Lösungen bzw. Lösungshinweise zu den rot markierten Aufgaben

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Lösungen bzw. Lösungshinweise zu den rot markierten Aufgaben

Kapitel 1: Samenpflanzen: Fortpflanzung, Wachstum und Individualentwicklung

1.1 Früchte und Samen Seite 17, Aufgabe 3

Nein, da dem Embryo die nötigen Nährstoffe fehlen. Diese braucht er, um zu wachsen und sich zu einer neuen Pflanze zu entwickeln. Erst wenn die Pflanze selbst grüne Blätter besitzt, kann sie Fotosynthese betreiben und mithilfe des Sonnenlichts Nährstoffe (Traubenzucker) herstellen.

1.2 Früchte – Verbreitungsstrategien Seite 19, Aufgabe 3

Holunderbeeren haben ein Fruchtfleisch. Dem- nach werden sie von Tieren verbreitet. In diesem Fall vorwiegend von Vögeln, die die Kerne dann ausscheiden. Da sie dies tun, wäh- rend sie auf Strommasten sitzen, fallen die Kerne vorwiegend dort auf die Erde und keimen aus.

1.8 Üben und Vertiefen Seite 30, Aufgabe 7a

Orchideen-Samen werden mit dem Wind verbreitet. Daher müssen sie sehr leicht sein. Au- ßerdem müssen sehr viele Samen produziert werden, da ein Großteil der Samen an Stellen geweht wird, an denen sie nicht keimen kön- nen.

Bohnensamen werden durch Tiere verbreitet, indem diese die Samen mitnehmen und z. B.

Vorräte anlegen. Daher sind sie groß und es werden vergleichsweise weniger Samen herge- stellt (wobei eine Bohnenpflanze aber mehrere Hülsen produziert).

Seite 31, Aufgabe 8a

Berechnet man die Verhältnisse aus der Flügel- fläche zur Masse, so ergeben sich folgende Werte:

Alsomitra macrocarpa: 350 Zanonia javanica: 150 Sandbirke: 200

Je größer das Verhältnis von Flügelfläche zu Masse ist, desto geringer ist die Sinkgeschwin- digkeit.

Seite 31, Aufgabe 8c

Der Auftreffpunkt würde hinter c liegen: Das Papiermodell fliegt noch weiter, da dieser Flie- ger die kleinste Sinkgeschwindigkeit besitzt, also länger als die Samen in der Luft bleiben kann.

Seite 31, Aufgabe 10 Gleitflieger (z. B. Ahorn):

Dieser beginnt seinen Flug aus größerer Höhe.

Die Flügelfläche verschafft dem Samen (der meist relativ groß ist) eine wesentlich längere Flugzeit, in der er vom Wind weite Strecken vertragen werden kann.

Durch die entsprechende Bauweise dient auch ein Paraglider bzw. Gleitschirm zum Gleitse- geln über weite Strecken.

Schirmflieger (z. B. Löwenzahn):

Dieser beginnt seinen Flug aus geringer Höhe und muss vom Wind noch oben getragen werden. Daher sind die Samen sehr klein und leicht und der Schirm im Vergleich dazu sehr groß und effektiv.

Nach dem gleichen Prinzip funktioniert auch ein Fallschirm für den Menschen, der die Fall- geschwindigkeit stark verringert.

18 cm/s

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Kapitel 2: Samenpflanzen: Stoff- und Ener- gieumwandlung

2.1 Die Pflanze als Nährstofffabrik – Fotosyn- these

Seite 37, Aufgabe 2 6 Wassermoleküle:

6 rote Bausteine, die mit jeweils zwei weißen Bausteinen zusammengesteckt werden.

6 Kohlenstoffdioxidmoleküle:

6 schwarze Bausteine, die jeweils mit zwei roten Bausteinen verknüpft werden.

Um die Reaktion darzustellen, müssen die Mo- leküle auseinander genommen werden und in folgender Weise wieder zusammengefügt werden:

Aus jeweils zwei roten Bausteinen werden 6 Moleküle Sauerstoff gebaut.

6 schwarze Bausteine werden zusammengefügt und erhalten jeweils einen roten Baustein; die schwarzen und roten Bausteine erhalten jeweils noch einen weißen Baustein.

Alternativ können alle Bausteine, die das Zu- ckermolekül ausmachen (6 schwarze, 6 rote und 12 weiße) einfach aufeinander gesteckt werden.

Erklärung:

Im Prozess der Fotosynthese werden die kleinsten Bestandteile der Wasser- und Koh- lenstoffdioxidmoleküle voneinander getrennt und neu zusammengesetzt. Dabei entstehen neue Moleküle: ein Traubenzuckermolekül und sechs Sauerstoffmoleküle (vgl. Abbildung 5 auf Seite 37).

Modellkritik:

Mit den Spielzeugbausteinen wird lediglich der Prozess der Stoffumwandlung auf Teilchen- ebene dargestellt. Im Modell fehlt die Darstel- lung der Energieumwandlung (Lichtenergie in chemische Energie).

2.3 Pflanzen brauchen Energie – Zellatmung Seite 41, Aufgabe 3

Siehe oben: Aufgabe 2, Seite 37

In diesem Fall muss der Prozess in umgekehr- ter Reihenfolge dargestellt bzw. gebaut werden.

2.4 Pflanzen brauchen Energie – Zellatmung Seite 43, Aufgabe 3

Beschreibung des Diagramms:

In dem Diagramm ist die Wasseraufnahme bzw. Wasserabgabe in mL pro Stunde (Hoch- achse) in Abhängigkeit zur Uhrzeit (Recht- sachse) dargestellt

Die Wasserabgabe durch Verdunstung steigt von 6 Uhr morgens (4 mL) bis etwa 14 Uhr (43 mL) stetig an. Danach sinkt die abgegebene Wassermenge bis 24 Uhr (2 mL) und steigt ganz leicht bis 4 Uhr wieder an. Die Kurve der Wasseraufnahme hat einen sehr ähnlichen Ver- lauf, nur um etwa eine Stunde zeitversetzt. Das Maximum wird erst um 16 Uhr erreicht und nachts liegt die Kurve leicht oberhalb der Kurve der Abgabe. Es wird etwas mehr Wasser aufgenommen als abgegeben.

Erklärung des Kurvenverlaufs:

Nachts sind die Spaltöffnungen geschlossen.

Somit verliert die Pflanze nur wenig Wasser über die Blätter und der geringe Sog sorgt da- für, dass auch nur wenig Wasser über die Wur- zel aufgenommen werden kann. Tagsüber öff- net die Pflanze die Spaltöffnungen, um den Gasaustausch mit der Umgebung zu bewerk- stelligen. Je wärmer es ist, desto mehr Wasser verdunstet eine Pflanze. Je mehr Wasser eine Pflanze verdunstet, desto mehr Wasser muss über die Wurzeln aufgenommen werden, um diesen Verlust auszugleichen. Die große Was- serverdunstung sorgt für einen starken Sog und es kann viel Wasser aufgenommen werden. Im Laufe eines Tages steigt die Temperatur von 6 Uhr bis 14 Uhr an und fällt dann bis 24 Uhr wieder ab. Folglich wird um 24 Uhr am we- nigsten und um 14 Uhr am meisten Wasser abgegeben. Die Kurve der Wasseraufnahme über die Wurzeln folgt aufgrund des Sogs der Kurve der Wasserabgabe leicht zeitversetzt.

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2.5 Leben auf der Erde – Bedeutung der Pflan- zen

Seite 45, Aufgabe 3 Argumente dafür:

Verpackungsfolien aus Kartoffelstärke sind grundsätzlich positiv zu bewerten, da sie kom- postierbar sind, also von Kleinstlebewesen rückstandslos abgebaut werden können. Die ohnehin sehr große Menge an Kunststoffabfall wächst so nicht noch zusätzlich an.

Die Herstellung erfolgt „kohlenstoffdioxid- neutral“, d. h. es wird beim Wachstum der Pflanzen genauso viel Kohlenstoffdioxid gebunden, wie beim Verrotten der Folien freige- setzt wird.

Argumente dagegen:

Allerdings sind solche Folien aber nicht so lange haltbar wie herkömmliche Kunststofffo- lien, wodurch ihre Einsatzmöglichkeiten be- schränkt sind. Zudem können auf der Fläche, auf der Kartoffeln für die Folienherstellung angebaut werden, keine Lebensmittel für den Verzehr angebaut werden. Würden sämtliche Verpackungsfolien aus Kartoffelstärke herge- stellt, würde das die Versorgung der Menschen mit ausreichend Lebensmitteln gefährden.

Schlussfolgerung:

Wenn der Einsatz sinnvoll ist, sollten Verpa- ckungsfolien aus Kartoffelstärke unbedingt eingesetzt werden. Falls die Ernährung von Menschen in bestimmten Gebieten dadurch nicht mehr gesichert ist, sollte die Herstellung dieser Folien eingeschränkt werden.

Man muss im Einzelfall also sorgfältig abwä- gen, welche Folie man verwendet.

2.6 Üben und Vertiefen Seite 46, Aufgabe 1b

Wie verändert sich die Sauerstoffproduktion der Pflanze, wenn ihr weniger Licht zur Verfü- gung steht?

Ein möglicher Verlauf der Kurve mit schwä- cherem Licht wurde im folgenden Diagramm in Rot eingezeichnet:

Variable Größe: Lichtstärke (Lichtintensität) Konstante Größen: Temperatur, Kohlenstoffdi- oxidgehalt des Wassers, Menge an Pflanzen- material, Versuchsaufbau und Messmethode Sofern die hier genannten Faktoren konstant gehalten wurden, können die beiden Ergeb- nisse miteinander verglichen werden. Falls neben der Lichtintensität noch andere Faktoren geändert wurden, wie z. B. die Temperatur des Wassers, so kann man Unterschiede zwischen den beiden Messreihen nicht eindeutig auf die geänderte Lichtintensität zurückführen.

Kritische Betrachtung der Ergebnisse:

Im ersten Versuch (starkes Licht) nehmen die Blätter der Wasserpest Kohlenstoffdioxid aus dem Wasser auf, da sie Fotosynthese betreiben.

Im zweiten Versuch müsste man frisches Was- ser der gleichen Temperatur verwenden, damit der Kohlenstoffdioxidgehalt genauso hoch ist, wie beim ersten Versuch. Der Kohlenstoffdi- oxidgehalt der Umgebung beeinflusst maßgeb- lich die Fotosyntheserate und damit die Sauer- stoffproduktion. Zudem muss kontrolliert werden, ob die starke Lichteinstrahlung im ersten Versuch eventuell die Wassertemperatur stär- ker erhöht, als beim zweiten Versuch mit Schwachlicht. Bei höherer Temperatur laufen Stoffwechselreaktionen schneller ab und es würde durch die Pflanze mehr Sauerstoff produziert.

Kontrollversuch:

Die Wasserpest muss alle erforderlichen Aus- gangsstoffe in ausreichender Menge zur Verfü- gung haben und es sollte eine Wassertempera- tur von 25 °C eingehalten werden. (Die Mess-

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Seite 46, Aufgabe 2 Von links nach rechts:

Pflanze 3 Pflanze 1 Pflanze 2

Um Fotosynthese betreiben zu können benötigt die Pflanze Chlorophyll. Für den Aufbau von Chlorophyll sind wiederum Magnesiumverbin- dungen notwendig. Je weniger Magnesium- salze der Pflanze zur Verfügung stehen, desto geringer ist die Produktion an Chlorophyll und desto geringer ist die Fotosyntheserate bzw.

Sauerstoffproduktion.

Seite 46, Aufgabe 3

Aussage Nr. 1, 2 und 5 sind richtig.

Aussage Nr. 3 ist falsch:

Die Versuchsreihe eignet sich nicht, um die be- nötigten Ausgangsstoffe für die Fotosynthese zu ermitteln.

Aussage Nr. 4 ist anhand des Experiments nicht überprüfbar.

Seite 47, Aufgabe 6b

Die Wurzel ist nicht grün und besitzt somit kein Chlorophyll. Zudem erreicht die Wurzel unter der Erde kein Licht. Daher kann die Wurzel keine Fotosynthese durchführen, muss aber für die Deckung ihres Energiebedarfs Zellatmung betreiben. Folglich ist für die Wur- zel eine Sauerstoffaufnahme messbar.

Folgende Stoffe werden durch die unterschiedlichen Farben der Pfeile dargestellt:

Rote Pfeile: Sauerstoff

Schwarze Pfeile: Kohlenstoffdioxid Blaue Pfeile: Wasser

Gelbe Pfeile: Traubenzucker

In der Nacht bzw. im Dunkeln kann die Pflanze keine Fotosynthese betreiben. Aber sie muss, genauso wie tagsüber auch, die Zellat- mung zur Deckung ihres Energiebedarfs durchführen. Daher verbraucht sie nachts Sau- erstoff und produziert Kohlenstoffdioxid, der ins Wasser gelangt. Dadurch wird die Lösung wieder leicht sauer und die Farbe schlägt wieder in Richtung gelb um.

Zur Bereitstellung der Energie betreiben Tiere und Pflanzen die Zellatmung, deren Ausgangs- stoff Traubenzucker ist. Dieser muss in die Zellen (bzw. in die Mitochondrien) gelangen.

Tiere müssen diesen Traubenzucker aus der aufgenommenen Nahrung gewinnen (Zerset- zung von Stärke oder Umbau von Fett bzw.

Protein).

Pflanzen stellen diesen Traubenzucker mithilfe der Fotosynthese im Blatt selbst her und kön- nen ihn dann sofort in den (Mitochondrien der) Zellen verarbeiten. Zudem können sie aus dem Traubenzucker zusammen mit Mineralsalzen auch alle anderen für ihren Organismus wichti- gen Stoffe selbst aufbauen. Daher nehmen Pflanzen keine organischen Stoffe auf und müssen daher auch keine Nahrung verdauen.

Somit können sie auf Verdauungsorgane ver- zichten.

Dies kann anhand des Prinzips der Oberflä- chenvergrößerung erklärt werden. Durch die größere Oberfläche der vielen kleinen Blätter erreicht die Pflanze eine wesentlich höhere Fo- tosyntheseleistung, da viel mehr Chloroplasten gleichzeitig Sonnenlicht verwerten können.

Somit kann eine wesentlich größere Masse or- ganischer Stoffe (Biomasse) aufgebaut werden.

Seite 49, Aufgabe 19b Argumente dafür:

Treibstoff aus nachwachsenden Rohstoffen ist umweltfreundlich, da er vor allem „kohlenstoffdioxid-neutral“ ist, d. h. er setzt bei der Verbrennung genauso viel Kohlenstoffdioxid frei, wie die Pflanzen zuvor aus der Atmo- sphäre gebunden haben.

(Zudem der Energieaufwand zur Herstellung von Treibstoffen aus nachwachsenden Roh- stoffen geringer als zur Gewinnung und Aufbe- reitung von fossilen Brennstoffen und es entstehen bei der Verbrennung weniger Umwelt- schadstoffe.)

Argumente dagegen:

Auf der Fläche, auf der Pflanzen für die Treib- stoffgewinnung oder als Rohstofflieferanten für die Industrie angebaut werden, können keine Lebensmittel für den Verzehr angebaut werden. Bei einer Steigerung der Anbaufläche auf das Doppelte der jetzigen Fläche könnte

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die Versorgung der Bevölkerung mit ausreichend Lebensmitteln gefährdet sein.

Schlussfolgerung:

Treibstoffe aus nachwachsenden Rohstoffen sind zwar eine gute, umweltfreundliche Alter- native zu Treibstoffen aus fossilen Brennstof- fen. Sie können diese aber (zumindest heutzu- tage) nicht vollständig ersetzen, da dann wich- tige Anbauflächen für Nahrungspflanzen verloren gehen würden.

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Kapitel 3: Samenpflanzen: Informationsver- arbeitung und Reaktion

3.1 Bedeutung von pflanzlicher Reizbarkeit Seite 53, Aufgabe 2

Geplante Versuchsdurchführung:

Man benötigt vier gesunde Maispflanzen, die nicht von Schädlingen befallen sind. Diese werden in zwei räumlich getrennten Versuchen untersucht.

Die Pflanzen A und C werden mit Schädlingen besetzt. C erhält zusätzlich eine Hülle, die ver- hindert, dass der gasförmige Botenstoff zu Pflanze D gelangt.

Am nächsten Tag werden die Pflanzen B und D auf das Abwehrgift getestet.

Schädlinge aufsetzen

A B C D

Test auf giftigen Abwehrstoff

Erwartetes Ergebnis:

In den Blättern der Maispflanze B sollte das Abwehrgift gefunden werden, obwohl keine Schädlinge vorhanden sind.

Maispflanze D sollte giftfrei sein, da keine Schädlinge vorhanden sind und sie keine Infor- mationen von Pflanze C erhalten konnte.

Zur Bestätigung des Versuchsergebnisses sollte dieser Versuch mindestens noch zweimal wiederholt werden.

(Bildnachweis: Thinkstock / iStockphoto / ikuvshinov)

3.2 Licht als Einflussfaktor Seite 55, Aufgabe 3 Mensch:

Reiz (z. B. Schräglage des Kopfes)

Reizaufnahme und -umwandlung durch das Innenohr

Weiterleitung über die Nerven in Form von elektrischen Signalen

Verarbeitung der Information im Gehirn Weiterleitung von elektrischen Signalen über die Nerven

Erfolgsorgan führt Reaktion aus: Halsmus- keln bewegen den Kopf in eine aufrechte Posi- tion

Pflanze:

Reiz: Lichteinfall

Reizaufnahme und -umwandlung: Zellen der Sprossspitze nehmen den Lichtreiz auf und schütten Auxin aus (im entsprechenden Ver- hältnis zur Lichtmenge)

Weiterleitung: Transport des Botenstoffs Auxin an die tiefer liegenden Zellen

( Verarbeitung im Gehirn und erneute Wei- terleitung über Nerven fehlen)

„Erfolgsorgan“ führt Reaktion aus: Zellen (hier kein Organ!) reagieren mit Strecken- wachstum (abhängig von der Auxin-Menge)

Vergleich:

Bei der Pflanze gibt es keine Nerven zur Wei- terleitung der Information und auch kein zent- rales Nervensystem bzw. Gehirn zur Verarbei- tung der Informationen.

3.4 Üben und Vertiefen Seite 57, Aufgabe 4a

Da die Wurzel kein Licht erhält, kann es sich hier nicht um einen Fototropismus handeln.

Hypothese: Die Schwerkraft ist der ausschlag- gebende Reiz.

Zwei Pflanzenkeimlinge A und B werden in einem schwarzen Karton waagrecht auf eine er- höhte Unterlage (auf Watte) gelegt, sodass die Wurzelspitze darüber hinaus zeigt. Keimling B wird zusätzlich mit einem schwarzen Karton abgedeckt, sodass er komplett im Dunkeln ist und Keimling A wird von oben her mit einer Taschenlampe bestrahlt.

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Das Wachstum der Wurzel orientiert sich an der Schwerkraft der Erde (hier: Reiz). Die Wurzel wächst immer entlang der Schwerkraft.

Auch hier wird aufgrund des Reizes von diesen Zellen Auxin produziert. Je stärker der Reiz der Schwerkraft von der Zelle registriert wird, desto weniger Auxin produziert sie.

Genau andersherum als beim Fototropismus.

Da das Maß der geöffneten Spaltöffnungen nicht mit der Temperaturverlauf überein- stimmt, ist anzunehmen, dass ein anderer Reiz eine Rolle spielt. Da der Gasaustausch vorwiegend für die Aufnahme von Kohlenstoffdioxid zur Fotosynthese gebraucht wird, sollte hier Licht der auslösende Reiz sein. Nur mit Licht betreibt die Pflanze Fotosynthese und benötigt Kohlenstoffdioxid.

Hypothese: Licht ist der Reiz, der die Spaltöff- nungsbewegung verursacht.

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Wie kann man Wirbeltiere ordnen?

Reptilien und Vögel besitzen die in der Auf- gabe genannten, gemeinsamen Merkmale, die die Säugetiere nicht haben. Daraus kann man schließen, dass die Vögel näher verwandt sind mit den Reptilien als mit den Säugetieren. Da- her spaltet sich die Linie der Säugetiere ab, noch bevor sich die Abstammungslinien von Reptilien und Vögeln trennen. Diese beiden Klassen haben also einen gemeinsamen Vor- fahren (roter Punkt), der nicht zu den Vorfah- ren der Säugetiere gezählt werden kann.

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Kapitel 4: Wirbeltiere: Aktive Bewegung 4.1 Fortbewegung im Wasser – Schwimmen und Schweben

Material: mit Wasser gefülltes, langes Rohr;

verschiedene Formen aus z. B. Knete; Stopp- uhr

Jede Form wird einzeln in das Rohr gegeben und fallen gelassen. Dabei wird jeweils die Zeit gemessen, die die Form braucht, bis sie am Boden angekommen ist (vgl. auch Versuch V1 auf S. 66 oben).

4.3 Die Forelle – ein Räuber in kalten Bächen Seite 69, Aufgabe 4

Folgende Argumente könnten die verschiedenen Personen im Gespräch vorbringen:

Argumente Umweltschützer:

• Massenproduktion führt zu hoher Stressbe- lastung der Tiere

• Hoher Futtermittelbedarf für die Forelle führt zu einer Überfischung der Meere

• besser: weniger produzieren und teurer ver- kaufen

Argumente Forellenzüchter:

• hohe Nachfrage muss gedeckt werden

• nur mit den Futterpellets kann ein ausreichender Gewinn bei der Forellenzucht erreicht werden

4.5 Fortbewegung an Land – Laufen, Krie- chen, Springen, Klettern

Beide – das Känguru-Hinterbein und die Hebe- bühne – zeigen eine Z-Form. Diese Form er- möglicht es, die Struktur sehr klein zusammen zu falten und gegebenenfalls in einer geradlini- gen Bewegung wieder auszufahren. Dadurch erreicht das Känguru-Bein eine lange Wegstre- cke der Bewegung, die dazu führt, dass eine enorme Sprungkraft entwickelt werden kann.

4.8 Fortbewegung in der Luft – Fliegen und Gleiten

Seite 79, Aufgabe 1d

Beim Gleiten bewegt sich der Vogel schräg ab- wärts. Demnach ist die Gewichtskraft etwas größer als der Auftrieb.

Der Auftrieb ist abhängig von der Spannweite der Flügel und von der Form des Flügelprofils.

Je größer die Auftriebskraft im Vergleich zur Gewichtskraft des Vogels ist, desto weiter kann er gleiten.

4.11 Der Pinguin – vom Fliegen zum Schwim- men

Der Verzicht auf die Flugfähigkeit bietet dem Pinguin die Möglichkeit, größer und schwerer zu werden. Dadurch hat er einen Vorteil in kalten Regionen, da er weniger Wärme verliert (vgl. auch S. 118).

Der Verzicht auf die Flugfähigkeit macht Ver- änderungen im Skelett möglich, die den Pin- guin zu einem ausgezeichneten Schwimmer machen. So kann er Konkurrenz bei der Nah- rungssuche an Land vermeiden und kann Regi- onen besiedeln, die an Land keine oder zu wenig Nahrung bieten.

Die Federn auf der Haut wirken wärmeisolie- rend. An der Stelle, an der sich keine Federn befinden (Brutfleck) kann die Köperwärme des Pinguin-Männchens ungehindert auf das Ei, das er bebrütet, übergehen.

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4.13 Bionik – Exkurs Seite 89, Aufgabe 1a

Anwendungsmöglichkeiten: z. B. transparente, wärmeisolierende Häuserfassaden und Texti- lien

Der Eisbär tarnt sich vor der Beute: So kann er sich unbemerkt sehr nah an seine Beute heran- schleichen.

4.15 Üben und Vertiefen Seite 93, Aufgabe 5b

Beim Krokodil setzen die Beine seitlich am Körper an. In diesem Fall muss sich bei jedem Schritt der Körper längs der Wirbelsäule s-för- mig verbiegen. Dies kostet Kraft und Zeit.

Beim Hund sind die Beine unterhalb des Kör- pers, sodass Laufbewegungen ausgeführt werden können, ohne dass die Wirbelsäule stark verbogen werden muss. Die Beine können sich also unabhängig des restlichen Körpers unter dem Hund vor und zurück bewegen. Dadurch sind sie schneller und in einer größeren Amplitude (Schrittweite) bewegbar.

Knochenbau: Kurzer Oberarmknochen; kurze, aber kräftige Elle und Speiche, die zur Hand hin sehr breit werden; Handwurzelknochen breit und kurz, ebenso wie die Mittelhandkno- chen; Fingerknochen sehr stark verkürzt, mit langen Krallen

Diese Veränderungen führen dazu, dass die Vordergliedmaßen wie eine breite Schaufel ar- beiten können und so optimal an die Aufgabe des Grabens angepasst sind.

Gegenstandsbereich ‚Entwicklung‘:

Im Laufe der Evolution entwickelten sich die Laufbeine der Vorfahren des Maulwurfs durch die Umgestaltung der Knochen über sehr viele Generationen hinweg zu den heutigen Grab- schaufeln.

Der Vogel mit dem größten Verhältnis ‚Masse zu Spannweite‘ gleitet am kürzesten.

Lässt man den Albatros außer Acht, dann gleitet ein Vogel umso weiter, je kleiner das Ver- hältnis Masse zu Spannweite ist.

Um die Gleitstrecke des Albatros zu erklären, reicht das Verhältnis Masse zu Spannweite alleine nicht aus. Das Flügelprofil (Querschnitt) ist entscheidend für die Länge der Gleitstrecke.

Je-desto-Beziehungen, die alleine die Flügel- spannweite oder die Masse berücksichtigen sind im Prinzip nicht zulässig.

Möglich wäre:

Je größer das Gewicht. desto kürzer die Gleit- strecke – Ausnahme: Albatros.

Je größer die Spannweite, desto länger die Gleitstrecke – Ausnahme Höckerschwan.

Es kommt also im Wesentlichen auf das Ver- hältnis Masse zu Spannweite an. Bei leistungs- fähigen Seglern spielen auch weitere anatomi- sche Merkmale, wie z. B. das Flügelprofil eine Rolle.

Seite 94, Aufgabe 15 Flug von 2 nach 1.

Flugbahn B ist der Gleitflug, bei dem er aufgrund seiner Masse nach unten gleitet und die Gleitlänge von Flügelform und Spannweite (Auftrieb) abhängt.

Flugbahn A ist der Segelflug, bei dem der Vo- gel die Thermik über dem heißen Sand aus- nutzt. Er schraubt sich in Kreisen zusammen mit der warmen Luft nach oben.

Wenn der Fisch eine Bewegung der Schwanz- flosse beginnt – ausgehend vom Flossengrund, dann verstärkt die FinRay-Konstruktion diese Bewegung, ohne dass der Fisch dafür Kraft aufwenden muss. Ohne zusätzlichen Energie- aufwand kann eine größere Kraft nach vorne (Antriebskraft) ausgeübt werden auch so eine größere Geschwindigkeit erreicht werden.

Seite 95, Aufgabe 21 Gepard: 120 h/km

Laufen an Land, kräftige, z-förmige Beine Falke: 140 h/km

Sturzflug in Richtung der Schwerkraft Eidechse: 29 h/km

Kriechen an Land, aber mit Beinen, die seitlich am Körper ansetzen und somit nur eine lang- same Fortbewegung zulassen

Thunfisch: 75 h/km

stromlinienförmig und kräftig, aber Fortbewe- gung im Wasser: der Wasserwiderstand ist um ein Vielfaches größer als der Luftwiderstand

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Kapitel 5: Wirbeltiere: Stoff- und Ener- gieumwandlung

5.2 Angepasstheit an bestimmte Nahrungsquel- len

Enthält ein Hundefutter Getreide, so kann der Hund dieses nicht bzw. kaum verdauen. Diese Bestandteile durchwandern den Verdauungs- trakt unverändert und bieten somit keinen Nährwert – weder Energielieferanten noch Baustoffe. Daher würde ein solcher Anteil lediglich dazu dienen, den Magen des Hundes zu füllen, um einem übermäßigen Hungergefühl entgegenzuwirken (vor allem bei alten Hunden oder kranken Hunden, die nicht mehr ausreichend Bewegung haben).

5.5 Umgebungstemperatur – Körpertemperatur Seite 107, Aufgabe 2

Für die Messung der Körpertemperatur sollte eine genau festgelegte Stelle im Terrarium ver- einbart werden.

Die Tiere sollten immer an der gleichen Kör- perstelle gemessen werden – Mäuse z. B. am Bauch.

Die Umgebungstemperatur sollte neben der Stelle gemessen werden, an der das Tier gerade sitzt.

Das Messinstrument sollte immer wieder getestet werden, ob es auch neue Werte aufnimmt oder den alten anzeigt (kann bei günstigen Messgeräten vorkommen evtl. zwischen- durch ausschalten und neu starten).

Seite 107, Aufgabe 3 Diagramme in Abbildung 3:

Die beiden Diagramme geben die Intensität der Lebensvorgänge in Abhängigkeit von der Um- gebungstemperatur der Tiere an.

Die Intensität der Lebensvorgänge meint zum Beispiel die Beweglichkeit des Tieres und damit z. B. die Nahrungsaufnahme, die Ge- schwindigkeit der Stoffwechselvorgänge, das Maß des Wachstums usw.

Thermoregulatoren können in einem sehr weiten Temperaturbereich ihre Lebensvor-

Bereich waagrecht. Bei niedrigen und hohen Temperaturen herrscht immer noch eine fast unveränderte Intensität der Lebensvorgänge.

Diese nimmt erst bei sehr niedrigen und sehr hohen Temperaturen plötzlich sehr stark ab. Es kommt zum Kälte- bzw. Hitzetod.

Thermokonforme zeigen nur in einem sehr kleinen Temperaturbereich, der für jede Tierart charakteristisch ist, eine sehr große Intensität der Lebensvorgänge. Nur in diesem Tempera- turbereich laufen die Stoffwechselvorgänge in hoher Geschwindigkeit ab. Bei höheren oder niedrigeren Außentemperaturen nimmt die Le- bensintensität stetig ab und liegt bei sehr niedrigen und sehr hohen Temperaturen bei null.

Bei sehr niedrigen Temperaturen können bio- chemische Reaktionen in dem abgekühlten Or- ganismus nur sehr langsam bzw. nicht mehr ablaufen (Kältestarre) und die Lebensintensität sinkt auf null bzw. es tritt schließlich der Käl- tetod ein. Bei sehr hohen Temperaturen über- hitzt der Körper und vor allem die Bluteiweiße beginnen zu gerinnen, was zur Abnahme der Intensität der Lebensvorgänge (Hitzestarre) und schließlich zum Tode führt.

Diagramm in Abbildung 4:

Das Diagramm 4 zeigt den Energiebedarf in Abhängigkeit von der Umgebungstemperatur.

Dabei ergibt sich für Thermokonforme ab 0 °C bis 40 °C eine stetig ansteigende Kurve, da die biochemischen Stoffwechselvorgänge mit steigender Umgebungstemperatur und somit steigender Körpertemperatur immer schneller ablaufen. (Zudem nimmt auch die Aktivität der Tiere stark zu.)

Thermoregulatoren haben bei niedrigen und hohen Temperaturen eine wesentlich höhere Stoffwechselrate, da sie für die Aufrechterhal- tung der Körpertemperatur viel Energie bereitstellen müssen und somit die Zellatmung in hohem Maß betreiben müssen.

Am kühlen Morgen ist die Körpertemperatur der Eidechse noch niedriger als am warmen Mittag. Daher steht der Muskulatur aufgrund der langsam ablaufenden Zellatmung nicht ge-

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5.6 Atmung – Sauerstoffaufnahme aus Luft und Wasser

Prinzip der Oberflächenvergrößerung: Auf der gleichen Grundfläche bzw. im gleichen Raum der Lunge kann durch die inneren Strukturen eine sehr große Austauschfläche geschaffen werden. Dadurch können viel mehr Teilchen gleichzeitig diffundieren. Der Gasaustausch erfolgt schneller.

Je größer der Sauerstoffbedarf eines Tieres ist, desto größer muss die innere Oberfläche der Lunge sein (desto stärker strukturiert ist die Lunge).

Der Sauerstoffbedarf hängt dabei zum einen vom Stoffwechsel des Tieres (thermokonform oder thermoregulierend) und der herrschenden Temperatur ab und zum anderen von der Akti- vität des Tieres.

5.7 Unterschiedlicher Sauerstoffbedarf beim Frosch

Frosch Mensch Einatem-

bewegung

Mundbo- den

Zwerchfell, Zwischen- rippenmuskeln Brust-

korb nein ja

wirkende

Kraft Druck Sog, da die Lunge der Bewegung folgt

Seite 111, Aufgabe 3 Lösungsvorschlag:

5.8 Die Zauneidechse – ein thermokonformes Tier

Thermoregulation des Menschen:

Hitze:

• starke Durchblutung der Haut die Wär- meabgabe aus dem Körperinneren über die Hautoberfläche mithilfe des Blutes wird verstärkt

• Schwitzen feuchte Haut führt zu Ver- dunstungskälte

Kälte:

• Durchblutung der Haut wird stark reduziert verminderte Wärmeabgabe

• Gänsehaut Aufstellen der Haare (nur bei Fell mit echtem Nutzen)

• Zittern Muskelaktivität erzeugt Wärme Eidechse:

• keine körperlichen Regulationsmöglichkei- ten lediglich Aufsuchen von Schatten o- der warmen Plätzen bzw. Sonne

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5.11 Klima – Körpergröße und Körperanhänge Seite 119, Aufgabe 5

Eine Zwergspitzmaus frisst natürlich viel weniger als ein sibirischer Tiger – sie ist ja auch viel kleiner.

Aber bezogen auf das eigene Körpergewicht frisst die Zwergspitzmaus viel mehr, da sie das ca. 1,5-fache ihres Körpergewichtes an Nah- rung braucht, der Tiger nur ca. das 0,05-fache.

Dies liegt daran, dass sie im Vergleich zu ihrer Körpermasse eine sehr große Körperoberfläche hat, über die sie sehr viel Wärme abgibt. Um diese Körperwärme zu ersetzen bzw. um ihre Körpertemperatur aufrechtzuerhalten, hat sie eine sehr hohe Stoffwechselrate, betreibt viel Zellatmung und muss daher viel fressen.

5.12 Winter – Umgang mit Energiemangel und Kälte

Ungefährer Kurvenverlauf zur Veränderung des Körpergewichts (die genauen Zahlenwerte bzw. Monate dienen nur der Information, sind in der Aufgabe aber nicht verlangt):

Das Murmeltier fällt in einen echten (kaum un- terbrochenen) Winterschlaf (in Realität wacht es ca. alle 3 – 4 Wochen auf, um Urin abzuset- zen, nimmt aber keine Nahrung zu sich). Daher muss es von den im Herbst angefressenen Fett- reserven leben und verliert stetig an Gewicht.

Das Eichhörnchen begeht nur eine Winterruhe, in der es viel schläft, ohne dabei die Körper-

Ungefährer Kurvenverlauf zur Veränderung der Körpertemperatur der Tiere und der Au- ßentemperatur (die genauen Zahlenwerte bzw.

Monate dienen nur der Information, sind in der Aufgabe aber nicht verlangt):

Das Murmeltier fällt zwischen Oktober und November in Winterschlaf und senkt seine Körpertemperatur bis auf 8 °C ab. Ab März wacht es wieder auf.

Das Eichhörnchen wechselt Wach- mit Schlaf- phasen ab, daher schwankt die Körpertempera- tur um einen konstant hohen Wert – nahe der Körpertemperatur im Sommer.

Beide Körpertemperaturen liegen aber grund- sätzlich über der Außentemperatur.

5.14 Üben und Vertiefen Seite 124, Aufgabe 3

Die fleischliche Nahrung kann wesentlich schneller verdaut werden und stellt somit eine geringere und kürzere Gewichtsbelastung für den Vogel beim Fliegen dar. Zudem ist das Verdauungssystem eines reinen Fleischfressers kürzer. Dies spart ebenfalls Gewicht.

Die tatsächlichen Darmlängen unterscheiden sich schon alleine aufgrund der unterschiedlichen Größe der Tiere. Das Verhältnis drückt

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Seite 124, Aufgabe 5f

Mögliches Verhältnis: z. B. 1:8: Das Verhält- nis sollte zwischen Wildkatze / Wolf und Wildschwein liegen, da der Mensch ein Alles- fresser mit einer Präferenz zu tierischer Nah- rung.

Seite 125, Aufgabe 7a 1 = Zauneidechse 2 = Feldhase 3 = Feldmaus

Die Zauneidechse ist thermokonform und hat an einem kühlen Sommertag eine relativ nied- rige Stoffwechselrate (aufgrund der niedrigen Körpertemperatur). Daher braucht sie nicht viel Nahrung um ihren Energiebedarf zu de- cken.

Feldmaus und Feldhase sind thermoregulierend und müssen somit an einem kalten Sommertag relativ viel Energie für die Aufrechterhaltung der Körpertemperatur aufwenden.

Die Maus hat im Vergleich zu ihrer Körper- masse eine wesentlich größere Oberfläche als der Hase. (Verhältnis Oberfläche / Masse ist bei der Maus größer) und verliert somit viel mehr Wärme (vgl. Kartoffelversuch auf S. 117 unten). Daher muss sie zum Erhalt der Körper- temperatur viel mehr Energie aufwenden und frisst im Vergleich zum Körpergewicht mehr als der größere Hase.

Wertende Aussagen sind fett gedruckt:

Der tägliche Nahrungsbedarf eines Maulwurfs entspricht in etwa seinem eigenen Körperge- wicht. Alle 3 bis 5 Stunden durchläuft das Tier sein Gangsystem, um die zwischenzeitlich dort unrechtmäßig eingedrungene Beute zu fassen.

Nahrungspausen von über 24 Stunden überle- ben Maulwürfe nicht. Da sie keinen Winter- schlaf halten, legen sie einen Vorrat von Re- genwürmern an. In grausamer Weise beißen sie deren Vorderende ab, damit die Regenwür- mer überleben und frisch bleiben, aber nicht fortkriechen können. Ein Maulwurf vertilgt pro Jahr etwa 30 kg Nahrung, die zumeist aus Schädlingen besteht. Nur selten beschädigt er Pflanzen durch sein Gangsystem. Er ist also ein sehr nützliches Tier.

Säugetierlunge Vogellunge liegt in beweglichem

Brustkorb

liegt in starrem Brust- korb

Zwerchfell und Brustkorb erzeugen

einen Sog bzw.

Druck Lungenvo- lumen verändert sich

entsprechend

Die Luftsäcke sind dehnbar und ziehen bzw. schieben Luft durch die starren

Lungenpfeifen Oberflächenvergrö-

ßerung durch Alveo- len

Oberflächenvergrö- ßerung durch ein

Röhrensystem Gasaustausch an den

Alveolen

Gasaustausch in den Lungenpfeifen

Angepasstheit:

enorme Größe der Gasaustauschfläche

durch die Alveolen

Angepasstheit: Luft- sack-System beför-

dert sowohl beim Ein- als auch beim Ausatmen Frischluft

durch die Lungen- pfeifen, sodass ein ständiger, gleichmä- ßig starker Gasaus-

tausch stattfindet.

Blaue Kurve: Diese gehört zur Kreuzotter, da diese thermokonform ist. Ihre Körpertempera- tur steigt mit der Außentemperatur an. Daher steigt auch die die Geschwindigkeit der Stoff- wechselreaktionen, also die Stoffwechselrate an und somit auch ihr Sauerstoffbedarf.

Rote Kurve: Die Maus hat zwischen 10 °C und 25 °C einen nahezu gleichbleibenden Energie- bedarf und auch Sauerstoffbedarf. Bei niedrigen oder hohen Temperaturen muss sie für die Aufrechterhaltung der Körpertempera- tur viel Energie bereitstellen und hat somit einen höheren Sauerstoffbedarf.

(Hierbei können nur Tiere verglichen werden, die keine anstrengende Tätigkeit ausüben.) Seite 126, Aufgabe 16

a) Lunge A: ½; Lunge B: ¼; Lunge C: ¾ Je größer die innere Oberfläche der Lunge ist, desto größer ist die Gasaustauschfläche und somit der Anteil der Lungenatmung an der Gesamtatmung.

b) Ein reines Landtier besitzt eine Körperbe- deckung, die es vor Austrocknung schützen muss. Es kann also über die Haut keinen

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Sauerstoff ins Blut aufnehmen. Daher muss die Lungenatmung 100 % der Sauerstoff- aufnahme ins Blut erreichen und dafür muss sie eine entsprechend große Aus- tauschfläche besitzen.

c) Ein Landtier, das thermoregulierend ist, hat aufgrund der Regulation der Körpertempe- ratur einen wesentlich höheren Energiebe- darf als ein thermokonformes Landtier. Der hohe Energiebedarf erfordert die Aufnahme einer sehr großen Menge Sauerstoff ins Blut (für die Zellatmung) und somit eine große Austauschfläche.

d) Konflikt: Sauerstoffaufnahme gelingt nur über eine dünne, feuchte Oberfläche – diese gibt aber dementsprechend viel Feuchtig- keit aus dem Körper an die Umgebung ab.

Atmungsorgane sollten daher geschützt im Körperinneren liegen, um die Wasserab- gabe so gering wie möglich zu halten.

Ein Modellversuch stellt einen zur Realität ver- gleichbaren Zusammenhang dar, der aber an ganz anderen Materialien oder Gegenständen aufgezeigt wird. Somit können komplizierte Zusammenhänge einfacher dargestellt oder auch vereinfacht untersucht werden.

Untersuchung zu Hypothese 1: Vergleich der Atemtätigkeit eines großen und eines kleinen Pinguins beim Absenken der Außentemperatur (oder Modellexperiment zu Hypothese 1: vgl.

Kartoffelversuch auf S. 117 unten)

Untersuchung zu Hypothese 2: Messung und Vergleich der Körpertemperatur kleiner Pingu- ine bei unterschiedlichen Außentemperaturen

Seite 127, Aufgabe 20b Tigerarten:

Je kälter die Jahresdurchschnittstemperatur, desto größer ist die Tigerart. Tiger sind thermoregulierend und geben in kalter Umgebung Wärme über die Hautoberfläche ab. Bei kleinen Tieren ist die Hautoberfläche im Vergleich zu (relativ zu) der Körpermasse sehr groß und diese Tiere würden in einem kalten Klima zu

Daher steigt die Körpertemperatur und somit die Stoffwechselrate mit steigender Umge- bungstemperatur an. Die Tiere können schneller wachsen. Zudem hat eine Eidechse in warmen Klima eine längere Zeit am Tag und im Jahr, zu der sie aktiv sein kann und Nahrung zu sich nehmen kann. Somit kann sie größer werden als eine Eidechse in kaltem Klima.

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Kapitel 6: Wirbeltiere: Fortpflanzung und Individualentwicklung

6.2 Fortpflanzung und Entwicklung im eigenen

‚Gewässerchen‘

Obwohl die erwachsenen Tiere ungefähr gleich schwer sind, sind die Eier der Zauneidechse wesentlich größer als die des Grasforsches.

Dies liegt an der unterschiedlichen Fortpflan- zung und Entwicklung dieser Tiere:

Die Zauneidechse pflanzt sich durch eine innere Befruchtung fort. Sie legt große Eier mit reichlich Nahrungsvorrat in eine Erdhöhle ab, wo sie sich geschützt vor Gefahren entwickeln können (plasmareiche Eier; Brutfürsorge vgl.

S. 147). Daher müssen die Eier größer sein und das Weibchen kann nicht so viele Eier produzieren. Da sich die Jungtiere in den Eiern zu einer beachtlichen Größe entwickeln können, überleben genügend Nachkommen.

Das Grasfrosch-Weibchen entlässt einige tau- send sehr kleiner Eier in das Laichgewässer. Es erfolgt eine äußere Befruchtung mit den Sper- mien des Grasforsch-Männchens. Danach kümmert sich das Elternpaar nicht weiter um die Eier. Der Nachwuchs schlüpft sehr schnell und ist daher noch sehr klein. Sehr viele dieser Larven werden von Fressfeinden gefressen, dennoch überleben genügend Tiere.

6.4 Die Amsel – Gärten als Revier Seite 137, Aufgabe 3

Es sind individuelle Lösungen möglich. In einem solchen Experiment ist darauf zu achten, dass man wirklich nur einen einzigen Faktor verändert.

Lösungsvorschläge:

• Ein Amselmännchen wird während der Paa- rungszeit in seinem Revier zum einen mit einigen Männchen-Attrappen und in einem weiteren Versuch mit Weibchen-Attrappen konfrontiert. Dabei wird der Gesang aufge- zeichnet und anschließend z. B. nach Dauer und Lautstärke ausgewertet und verglichen.

• Zwei Amselmännchen werden in künstli- chen, gleichen Revieren gehalten. Es wird die Dauer und Lautstärke der Revierge- sänge registriert. Dann bekommt ein Männ- chen ein Weibchen ins Revier und man be-

obachtet weiterhin die Dauer und Laut- stärke des Reviergesangs beider Männchen.

Ist das fehlende Weibchen der Hauptgrund für den Reviergesang, sollte sich die Re- viergesangsdauer und/oder -lautstärke nach Hinzugeben des Weibchens deutlich unterscheiden.

6.6 Das Haushuhn – häufigstes Haustier des Menschen

Menschen begannen Bankiva-Hühner zu halten und zu züchten. Die Weibchen und Männchen, die die vom Menschen gewollten Merkmale hatten, wurden gezielt gepaart und zur Auf- zucht einer neuen Generation verwendet. Ge- wünschte Zuchtmerkmale sind z. B. Größe;

Anzahl der gelegten Eier pro Jahr; Fleischan- teil; Federfarbe; etc. So veränderten sich die ursprünglichen Bankiva-Hühner und entwickelten sich über viele Generationen hinweg zu Haushühnern (vgl. Kapitel 8.7).

6.7 Das Hühnerei Seite 143, Aufgabe 3

Die Keimscheibe hat die geringste Dichte der Dotterkugel und schwimmt somit auf dem Dot- ter. Da das Hühnerei über Hagelschnüre ver- fügt, die die Dotterkugel drehbar in der Mitte des Eiklars halten, bleibt der Embryo, der aus der Keimscheibe entsteht auch immer oben und wird beim Drehen des Eies nicht vom Dot- ter erdrückt.

Reptilieneier enthalten keine Hagelschnüre.

Beim Drehen des Eies liegt der Embryo dann unter dem Dotter und wird von diesem er- drückt.

(Aber Reptilieneier werden normalerweise ver- graben und anschließend nicht mehr bewegt, sodass dies in der Natur nicht passiert.) Seite 143, Aufgabe 4

Durch den Luftballon wird das Ei luftdicht ver- packt. Dadurch kann kein Gasaustausch über die Poren der Kalkschale und die Luftkammer mehr erfolgen und der Embryo erstickt, da ihm der nötige Sauerstoff für die Zellatmung aus- geht.

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6.9 Elternaufwand bei Wirbeltieren Seite 147, Aufgabe 3

Eine Glucke ist ein Huhn, das seine Küken be- schützt. Sie zeigt ihnen auch alles Fressbare und nimmt sie bei Gefahr unter ihre Flügel.

Dieses Verhalten ist für die Küken lebensnot- wenig und keinesfalls übertrieben.

Wendet man den Begriff auf eine Mutter an, so ist er wertend gemeint und beinhaltet ein über- trieben fürsorgliches Verhalten.

6.10 Verantwortung des Menschen für Wirbel- tiere

Es sind individuelle Lösungen möglich. Bei- spiele:

Schwierigkeiten bei der Durchführung:

• Der Prozess der Renaturierung dauert mehrere Jahre (z. B. bis Wildsträucherhecken ge- wachsen sind) und muss konstant von Fach- kräften begleitet werden.

• Anpflanzungen von Hecken müssten auf an- grenzendem Privatbesitz getätigt werden

• Die Wiederansiedlung von bestimmten, in diesem Bereich verschwundenen, Wirbeltie- ren muss parallel dazu erfolgen und gelingt unter Umständen anfangs nicht, da z. B. die Hecken zu klein sind.

• Baumaßnahmen und Anpflanzungsmaßnah- men sind zu teuer

• Zufahrt durch große Baufahrzeuge zerstört angrenzende Wiesen

• …

Gegenargumente von Landwirten:

• Flächen für Feldraine und Hecken gehen als Anbauflächen verloren auch finanzieller Verlust für den Landwirt Landwirte werden vermutlich auf Ausgleichsflächen bestehen, falls sie den Vorteil der größeren Arten- vielfalt nicht erkennen.

• Durch Hecken haben manche Landwirte eventuell Probleme, mit großen Maschinen zu den Feldern zu gelangen.

• Baumaßnahmen stören den Säh- und Ernte- betrieb

auch mit einer Ertragsminderung argumentie- ren und auf Ausgleichsflächen bestehen.

• Die Wildkräuter der Feldraine könnten sich auch auf den Äckern ansiedeln, stellenweise das Getreide verdrängen und müssten nach der Ernte aussortiert werden.

• Handelt es sich ursprünglich um ein Feucht- gebiet, das entwässert worden ist, könnte die Renaturierung dazu führen, dass bestimmte Feldfrüchte bei feuchterem Boden gar nicht mehr wachsen.

• …

6.13 Üben und Vertiefen Seite 154, Aufgabe 4c

Je länger die Larve / das Jungtier im Ei verwei- len kann (mit entsprechendem Nahrungsvor- rat), desto größer und weiter entwickelt ist es.

(Vorteil: Weiter entwickelte Jungtiere sind keine oder nicht mehr so leichte Beute für viele Fressfeinde.)

Je größer das Männchen ist, das ein Weibchen besetzt hat, desto geringer ist die Zahl der An- griffe.

Je tiefer die Ruftöne des Pärchens sind, desto geringer ist die Zahl der Angriffe.

Kosten: Kraftaufwand, das bereits auf dem Weibchen sitzende Männchen wegzudrängen Nutzen: Möglichkeit eigene Nachkommen zu erzeugen

Die Chance, das Männchen von dem Rücken des Weibchens zu entfernen ist viel schlechter, wenn dieses Männchen groß und kräftig (tiefer Ton) ist. Daher erfolgen in diesem Fall weniger Angriffe, da diese nur von ebenfalls großen und kräftigen Männchen mit Erfolgsaussicht durchgeführt werden können.

Fehlt Kalk in der Schale, dann sind die Eier nicht so gut vor dem Austrocknen geschützt und auch der Embryo ist weniger gegen me- chanische Einflüsse geschützt. Daher vergra- ben die meisten Reptilien ihre Eier in Erdhöh- len.

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Neugeborenen spielt für die Tatsache, ob ein Tier Nesthocker oder Nestflüchter ist keine Rolle. Vielmehr sind es z. B. die Anwesenheit von Räubern und andere Umweltbedingungen.

Mäuse, Hamster, Ratten und Raubtiere bringen blinde und nackte Junge zur Welt, die man als Nesthocker bezeichnet.

Huftierjunge (z. B. von Pferden oder Springbö- cken) sind Nestflüchter: Die Nachkommen können bereits nach wenigen Stunden der Mut- ter selbständig folgen.

Zusatzinformation: Menschen- und einige Af- fenbabys bezeichnet man als Traglinge. Diese sind auf sehr viel Hilfe angewiesen, haben aber funktionsfähige Augen und Ohren.

Bei der ungeschlechtlichen Fortpflanzung entstehen Nachkommen, die das identische Erbgut haben wie der Elternteil. Dies kann von Nach- teil sein, wenn sich z. B. die Umweltbedingun- gen ändern, da es keine Möglichkeit der An- passung gibt und die Tiere dann ggf. ausster- ben könnten.

Die geschlechtliche Fortpflanzung bringt dagegen bei den Nachkommen Variationen in Merkmalen und Eigenschaften hervor. So könnte ein Individuum besser an sich verän- dernde Umweltbedingungen angepasst sein als seine Eltern. Dies würde dazu führen, dass es bessere Überlebenschancen hätte. Die Chance auf Veränderung und somit bessere Angepasst- heit rechtfertigt den Aufwand für die geschlechtliche Fortpflanzung.

Fortpflanzung des Schnabeltiers:

Die Begattung (innere Befruchtung) findet beim Schnabeltier im Wasser statt. Nach ca.

10 bis 14 Tagen legt das Weibchen zwei bis drei weißliche Eier in ihrem Erdbau ab. Die Wohnhöhle hat sie mit weichen Pflanzenteilen ausgepolstert. Die Eier besitzen eine großen Dotter und eine pergamentartige Schale und sind somit Reptilieneiern viel ähnlicher als Vo- geleiern. Sie werden 7 bis 10 Tage lang bebrü- tet, dann schlüpfen ca. 2,5 cm kleine, nackte und blinde Jungtiere. Aus Milchdrüsen im Brustbereich sondert das Weibchen Mutter- milch ab, die von den Jungtieren aufgeleckt wird. Die Säugezeit beträgt rund fünf Monate,

die die Jungtiere im mütterlichen Bau verbrin- gen. Aber auch danach werden sie von der Mutter ernährt.

Einordnung:

Das Schnabeltier kann anhand des Fortpflan- zungsverhaltens nicht ganz eindeutig einer Wirbeltierklasse zugeordnet werden: Zum einen legt es Eier (ähnlich der Reptilieneier). Da das Männchen aber zum anderen einen Penis aufweist und das Weibchen die Jungen mit Muttermilch säugt (eindeutiges Säugetiermerk- mal!), ist es eher den Säugetieren zuzuordnen.

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Kapitel 7: Wirbeltiere: Informationsauf- nahme und Reaktion

7.2 Der Hund – ein Nasentier Seite 163, Aufgabe 2

Z. B. Katze:

Hohes Mäusefiepen muss gehört werden

Z. B. Belugawal:

Verständigungslaute liegen in hohen Frequenz- bereichen, die nicht durch andere Geräusche überlagert oder gestört werden

Tiefe Töne werden von fast allen Lebewesen gehört.

Der Elefant hört die tiefsten Töne (16 Hz)

Das Weibchen lockt die Männchen mit einem Duftstoff an. Die Männchen müssen diesen Duft unter vielen anderen Gerüchen in der freien Natur herauskennen, um auch sicher auf ein Weibchen zu treffen.

Viele Haie können verletzte Tiere mit ihrem hoch empfindlichen Geruchssinn (Blut), feinen Gehör und dem sensiblen Seitenlinienorgan (zappelnde Bewegungen) über sehr weite Stre- cken orten. Mit ihren leistungsfähigen Augen sehen Haie vor allem im Nahbereich sehr gut.

• Ammenhaie setzen vermutlich bevorzugt den Tastsinn ein, da sie nachts jagen und sich von kleinen, bodenbewohnenden Tie- ren ernähren.

• Hammerhaie setzen vermutlich bevorzugt die elektrische Ortung ein, da sie im Sand vergrabene Rochen jagen.

• Walhaie setzen vermutlich bevorzugt den Geschmackssinn ein, um das Plankton auf- zuspüren. Walhaie saugen Wasser aktiv ein und filtern das Plankton heraus.

Die breite Kopfform des Hammerhais vergrö- ßert die Fläche, an der die Rezeptoren sitzen.

(20)

Kapitel 8: Verwandtschaft der Wirbeltiere und Evolution

8.2 Der Weg vom Wasser an Land Seite 177, Aufgabe 2

Tiktaalik müsste später als der Quastenflosser, aber noch vor dem Ichthyostega eingeordnet werden. Tiktaalik besaß noch Flossen, Schup- pen und einen flachen Kiefer, was auf die nahe Verwandtschaft zu den Fischen schließen lässt.

Im Gegensatz zum Quastenflosser hatte Tik- taalik einen beweglichen Hals und viel kräfti- gere Vordergliedmaßen, was ihn näher zum Ichthyostega rückt. Er weist also sowohl Merk- male des Quastenflossers als auch des Icht- hyostegas auf. Daher muss er im Stammbaum dazwischen einsortiert werden.

Reptil Archaeopteryx Vogel großes Becken kleines Becken,

Form wie bei Reptil

kleines Becken

sehr lange Schwanz-wir- belsäule

kürzere Schwanz-wir- belsäule

Schwanz-wir- belsäule stark verkürzt Laufbein, Fuß-

knochen lang, vier Zehen nach vorne

Fußknochen verkürzt, zum Teil verwachsen, drei Zehen nach vorne, eine nach hinten

Verkürzter Oberschenkel- und Fußkno- chen; Knochen verwachsen, drei Zehen nach vorne, eine nach hinten kleine Greif-

hand, Krallen

drei Finger;

Handknochen verlängert Flügel; Krallen

Handknochen verwachsen und verlängert

Flügel;

keine Krallen kleine Kopf-

höhlen, Zähne

große Kopfhöh- len, Zähne

große Kopfhöh- len, Hornschna- bel

Rippen frei Rippen frei Rippen verwachsen, gro- ßer Brustbein- kamm

-- Gabelbein Gabelbein

Archaeopteryx weist sowohl Merkmale von Reptilien und als auch Merkmale der heutigen Vögel auf.

8.3 Energiemanagement im Laufe der Evolu- tion

Da sich der Brustkorb in seiner Größe nicht verändern kann, besteht auch nicht die Mög- lichkeit über dessen Dehnung die Größe der Lunge zu verändern. Daher müssen im Vogel- körper die Luftsäcke gedehnt und wieder zusammen gepresst werden.

8.4 Evolutionäre Entwicklung der Fortpflan- zung

Vögel müssen aufgrund ihrer Fortbewegungs- weise in der Luft (Fliegen) Gewicht sparen.

Daher tragen sie ihre Nachkommen so kurz wie möglich mit sich herum und legen große, dotterreiche Eier, in denen sich die Küken mithilfe der Körperwärme des brütenden Vogels entwickeln.

8.6 Evolutionsmechanismen Seite 185, Aufgabe 2

Im Modellspiel werden Perlen, die sich stark vom Untergrund abheben zuerst weggenom- men. Die Perlen stehen modellhaft für auffällig gefärbte Beutetiere in der Natur, die von Fress- feinden leichter entdeckt werden. Diese Tiere werden häufiger gefressen und können daher auch nicht so viele Nachkommen hervorbrin- gen wie andere, gut getarnte Tiere. Im Modell- spiel wird das durch das Hinzulegen von Per- len zu den verbliebenen Farben dargestellt.

Nach mehreren Spielrunden kann es sein, dass eine Farbe ganz fehlt. Übertragen auf die Natur würde dies bedeuten, dass die auffällig gefärb- ten Tiere durch die natürliche Selektion zu- nächst immer weniger werden und schließlich nach mehreren Generationen komplett verwin- den.

Die Änderung der Farbe des Karton stellt ver- änderte Umweltbedingungen dar. Dies hat zur Folge, dass Perlen mit anderen Farben vermehrt aufgegriffen werden, bzw. Tiere mit anderen Eigenschaften vermehrt gefressen werden.

(Hinweis: Man kann diese Betrachtungen auch mit einer anderen Eigenschaft einer Tierart ausführen. Es ist nur wichtig, dass die Eigen- schaft einen Einfluss auf den Fortpflanzungs- erfolg der Tiere hat.)

(21)

8.7 Züchtung als menschengeleiteter Evoluti- onsprozess

Nur angeborene Merkmale, die in der Erbin- formation abgespeichert sind, können durch gezielte Auslese und Fortpflanzung an die nächste Generation weitergegeben werden.

‚Männchen machen‛ ist eine erlernte (erwor- bene) Eigenschaft, die nicht vererbt wird.

Da im Laufe der Evolution aufgrund des wär- meren und trockeneren Klimas der Anteil an Wald immer geringer wurde, mussten die Pferde die schützende Deckung des Waldes verlassen und in der Steppe leben. Dort sind sie Fressfeinden eher ausgeliefert. Kleine Tiere waren leicht zu erlegen und konnten nicht schnell genug fliehen. Die größeren Pferde unter ihnen hatten bessere Überlebenschancen und somit eine größere Zahl an Nachkommen.

Im Laufe der Evolution wurden die Nachkom- men der Urpferde dadurch immer größer und auch schneller.

Seite 192, Aufgabe 10b Material für das Modellspiel:

dunkler und heller Karton (als Untergrund), helle und dunkle Kugeln

Durchführung:

Der dunkle Karton steht für den Wald, der helle für die Steppe. Die dunklen Kugeln stellen die kleineren Pferde dar und die hellen Ku- geln die größeren. Zuerst legt man 30 helle und 30 dunkle Kugeln auf den dunklen Karton. Die Kugeln dürfen jeweils 2 Sekunden lang ein ge- sammelt werden. Jede verbliebene Kugel bekommt eine Kugel der gleichen Farbe hinzu.

Nach drei Runden tauscht man den dunklen Karton gegen den hellen aus und spielt erneut mindestens fünf Runden.

Auf diese Weise kann man die unterschiedlichen Auswirkungen von verschiedenen Selek- tionsfaktoren aufzeigen.

Bei dem Spiel auf dem dunklen Karton sollten die dunklen Kugeln häufiger werden. Nach

Vorteile der heutigen Körpergröße:

Mit einem größeren Körpergewicht waren/sind die Pferde vor kleineren Fressfeinden besser geschützt und mit längeren Beinen konnten/können sie viel schneller flüchten.

Bei der Haltung von vielen Lachsen auf engem Raum (Massentierhaltung) kann es zu Erkran- kungen oder Befall mit Parasiten kommen. Die Fische müssen dann mit Medikamenten behan- delt werden. Diese gelangen beim Verzehr dann auch in den Körper des Menschen. Oder die Tiere können nicht mehr verkauft werden, was einen großen Verlust für den Betreiber der Aufzucht bedeutet.

Durch den großen Bedarf an Futtermitteln – Pellets aus Fischmehl (vgl. Forelle S. 69) – für die Lachse, muss sehr viel Meeresfisch gefan- gen werden.

Die Lachse müssen in Salzwasser gehalten werden. Dies geschieht in mit Netzen einge- säumten Küstengebieten. Die vielen Fische bedeuten eine Verschmutzung für die Meeresre- gionen.

(22)

Kapitel 9: Ökosystem Gewässer

9.11 Üben und Vertiefen Seite 216, Aufgabe 3

Tiere, die das Biotop Teich verlassen und andere Biotope aufsuchen können, z. B.:

• Stockente

• Libelle

• Teichfrosch

Diese Tiere sind unabhängiger von diesem bestimmten Teich als z. B. die darin lebenden Fi- sche. Falls sich die Wasserqualität des Teichs verschlechtert (Eutrophierung) oder er z. B.

austrocknet, können diese Tiere in ein anderes, ähnliches Biotop umsiedeln.

Nahrungsketten stellen die Nahrungsbeziehun- gen zwischen den Lebewesen eines Ökosys- tems dar. Je mehr Nahrungsketten zu einem Nahrungsnetz verflochten sind, desto vielfälti- ger sind diese Nahrungsbeziehungen. Da dadurch kein Lebewesen nur von einer einzigen Nahrungsquelle abhängt, sind diese gegen- seitigen Abhängigkeiten deutlich vielfältiger.

Das Ökosystem ist stabiler.

Wasser, das zum Zweck der Kühlung in Kraft- werken genutzt wird, wird aufgeheizt. Wird dieses warme Wasser nun wieder zurückgelei- tet, führt dies zu einer erhöhten Wassertempe- ratur im Fluss. Dies ist problematisch für alle Tier- und Pflanzenarten, die an niedrigere Wassertemperaturen angepasst sind.

Ein weiteres Problem besteht darin, dass die erhöhte Wassertemperatur eine Abnahme des Sauerstoffgehaltes bewirkt und eine Zunahme der Eutrophierungsprozesse.