Überlebenskünstler in Extremräumen - wie sich Tiere ihrer Umwelt anpassen Materialien

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1 von 26 Pflanzen, Tiere, Lebensräume Beitrag 17 Überlebenskünstler (Klassen 5/6)

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Überlebenskünstler in Extremräumen – wie sich Tiere ihrer Umwelt anpassen

Ein Beitrag von Julia Schwanewedel und Kathrin Klöpfel, Kassel

Temperaturen bis zu –80 °C, Eis und Schnee – an diese Umweltbedingungen ist der Eisbär perfekt angepasst.

Mit einfachen Exper imenten zu den Strat egien von Hitze- und Kält eexperten!

Das Wichtigste auf einen Blick

Klassen: 5/6

Dauer: 8 Stunden (Minimalplan: 4 Stunden) Kompetenzen: Die Schüler …

• können die Angepasstheiten ausgewähl- ter Tierarten an ihren Lebensraum beschreiben.

• können Daten mithilfe von Experimenten gewinnen und in Form von Tabellen und Diagrammen darstellen.

• können ihre Ergebnisse zusammenfassen und vor ihren Mitschülern präsentieren.

Aus dem Inhalt:

• Welchen Vorteil bringt ein großer Körper in der Kälte?

• Warum ist die Dornschwanzagame mor- gens dunkel und abends hell gefärbt?

• Wie überlebt der Wüstenfuchs bei 60°C im Schatten?

• Schützt Zusammenrücken Pinguine vor Kälte?

hoch Arktische Kälte, Eis und Schnee auf der einen

Seite, extreme Hitze, Wüstenstürme und Was- sermangel auf der anderen Seite. Gehen Sie mit Ihrer Klasse auf die Suche nach Überlebens- künstlern für diese beiden extremen Lebens- räume.

In Gruppenarbeit erarbeiten sich Ihre Schüler arbeitsteilig das Konzept der Angepasstheit am Beispiel typischer Wüsten- und Polartiere.

Dabei lernen sie die Überlebensstrategien der Tiere kennen, erforschen in einfachen Experi- menten die Zusammenhänge zwischen besonderen Merkmalen der Tiere und ihrer Umwelt, vergleichen diese systematisch miteinander und präsentieren ihr Wissen bei einer gemeinsamen Plakatausstellung.

Foto: Thinkstock /AbleStock.com

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2 von 26 Überlebenskünstler (Klassen 5/6) Planzen, Tiere, Lebensräume Beitrag 17

Rund um die Reihe

Warum wir das Thema behandeln

Arktis, Antarktis und Wüste sind die unwirtlichsten Lebensräume der Erde und üben schon deshalb einen ungeheuren Reiz auf Schülerinnen und Schüler* aus. Aus dem Zoo oder den Medien kennen die Lernenden häuig bereits Vertreter beider Lebensräume, sodass sie eigene Erfahrungen mit in den Unterricht einbringen können.

Die Angepasstheit von Tieren an ihren Lebensraum wird besonders deutlich an Spezialisten für Kälte und Hitze. Die Schüler lernen im Rahmen der Einheit Vertreter beider Lebensräume kennen. Sie beschreiben wichtige Merkmale der Tiere und vergleichen sie untereinander. Ein- fache Experimente zum Thema erschließen den Zusammenhang zwischen Merkmalen der Tiere und ihrer Umwelt auf anschauliche Weise. Durch die Thematisierung von Angepasstheiten werden wichtige Grundlagen für ein Verständnis evolutionärer Zusammenhänge gelegt. Im Zusammenhang mit der Angepasstheit von Lebewesen an Umweltbedingungen in ihrem Le- bensraum existieren bei den Lernenden zahlreiche Alltagsvorstellungen, die sich teilweise nicht mit fachlichen Vorstellungen decken. Als typisch ist hierbei die Vorstellung von einer gezielten adaptiven Veränderung von Körperbau und Lebensweise zu nennen. Dieser Alltagsvorstellung, dass Anpassung eine aktive Tätigkeit wäre, wird in der Unterrichtsreihe das Konzept der Ange- passtheit als Zustand entgegengesetzt.

* Im weiteren Verlauf wird aus Gründen der besseren Lesbarkeit nur „Schüler“ verwendet.

Was Sie zum Thema wissen müssen

Was versteht man unter einem extremen Lebensraum?

Extreme Lebensräume sind solche, in denen ein bzw. mehrere Faktoren einen „extremen“, je- doch konstanten Wert haben oder sehr hohen Schwankungen unterliegen. Heiße Wüsten wie die Sahara, aber auch die Arktis und Antarktis gehören dazu. Bestimmte Umweltbedingungen einfach als „extrem“ zu bezeichnen, erscheint jedoch nur auf den ersten Blick offensichtlich. Es bedeutet zunächst nur, dass diese Bedingungen aus unserer menschlichen Sicht mit unseren besonderen physiologischen Eigenschaften und Toleranzbereichen extrem sind. Die Eiswüsten der Antarktis stellen beispielsweise für Pinguine keine extreme Umwelt dar.

Abiotische Umweltfaktoren eines Lebensraumes, wie die Temperatur oder die relative Luft- feuchtigkeit, wirken in der Regel gemeinsam in einem komplexen physikalisch-chemischen Beziehungsgeflecht auf die Organismen ein und entscheiden darüber, ob ein Organismus innerhalb des vorgegebenen Bedingungsrahmens auf Dauer bestehen kann oder nicht.

„Anders“ zu sein, z. B. in Bezug auf die Toleranz gegenüber einem Umweltfaktor, erschließt dabei Tier- und Planzenarten sonst ungenutzte räumliche sowie materiell-energetische Res- sourcen und bringt damit Vorteile durch Konkurrenzausschluss. Arten, die längere Zeiten ohne Niederschlag auskommen oder Minusgrade bis zu 80 °C ertragen, besitzen entscheidende Angepasstheiten. Sie können auch Lebensräume jenseits der Polarkreise sowie Wüsten in den Trockengürteln der Kontinente besiedeln.

Umweltbedingungen in Wüsten und Polargebieten

In den Wüsten und Polargebieten der Erde spielen vor allem die hohe oder niedrige Tempera- tur, Wassermangel und Nahrungsknappheit eine bedeutende Rolle. Beispiele für „Exzentriker“, wie Wüstenfuchs, Kaiserpinguin oder Kängururatte, zeigen die erfolgreiche Besiedlung dieser extremen Lebensräume. Auch aus ökologisch-geograischer Sicht gibt es eindrucksvolle Belege für die erfolgreiche Besiedlung: Bei vielen nahe verwandten Säugetierarten oder -rassen sind die exponierten Körperteile (Ohren, Schwänze) in kälteren Gebieten kleiner bzw. kürzer als in wärmeren Gebieten (Allensche Proportionsregel). Prominentes Beispiel sind die großen Ohren des Wüstenfuchses im Vergleich zu denen des in den nördlichen Polarregionen beheimateten

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Vorschläge für Ihre Unterrichtsgestaltung

Voraussetzungen der Lerngruppe

Ihre Schüler sollten in der Lage sein, einfache Versuche nach Anleitung durchzuführen. In dieser Unterrichtsreihe wird außerdem an das Darstellen von Daten in Form von Diagrammen aus dem Mathematikunterricht angeknüpft, wobei wichtige Schritte noch einmal auf einer Tippkarte erläutert werden.

Aufbau der Reihe

Der Einstieg in die Unterrichtsreihe erfolgt über die Aktivierung des Vorwissens zu extremen Lebensräumen. Dieses Vorwissen wird von den Schülern nach Anleitung von Arbeitsblatt M 1 in Form einer Mindmap gesammelt und strukturiert. Anhand der Mindmap wird die Leitfra- ge: „Wie schaffen es Tiere in extremer Kälte und Hitze zu überleben?“ herausgearbeitet. Im Anschluss erfolgt die Aufteilung der Lernenden in zwei Gruppen: „Manche mögen’s heiß!“

(Lebensraum Wüste) und „Immer cool bleiben!“ (Lebensräume Arktis und Antarktis) sowie die Verteilung von typischen Vertretern der Lebensräume auf Kleingruppen. Die Kleingruppen erarbeiten sich zunächst arbeitsteilig mithilfe der Arbeitsblätter M 2 bzw. M 3 die Umweltfaktoren in den Lebensräumen Wüste und Arktis/Antarktis. Anschließend lernen sie die Angepasstheiten des ihnen zugeteilten Vertreters dieser Lebensräume anhand der Arbeitsblätter M 4 (Dorn- schwanzagame), M 6 (Wüstenfuchs), M 8 (Eisbär) und M 10 (Pinguin) kennen. Die Vermutungen eines Wüstenforschers und einer Polarforscherin zur genauen Funktion einer ausgewählten Überlebensstrategie veriizieren die Gruppen schließlich in den Versuchen M5 (Welche Farbe schützt vor Hitze?), M 7 (Welchen Vorteil haben große Ohren?), M 9 (Welche Größe ist in der Kälte von Vorteil?) und M 11 (Schützt Zusammenrücken vor Kälte?).

Die Ergebnisse der Kleingruppenarbeiten werden anschließend beim Treffen innerhalb der beiden Großgruppen Wüste und Polargebiete anhand der Arbeitsblätter M 12 und M 13 ausge- tauscht. Die Sicherung der wichtigsten Ergebnisse in Bezug auf die Beantwortung der Problem- frage erfolgt durch die Erstellung von Plakaten nach Anleitung von Arbeitsblatt M 14, die zum Abschluss in einem Museumsrundgang präsentiert werden. Die Plakate können gleichzeitig zur Lernerfolgskontrolle herangezogen und benotet werden.

Tipps zur Differenzierung

• Die Gruppenarbeit bietet über die Zusammensetzung der Gruppen generell die Möglichkeit, schwächere Schüler mit stärkeren zusammenarbeiten zu lassen.

• Leistungsstarke Schüler können über zusätzliche Rechercheaufträge (Internetadresse siehe Medientipps) Inhalte vertiefen und ihre zusätzlichen Informationen dann bei der Erstellung der Plakate einbringen.

• Je nach Vertrautheit der Lerngruppe mit der Methode des Mindmappings können bei der Bearbeitung von M 1 einige Schritte, wie z. B. das Identiizieren der Oberbegriffe bzw. das Zusammenfassen von Begriffsgruppen, im Plenum erfolgen. Erfahrene Klassen können die Mindmap auch ganz ohne die Anleitung M 1 aufstellen.

• Schwächere Schüler erhalten mit der Tippkarte „Aufstellen von Diagrammen“ eine Schritt- für-Schritt-Anleitung zum Erfassen der Messergebnisse im Kurvendiagramm.

• In leistungsstarken Lerngruppen können die aufgestellten Vermutungen über die Angepasst- heiten der vier Tiere auch anhand selbst geplanter Experimente untersucht werden.

• Bei Versuch M 9 (Welche Größe ist in der Kälte von Vorteil?) kann bei leistungsstarken Gruppen zusätzlich zur Körpergröße des Eisbären auch der Frage nach der Größe von Kör- peranhängen (kleine Ohren des Eisbären) nachgegangen werden. Dazu werden zusätzlich zur großen und kleinen Kartoffel jeweils eine große und eine kleine Kartoffel mit „großen Ohren“ untersucht. Als „Ohren“ dienen Metallnägel oder -haken.

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Die Reihe im Überblick

· V = Vorbereitungszeit SV = Schülerversuch Ab = Arbeitsblatt/Informationsblatt

· D = Durchführungszeit LEK = Lernerfolgskontrolle TK = Tippkarte

· A = Auswertung LK = Lösungskarte

Stunde 1: Überlebenskünstler in Wüsten und Polargebieten Material Thema und Materialbedarf

M 1 (Ab) Überlebenskünstler in Extremräumen – wir erstellen eine Mindmap M 2 (Ab) Manche mögen’s heiß! – Lebensraum Wüste

M 3 (Ab) Immer schön cool bleiben! – Lebensräume Arktis und Antarktis

Stunde 2: Wüsten- und Polarforscher in Aktion – wir untersuchen Angepasstheiten von Hitze- und Kältespezialisten (arbeitsteilig in Kleingruppen)

Gruppe Wüstenforscher

Material Thema und Materialbedarf

M 4 (Ab/LK) Die Dornschwanzagame – ein Überlebenskünstler der Wüste M 5 (SV/LK)

· V: 10 min

· D: 20 min

· A: 20 min

Versuch Dornschwanzagame – welche Farbe schützt vor Hitze?

 1 starke Lichtquelle (pro Gruppe)

 2 Thermometer (pro Gruppe)

 1 Stück schwarzer und 1 Stück weißer Karton (pro Gruppe)

 1 Stoppuhr (pro Gruppe) M 6 (Ab/LK) Der Wüstenfuchs – Überlebenskünstler der Wüste

M 7 (SV/Ab)

· V: 10 min

· D: 20 min

· A: 20 min

Versuch Wüstenfuchs – welchen Vorteil haben große Ohren?

 1 Erlenmeyerkolben/Rund- kolben (pro Gruppe)

 1 flache Glasschale (pro Gruppe)

 2 Thermometer (pro Gruppe)

 ca. 400 ml 60 °C heißes Wasser (pro Gruppe)

 1 Stoppuhr (pro Gruppe)

LK Lösungskarten zu M 4–M 7 Gruppe Polarforscher

Material Thema und Materialbedarf

M 8 (Ab/LK) Der Eisbär – Überlebenskünstler der Arktis M 9 (SV/LK)

· V: 20 min

· D: 20 min

· A: 20 min

Versuch Eisbär – welche Größe ist in der Kälte von Vorteil?

 1 große Kartoffel (ca. 140 g) (pro Gruppe)

 1 kleine Kartoffel (ca. 30 g) (pro Gruppe)

 2 Thermometer bis 100 °C (pro Gruppe)

 2 Petrischalen (pro Gruppe)

 1 Kochtopf und Heizplatte (pro Gruppe)

 Wasser

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M 11 (SV/LK)

· V: 15 min

· D: 20 min

· A: 20 min

Versuch Kaiserpinguin – schützt Zusammenrücken vor Kälte?

 11 Reagenzgläser (pro Gruppe)

 1 Becherglas (pro Gruppe)

 3 Thermometer bis 50 °C (pro Gruppe)

 1 Reagenzglasständer (pro Gruppe)

 2 Gummibänder (pro Gruppe)

 warmes Wasser Konferenz der Wüsten- und Polarforscher

Material Thema und Materialbedarf M 12 (Ab) Konferenz der Wüstenforscher M 13 (Ab) Konferenz der Polarforscher

Stunde 6-8: Wir stellen unsere Spezialisten vor – Plakate und Ausstellung Material Thema und Materialbedarf

M 14 (LEK)

· V: 5 min

· D: 25 min

Leben in extremen Lebensräumen – Plakatausstellung

 Tapete/Fotokarton

 Klebstoff

 Befestigungsmaterial

 1 Schere (pro Gruppe)

 mehrere Filzstifte (pro Gruppe)

Minimalplan

Sie können die Reihe auf vier Unterrichtsstunden verkürzen. Dazu stehen Ihnen die folgenden beiden Möglichkeiten zur Verfügung:

Möglichkeit 1

Der Einstieg erfolgt mit den Materialien M 1–M 3 (Stunde 1). Danach werden in Kleingruppen arbeitsteilig die Materialien M 4–M 7 und M 8–M 11 bearbeitet (Stunden 2–3). Die Materialien M 12 und M 13 werden als Ergebnissicherung verwendet (Stunde 4). Die Anfertigung der Pla- kate (M 14) und die Ausstellung entfallen.

Möglichkeit 2

Der Einstieg erfolgt mit einer Mindmap (M 1) (Stunde 1). Danach arbeiten die Schüler lediglich zu einem der beiden extremen Lebensräume. Dazu werden entweder M 2, M 4–M 7 (Wüste) oder M 3, M 8–M 11 (Polargebiete) bearbeitet (Stunden 2–3). Die Ergebnissicherung erfolgt mit den Materialien M 12 oder M 13 (Stunde 4). Die Anfertigung der Plakate (M 14) und die Ausstellung entfallen.

Bei sehr wenig Zeit können Sie die Einheit auch auf zwei Stunden verkürzen. Dann betrachten Sie mit Ihrer Klasse nur ein Tierbeispiel.

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Manche mögen’s heiß! – Lebensraum Wüste

Unter Trockenwüsten versteht man Gebiete mit starkem Wassermangel. Damit gehören sie zu den unwirtlichsten Gebieten der Erde. Lernt hier ihre Umweltfaktoren kennen.

Aufgabe

Hier werden verschiedene Umweltfaktoren des Lebensraumes Wüste vorgestellt. Leider sind die Bilder und die Beschreibungen durcheinandergeraten. Ordnet jedem Bild die richtige Be- schreibung zu. Verbindet durch Linien.

A) Wenig Niederschlag

Im Verhältnis zu anderen Gebieten der Erde fällt in den meisten Wüsten wenig Regen.

B) Hohe Temperaturen und starke Temperaturschwankungen

Am Tag wird es sehr heiß und nachts sin- ken die Temperaturen in manchen Wüsten bis auf den Gefrierpunkt.

C) Hoher Wasserverlust

Tiere verlieren Wasser durch Verdunstung sowie durch Ausscheidung von Kot und Urin.

D) Nahrungsmangel

Wüstenbewohnende Tiere müssen immer wieder Zeiten überrücken, in denen die Nahrung knapp ist.

Denkt jetzt noch einmal an eure Mindmap. Ihr habt sicher einige Tiere aufgeschrieben, die trotz großer Hitze und Trockenheit in der Wüste leben. Dies können sie, weil sie an das Leben in der Wüste angepasst sind. Was eine Angepasstheit ist, erklärt euch der Wüstenforscher Willi Wüstenberg.

Das Prinzip Angepasstheit

Tiere, die in extremen heißen oder kalten Lebensräumen

M 2

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Erläuterung (M 1– M 3)

Wie Sie die Stunde vorbereiten

Kopieren Sie die Arbeitsblätter M 2 und M 3 im halben Klassensatz und, falls die Methode Mindmapping neu für Ihre Schüler ist, Arbeitsblatt M 1 ebenfalls im halben Klassensatz. Halten Sie außerdem mehrere Kopien der Lösungen zu M 2 und M 3 am Lehrerpult bereit.

So gelingt Ihnen ein schülerzentrierter Einstieg

Steigen Sie in die Unterrichtseinheit mit einer Mindmap zum Thema „Tiere in extremen Le- bensräumen“ ein. Die Mindmap dient dazu, das Vorwissen Ihrer Schüler zu aktivieren sowie deren eigene Erfahrungen in den Unterricht einzubringen.

Ihre Klasse ist schon vertraut mit dem Erstellen von Mindmaps? Dann geben Sie direkt den Auftrag, in Zweiergruppen eine Mindmap zu dem Thema zu entwerfen. Falls die Klasse noch über wenig Erfahrung mit dieser Methode verfügt, kopieren Sie Arbeitsblatt M 1 im halben Klassensatz und teilen Sie es an jeweils zwei Schüler aus. Hier erhalten die Lernenden eine Schritt-für-Schritt-Anleitung zum Erstellen einer Mindmap (1. Begriffssammlung in Partnerar- beit, 2. Begriffssammlung in der Klasse, 3. Heraussuchen von Oberbegriffen und zusammen- gehörigen Begriffen, 4. Vervollständigen der Mindmap).

Sollte den Schülern die Methode des Mindmapping gänzlich unbekannt sein, können Sie zunächst eine Vorübung anhand eines Alltagsthemas (z. B. Schule) durchführen, bei der alle Schritte schon einmal angewandt werden.

So leiten Sie zur Gruppenarbeit über

Leiten Sie auf Basis der Mindmap zur übergeordneten Fragestellung „Wie überleben Tiere in extremen Lebensräumen?“ über. Anschließend werden die beiden Großgruppen Wüste („Manche mögen’s heiß!“) und Polargebiete („Immer schön cool bleiben!“) gebildet. Jeder Schüler der Wüstengruppe erhält Arbeitsblatt M 2 jeder Schüler der Polargruppe erhält Arbeitsblatt M 3.

Die Bearbeitung erfolgt in Partnerarbeit oder als Hausaufgabe. Falls Schüler die Arbeitsblätter noch in der Stunde bearbeiten, können sie die Lösungen am Lehrerpult

Lösung (M 1)

Mögliche Mindmap (in grau: weitere Extremstandorte; können im Anschluss thematisiert werden)

Lösung zu „Der Lebensraum Wüste“ (M 2): 1 D, 2 B, 3 A, 4 C Tipp

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M 6 Der Wüstenfuchs – Überlebenskünstler der Wüste

Der Wüstenfuchs ist ein Spezialist für Hitze und perfekt an das Leben in der Wüste angepasst.

Hier erfahrt ihr mehr über seine Angepasstheiten an seinen Lebensraum.

Aufgabe

Unten findet ihr die Beschreibung von vier besonderen Eigenschaften des Wüstenfuchses. Der Wüstenforscher Willi Wüstenberg hat Vermutungen aufgestellt, welche Vorteile diese Eigen- schaften in der heißen Wüste bieten. Ordnet jeder Eigenschaft (¹ – ⁴) die passende Vermutung (A–D) zu. Verbindet mit Linien.

Fotos: Thinkstock/Hemera

Der Wüstenfuchs (oder Fennek) lebt in den Sandwüs- ten Nordafrikas. Mit rund 90 cm Körperlänge ist er der kleinste aller Wildhunde.

Der Wüstenfuchs gräbt sich Erdbauten von etwa 1 m Tiefe. Dort schläft er tagsüber.

1 Der Wüstenfuchs besitzt sehr große Ohren.

2 Sein Fell ist dicht und hat eine helle Farbe.

3 Unter seinen Pfoten hat er dicke Haarpolster.

4 Der Wüstenfuchs ist nachtaktiv: Den Tag verschläft er in seinem Erdbau, nachts geht er auf Nahrungssuche.

A Sie ermöglichen es dem Wüsten- fuchs, im lockeren Sand zu laufen, ohne einzusinken, und schützen ihn vor Verbrennungen.

B Sie strahlen überschüssige Körperwärme ab und schützen den Wüstenfuchs so vor Überhitzung.

Außerdem kann er mit ihnen sehr gut hören.

C Dadurch ist der Wüstenfuchs im Sand gut getarnt.

Außerdem dient es zur Wärmeisolation

D Durch dieses Verhalten vermeidet der Wüstenfuchs die Hitze des Tages.

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Der Eisbär – Überlebenskünstler der Arktis

Der Eisbär ist ein Spezialist für Kälte und perfekt an das Leben in der Arktis angepasst. Mehr über die Angepasstheiten des Eisbären an seinen Lebensraum erfahrt ihr hier.

Aufgabe

In der Tabelle unten findet ihr die Beschreibung von fünf besonderen Eigenschaften des Eisbä- ren. Die Polarforscherin Polly Polaris hat Vermutungen aufgestellt, welche Vorteile die Eigen- schaften für ein Leben in der Kälte darstellen. Ordnet jeder Eigenschaft (¹ – ⁵) die passende Vermutung (A–E) zu. Verbindet mit Linien

Fotos: Thinkstock/iStockphoto

Auf Beutesuche wandern Eisbären oft stundenlang über weite Strecken. Bei kurzen Sprints erreichen sie Geschwindigkeiten bis zu 30 km/h.

Eisbären sind sehr gute Schwimmer. Sie können mehr als 5 Kilometer pro Stunde zurücklegen.

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Der Eisbär hat ein dichtes Fell und darunter eine bis zu 10 Zentimeter dicke Fettschicht.

A Dadurch ist der Eisbär bei der Jagd sehr gut getarnt. Sonnenstrahlen gelan- gen durch das Fell auf die Haut. Diese nimmt die Wärme der Sonnenstrahlen wegen der dunklen Farbe sehr gut auf und speichert sie.

2

Der Eisbär hat große Pfoten mit viel Fell.

B Über sie kann keine Körperwärme verloren gehen. Sie mindern wegen ihrer geringen Größe also die Gefahr der Auskühlung.

3

Sein Fell ist weiß, seine darunter lie- gende Haut allerdings schwarz. Dies erkennt ihr an seiner schwarzen Nase.

C Beides isoliert sehr gut und schützt den Eisbären optimal vor der Kälte.

4

Der Eisbär hat einen sehr großen, wuchtigen Körper. Er ist größer als an- dere Bären.

D Durch die Größe versinkt der Eisbär nicht im Schnee und kann sich sicher fortbewegen. Das Fell schützt auf dem gefrorenen Boden.

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Die Ohren des Eisbären sind im Ver- gleich zu anderen Bären, wie dem Braunbären, sehr klein.

E Ein großer Körper verliert über seine, im Verhältnis zum Körpervolumen, kleine Oberfläche weniger Wärme als ein kleiner Körper.