen stehen. Das Interesse an diesen Tieren ist groß.
Ein kurzes Unterrichtsgespräch über Lebensraum und Lebensweise geht in den Schädelvergleich über.

Arbeitsblatt als Druckvorlage

Die Schädelform kann man vergleichen, die Funktion der Zähne besprechen, Vermutungen über die Beutetiere anstellen, ...
Bedeutung der binären Nomenklatur, ...
Die aufgeführten wissenschaftlichen Namen weisen einmal auf den deutschen Namen und zum anderen aber auch auf das Vorkommen hin.
Im Zoo steht auf den Tafeln an den Gehegen auch der wissenschaftliche Name, dort findet man auch oft Weltkarten, auf denen das Verbreitungsgebiet eingezeichnet ist.

Die folgende Weltkarte (als Folie vorbereiten) zeigt alle Verbreitungsgebiete der oben besprochenen Tiere. Die Kinder können die Einzelvorkommen beschreiben, auf den nähren Lebensraum (Meer, Flüsse) eingehen und sich die Summe der Verbreitungsgebiete auf einem Globus vor Augen führen.

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Wieso kommen Krokodile nur in diesem, wenn auch recht breiten Erdgürtel vor?

Vermutung : Temperatur / Klima

Die Hypothesen können nun z.B. mit Hilfe der folgenden Versuchsergebnisse überprüft werden. Die Ergebnisse wurden an verschiedenen Reptilienarten erhalten, sie gelten auch für Krokodile.

1. Künstlich ausgebrütete Reptilieneier

Da die Terrarien zur Reptilienhaltung auch in Zoos oft zu klein sind, von der Ausstattung her nicht alle Brutbedingungen bieten, die Elterntiere u.U. kein Brutpflegeverhalten zeigen oder in ihm gestört sind, die Tiere mit anderen Arten vergesellschaftet sind oder einfach, weil die Eier zu wertvoll sind, werden die abgelegten Eier oft entnommen und im Brutkasten bebrütet.
Dazu werden sie in ein Plastikgefäß mit feuchtem Sand gebracht und bei einer bestimmten Temperatur gehalten.
Um die günstigsten Bedingungen für die Eientwicklung heraus zu finden, hat man die Eier auf verschiedene Behälter verteilt und bei diesen Versuchsgruppen Feuchtigkeitsgrad und Temperatur variiert. Bei späteren Zuchten hätte man dann nur noch die jeweils optimalen Bedingungen eingestellt.

Die Ergebnisse waren überraschend:

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Die Kurven werden von den Schülerinnen und Schülern interpretiert. - Nun haben sie eine Antwort auf ihre Frage / ihre Vermutung erhalten.

Falls die Kinder mit der Darstellung der Versuchsergebnisse und damit natürlich auch der Interpretation des Kurvenverlaufs Schwierigkeiten haben, kann man die folgende Hilfestellung geben.

Es wird der Versuch herausgegriffen, mit dessen Hilfe die günstigste Bruttemperatur für die Eier einer bestimmten Eidechsenart (Ergebnisse oben schwarz dargestellt) herausgefunden werden sollte.
Auf neun Behälter mit feuchtem Sand wurden je zehn Eier verteilt und bei neun verschiedenen Temperaturen bebrütet. Der Sand war überall gleich feucht. Die folgenden Ergebnisse wurden erhalten:

Im ersten Behälter waren unter den geschlüpften Tieren keine männlichen, im letzten Behälter waren alle männlich. ...
Das in der Tabelle festgehaltene Ergebnis lässt sich mit einfachen Mitteln veranschaulichen:

Die Perlen und das Plastilin stammen aus dem Spielwarengeschäft, mit der Spitze des kleinen Schraubendrehers sorgt man für den gleichen Abstand zwischen den Spaghetti - Stäben, die man nachträglich mit der Nagelschere auf etwa gleich Länge einkürzen kann.

Jede Säule entspricht einem Temperaturwert [°C]: 18, 20, 22, ...
Jede blaue Perle entspricht einem geschlüpften männlichen Tier.

Wenn z.B. bei 30°C aus zehn bebrüteten Eiern 3 männliche Tiere schlüpfen, sind die anderen 7 weiblich.

Die Grenzlinie zwischen den roten und blauen Perlen entspricht dem Verlauf der schwarzen Kurve in der obigen graphischen Darstellung.

2. Körpertemperatur

Der Zusammenhang zwischen Umgebungstemperatur und Körpertemperatur wurde bei vielen Tieren gründlich untersucht (Filme, Versuchsergebnisse, ...).

Untersucht man die Körpertemperaturen von Tieren in Abhängigkeit von der Umgebungstemperatur, so erhält man zwei unterschiedliche Ergebnisse. Die rot dargestellten Werte stammen z.B. von einer Maus, die blau wiedergegeben z.B. von einer Eidechse.

Es gibt wechselwarme und gleichwarme Tiere. Reptilien gehören zu den Wechselwarmen. Welche Folgen hat das für ein Tier, wenn es wechselwarm ist?

Die beiden Kurven werden interpretiert. Wie kann man die Aktivitäten messen? Warum sind die Tiere unterschiedlich aktiv? Wo wird sich das Tier am wohlsten fühlen? Was passiert an den "Endpunkten" der jeweiligen Kurven? In welchem Temperaturbereich wird das Tier sich fortpflanzen, welcher erlaubt ein Wachstum des Tieres und in welchem Bereich wird es gerade noch überleben? - Die Bereiche werden eingetragen.
Bedeutung für die Verbreitung? In welchen Gebieten ist der Bestand der Art langfristig gesichert?

Die geringere Aktivität ist sicher ein Nachteil. Auf der anderen Seite wird Futter gespart (vgl. Energiefluss Eisbär).

Die bisher unter 2.) gezeigten Ergebnisse wurden in (kleinen) Terrarien / Käfigen in temperierten Räumen gewonnen.

Nachdem sich die Technik weiter entwickelt hatte und man frei beweglichen Eidechsen im natürlichen Habitat kleine Thermometer mit Sendern ankleben konnte, erhielt man die folgenden Messergebnisse.

Erstaunlich sind die Schwankungen einerseits und andererseits aber der relativ hohe Durchschnittswert der Körpertemperatur. D.h. zu bestimmten Tageszeiten sind die Tiere gleichwarm, wenn auch große Schwankungen vorliegen.

Wie ist das möglich?

Die Tageszeiten legen bestimmte Vermutungen nahe.
Zur Überprüfung sind weitere Messungen und Beobachtungen nötig.
Das folgende Bild zeigt eine Eidechse in einem Ausschnitt ihres Lebensraumes und die Tabelle gibt Messwerte wieder. Bild und Tabelle sollten im Zusammenhang interpretiert werden.

Falls das Tier eine höhere Körpertemperatur als die Umgebungstemperatur besitzt, gibt es Wärme ab. Es kann durch die direkte oder reflektierte Sonnenstrahlen und durch vom Boden oder Felsen ausgehende Wärmestrahlung erwärmt werden. Beträgt in dem abgebildeten Fall die Lufttemperatur 35°C, so ist die Bodentemperatur in der Sonne etwa 45°C und im Schatten 35°C.

Wenn die Sonne kräftig scheint, kann sich das Tier sonnen und den Körper über die Lufttemperatur aufheizen. Wenn es ihm zu warm ist, ...

Pfiffige Schülerinnen und Schüler sehen, dass die Regelung nicht zu genau arbeiten darf (= große Schwankungsbreite). Das Tier käme sonst in die ungünstige Situation des "Dauerlaufes".

Im Sommer verhalten wir uns im Freibad ähnlich. Ist uns etwas kühl, legen wir uns in die Sonne, wird es unangenehm warm, ziehen wir in den Schatten um. Läuft man barfuss, stellt man fest, dass die Gehwegplatten aufgeheizt sind.

Interpretation der in den Bildern festgehaltenen Beobachtungsergebnisse.

Reptilien können ihre Körpertemperatur über ihr Verhalten regulieren.

Das Tier muss in der Lage sein, mit einem inneren Sinnesorgan seine Körpertemperatur zu messen.
In seinem Nervensystem muss seine Wunschtemperatur gespeichert sein.
Es muss in ihm eine Stelle im Nervensystem geben, die die beiden Werte vergleichen kann und je nach Ergebnis keinen / einen unterschiedlichen Befehl gibt.
Nehmen wir an, die Stelle subtrahiert; dann sind drei verschiedene Resultate möglich:

K - W = 0    =>  das Tier muss nichts machen
K - W < 0    =>  es ist zu kalt, das Tier geht in die Sonne
K - W > 0    =>  es ist zu warm, das Tier geht in den Schatten

(Zur Erleichterung kann man auch zuerst konkrete Zahlenwerte einsetzen.)

Vorteil : keine großen Kosten
Nachteil : Die Klimazone und dort die Tages- und Jahreszeit müssen es erlauben

Das ist die zweite Antwort auf die Ausgangsfrage.