1 Einleitung In unserem Seminar „Beobachten, Untersuchen und Experimentieren im Biologieunterricht“ haben wir uns zum Ziel gesetzt, Lernzirkel mit lebenden Tieren zu entwickeln. Es standen Schnecken, Regenwürmer, Flusskrebse und Stabheuschrecken zur Auswahl. Da mein ursprünglicher Arbeitspartner nur einmal am Seminar teilgenommen hat, habe ich allein einen Lernzirkel zur Stabheuschrecke entworfen. Nach einem fachwissenschaftlichen Teil über die Stabheuschrecke werde ich auf den folgenden Seiten den Lernzirkel näher vorstellen. Die genauen Versuchsbeschreibungen aus der Fachliteratur und die einmalige Ausfertigung der Materialien sind im Anhang beigefügt. 2 Fachwissenschaftlicher Teil 2.1 Ordnung Phasmatoptera Die Stabheuschrecken, die für diesen Lernzirkel verwendet werden, gehören zur Ordnung der Gespenst- oder Stabschrecken (Phasmatoptera). Sie umfasst 2 500 Arten, die vorwiegend in den Tropen leben und besonders das tropische Südostasien, Neuguinea und Ozeanien bevorzugen. Die Gespenst- oder Stabstrecken umfassen verschiedene Erscheinungsformen. Eine sehr bekannte Form ähnelt stark einem Blatt und wird deshalb auch „wandelndes Blatt“ genannt. Sie gehört zur Familie Phylliidae. Die Stabschrecke, für die dieser Lernzirkel konzipiert ist, gehört neben zehn weiteren Unterfamilien zur Familie Phasmatidae und heißt Carausius morosus. Sie ist sehr weit verbreitet und wird häufig zu Laborzwecken genutzt. 2.2 Anatomie Die Stabschrecke ist ein typisches Landtier. Ihre Körperfarbe liegt je nach äußeren Bedingungen zwischen grün und hell- bis schwarzbraun. Die Körperfarbe und der Körperbau der Stabschrecke ergeben eine verblüffende Ähnlichkeit mit Zweigen. Deshalb und weil sie immer wieder in eine Starre verfällt, in der sie die Vorderbeine parallel nach vorne streckt, ist sie zwischen den Blättern und Zweigen einer Pflanze schwer zu erkennen. 1 Der rundliche Kopf ist im Verhältnis zum Körper sehr klein und besitzt kräftige, kauende Mundwerkzeuge und Fühler. Die für Insekten typischen Komplexaugen sind sehr klein und nicht sehr leistungsfähig, da sie relativ wenig Einzelaugen aufweisen. Da die Stabschrecke an ihre Nachtaktivität angepasst ist, kann sie keine Farben unterscheiden. Bei der Stabschrecke ist der Mittel- und Hinterbrustteil mit dem ersten Hinterleibsglied verwachsen. Die Vorderbrust ist jedoch beweglich. Die am Brustteil ansetzenden sechs Schreit- oder Kletterbeine der Stabheuschrecke sind lang und dünn. Sie haben einen fünfgliedrigen Fuß und ähneln sich. Unsere Stabschrecke hat keine Flügel. Der Hinterleib der Stabschrecke besteht aus zehn Segmenten und einem rudimentären elften, an dem zwei Cerci angehängt sind. 2.3 Fortpflanzung Die männlichen Kopulationsorgane befinden sich am neunten Segment. Die weibliche Geschlechtsöffnung liegt am hinteren Rand des achten Segmentes. Die Begattung erfolgt bei Nacht. Hierzu steigt das deutlich kleinere Männchen auf den Rücken des Weibchens. Es umgreift mit seinem Hinterleib den des Weibchen und gelangt so von der Seite mit seinem Phallus in die weibliche Geschlechtsöffnung. Die Samenflüssigkeit wird durch einen Samenträger übertragen, der sich später selbständig entleert. Der Vorgang der Paarung dauert etwa ein bis zwei Stunden und wird des öfteren wiederholt. Viele Stabschrecken legen unbefruchtete, aber entwicklungsfähige Eier ab. Sie können sich ohne das Männchen durch Jungfernzeugung fortpflanzen. Bei manchen Arten sind die Männchen derart selten, dass sie keine Rolle bei der Fortpflanzung spielen. Bei den meisten Arten lässt das Weibchen seine Eier in der Nacht achtlos fallen. Andere graben sie ein oder werfen sie von sich weg. 2.4 Entwicklung Die Carausius morosus benötigt bei einer Temperatur von circa 18°C drei bis vier Monate für ihre Embryonalentwicklung. Das Schlüpfen in der Nacht dauert lediglich ein bis zwei Minuten. Hierbei drückt die Larve gegen den Eideckel, der sich folglich ablöst. Es erscheint zuerst der Kopf und dann der Rest des Körpers. Ist das Tier 2 komplett befreit, sucht es instinktiv seine Futterpflanze auf. Ist die Luftfeuchtigkeit zu gering, bleiben viele Larven in ihrem Ei stecken und sterben ab. Die Larven sehen den erwachsenen Tieren sehr ähnlich. Die wenigen Unterschiede werden im Laufe von fünf bis acht Häutungen allmählich beseitigt. Hierbei hängen die Larven kopfüber an den Zweigen. Durch das Schlucken von Luft erhöhen sie den Binnendruck und bringen so die alte Cuticula zum platzen. In der Regel fressen die Tiere diese nach der Häutung auf. Die Jugendentwicklung dauert bei Carausius je nach Temperatur drei bis acht Monate. Die erwachsenen Tiere leben drei bis sechs Monate, können jedoch etwa fünf Jahre alt werden. 2.5 Lebensraum und Verhalten Stabschrecken findet man vorwiegend auf Sträuchern mittlerer Höhe und Bäumen. Hier kann man sie aufgrund ihrer zweig- oder blattähnlichen Körperform kaum erkennen. Stabschrecken sind Nachttiere. Bei der Nahrungsaufnahme in der Dunkelheit sind sie recht lebhaft. Bei zunehmender Helligkeit verfallen sie jedoch zunehmend in einen bewegungsarmen Zustand. Er führt zu einer typischen Starrestellung, die Katalepsie genannt wird. Hierbei strecken die stabförmigen Schrecken ihre Vorderbeine nach vorne und schließen die Fühler dazwischen ein. So werden sie einem Zweig sehr ähnlich. Ein bis zwei Stunden nach Einbruch der Dunkelheit löst sich die Starre. Obwohl die Stabschrecken in der Nacht viel aktiver sind, verlassen sie ihren Aufenthaltsort nicht. Auch bei Nahrungsmangel wandern sie nur bis zur nächsten Futterpflanze. Generell leben Stabschrecken ziemlich vereinzelt. Gelegentlich kommt es jedoch zu Massenvermehrungen. In Australien entlaubt gelegentlich eine Art meilenweit die Eukalyptusbäume. 2.6 Nahrung Stabschrecken ernähren sich von lebenden pflanzlichen Stoffen. Sie fressen zartere oder lederartige Blätter und bevorzugen Brombeer-, Himbeer- sowie Brennnesselblätter. Im Laufe seines Lebens frisst ein Tier wenigstens 23g Blattmasse, das ist circa das 19fache seines Körpergewichts. Da die Stabschrecke keinen Kaumagen hat, müssen die Mundwerkzeuge die Nahrung gut zerkleinern. 3 Weil die Tiere ihren Lebensort selten verlassen, kommt es des öfteren zu Kahlfraß an Pflanzen. 2.7 Feinde Räuberische Feinde der Stabschrecken sind Vögel, Eidechsen und Spinnen. Die Tiere versuchen sich auf verschiedene Art vor ihnen zu schützen. Einerseits tarnen sie sich durch ihre Schutztracht und ihr Schutzverhalten. Andererseits lassen sie sich fallen und entziehen sich so dem Blickfeld des Feindes. Einige Arten haben eine Hinterbeinschere oder besitzen Wehrdrüsen, die ein stark riechendes, ätzendes Sekret absondern. 2.8 Farbwechsel Bei der Unterfamilie Lonchodinae der Carausus morosus hat man entdeckt, dass die Stabschrecke ihre Körperfarbe auf zwei Weisen ändern kann. Bei dem physiologischen Farbwechsel wird durch eine Umlagerung der Farbstoffe in den Hautzellen ein Farbwechsel erzeugt. Der morphologische Farbwechsel vollzieht sich dagegen durch den Abbau oder die Produktion bestimmter Farbpigmente. Beide Farbwechsel werden stark von den abiotischen Faktoren Licht, Temperatur und Feuchtigkeit, aber auch vom Ernährungszustand und der Nahrung beeinflusst. 2.9 Haltung und Pflege Für die Haltung von Stabheuschrecken eignen sich Glas- oder Kunststoffbehälter ab einer Größe von ca. 20x30x20cm (Länge x Höhe x breite) wie z.B. ausgediente Aquarien und Terrarien. Sie müssen oben durch einen mit feinmaschigem Drahtgitter bespannten Deckel verschlossen werden. Wichtig ist, dass man problemlos ein Wassergefäß mit den Futterpflanzen hineinstellen und wieder entfernen kann. Als Futter sind Blätter vom Efeu oder von der Brombeere geeignet. Die Zweige dieser Pflanzen stellt man in eine wassergefüllte Flasche mit einem engen Hals (z.B. Milchflasche) in den Zuchtbehälter. Die Zweige müssen so dicht gesteckt werden, dass keine Jungtiere ins Wasser fallen können. Dies kann man auch verhindern, indem man die Zweige durch einen durchlöcherten Blechdeckel schiebt. Man sollte die Tiere nicht länger als eine Nacht ohne Futter lassen, da sonst die Gefahr besteht, dass sie sich gegenseitig anfressen. 4 Wassergefäße mit Futterpflanzen links: Abdeckung mit durchlöchertem Blechdeckel; rechts: enghalsiges Gefäß, Öffnung mit Stängel der Futterpflanze ausgefüllt Im Abstand von etwa 2-3 Tagen sollte der gesamte Behälter mit Wasser gesprüht werden. Es muss aber darauf geachtet werden, dass besonders der Boden nicht zu feucht wird, da es sonst zu Schimmelbildung kommt. Den Boden kann man mit Rinden- oder Aststücken auslegen. Reinigen sollte man den Behälter am besten tagsüber, da die Tiere inaktiv sind und nicht so leicht entkommen können. Am Boden liegender Kot, Reste der Nahrungspflanzen und tote Tiere werden hierbei entfernt. Die Eier kann man in Einmachgläsern aufbewahren, in denen sie schlüpfen. Die Larven sollte man in einen Zuchtkäfig setzen. Schlüpfen die Larven im Zuchtkäfig, hat man dort eine Vielzahl an Jungtieren, die häufig die älteren Tiere anfressen. Vor allem in einem zu dicht besetzten Käfig tun sie dies. Bei einer Temperatur von 18 bis 22 Grad kann die Zucht gut gedeihen. Die Stabheuschrecken benötigen wenig Licht, ein Tag-Nacht-Lichtwechsel sollte aber eingehalten werden. Stabheuschrecken werden häufig schon im Zoohandel angeboten. Ansonsten kann man über entsprechende Internetseiten (z.B. www.terraristik.com), Termine von Insektenbörsen oder Adressen von Insektenliebhabern erfahren und dort Tiere erwerben. 5 3 Fachdidaktischer Teil 3.1 Stationen Für die Auswahl die Stationen für den Lernzirkel mit den Stabschrecken habe ich mich besonders auf zwei Literaturangaben gestützt. „Das Stabheuschreckenpraktikum“ von Ulrich Bässler ist ein sehr wissenschaftliches Werk, weshalb sich viele der hier vorgestellten Versuche und Beobachtungen nicht für Schüler der siebten Klasse eignen. Das zweite Werk „Einfache Experimente mit Insekten“ von Hans Kalmus enthielt auf den ersten Blick einige geeignete Versuche oder Beobachtungsmöglichkeiten. Die praktische Ausführung ergab jedoch oftmals das Gegenteil. Im Folgenden werden alle Stationen vorgestellt, die zur Auswahl standen und für den Stationenunterricht in der siebten Klasse der Realschule geeignet schienen. Die Stationen, die letztlich nicht verwendet werden, wurden mit einem didaktischen Kommentar versehen. Die anderen werden im Weiteren genauer vorgestellt. 3.1.1 Ursprünglich geplante, nicht verwendete Stationen Ulrich Bässler schlägt in seinem Exkurs zum Verhalten der Stabschrecke vor, das Erklettern eines künstlichen „Zweiges“ durch Jungtiere zu beobachten. Für diesen Versuch habe ich einen künstlichen Zweig aus einem Holzstab, Tonkarton, Wasserfarbe und einer mit Steinen gefüllten Schachtel gebastelt. Diesen Versuch habe ich mehrere Male durchgeführt. In keinem Fall ist das nach Bässler zu erwartende Verhalten eingetreten. Deshalb halte ich diesen Versuch für ungeeignet. Beide Werke schlagen vor, die Katalepsie künstlich herzustellen. Dazu soll man ein Tier auf den Rücken fallen lassen, es in den Händen hin- und herwerfen oder es auf dem Tisch hin- und herrollen. Keine dieser drei Möglichkeiten ist realisierbar. Die Stabheuschrecken fallen grundsätzlich auf die Beine, was in einer der endgültigen Stationen nachgewiesen wird. Es ist mir auch nicht gelungen, ein Tier auf dem Tisch hin- und herzurollen, da es sich instinktiv sofort umdreht. Die dritte Möglichkeit habe ich aus didaktischen Gründen von vornherein ausgeschlossen. Da ich es unangemessen finde, Kinder der siebten Klasse mit Stabschrecken werfen zu lassen. 6 Die Lichtkompassreaktion ist auch nicht eingetreten. Das Tier hat sich sogar vom Licht abgewendet und ist in die verschiedensten Richtungen gelaufen. Auch das Trinkverhalten der Stabschrecken ließ sich nicht beobachten. Ich habe diesen Versuch mit mehreren Tieren ausgeführt. Keines hat den Wassertropfen wahrgenommen, obwohl die Stabschrecken lange nicht befeuchtet worden waren. Die Tiere haben die Tropfen nicht wahrgenommen, manche sind zufällig durch das Wasser gelaufen, als wäre es nicht da. Auch als ich einen Wassertropfen direkt vor die Mundwerkzeuge gehalten habe, hat das Tier nicht reagiert. Die Anziehungskraft der senkrechten Strukturen konnte ich leider nicht feststellen. Für diesen Versuch hatte ich einen Karton gebastelt, der auf der einen Seite senkrechte schwarze Streifen, auf der anderen waagerechte Streifen für den Gegenversuch hat. Diesen Versuch habe ich dreimal ausprobiert. Weder die älteren Tiere noch die Jungtiere, die für diesen Versuch empfohlen wurden, haben sich so verhalten, wie es die Fachliteratur vorgibt. Die Versuche zur Aktivitätsperiodik habe ich nicht in die Auswahl genommen. Es sind Langzeitversuche, die einen enormen Vorlauf benötigen. Meiner Meinung nach steht der Zeitbedarf für die Vorbereitung dieser Versuche in keinem Verhältnis zum Erkenntnisertrag bei den Schülern. Außerdem werden ihnen hier Versuchsergebnisse präsentiert, die keine Möglichkeit zur Selbsttätigkeit bieten. Die gleiche Argumentation gilt für den physiologischen Farbwechsel und die Eiablage und Defäktion. Den Versuch zur Wahrnehmung von Wärme durch eine erhitzte Stricknadel habe ich ausgeschlossen. Ich bin gegen eine schlecht zu beaufsichtigende Verwendung eines Feuerzeugs in der siebten Klasse. 3.1.2 Endgültig verwendete Stationen Letztlich eignen sich nur zwei Versuche, um sie im Rahmen eines Lernzirkels umzusetzen. Wenn man von oben auf das Tier herabschaut, sieht der Gang der Stabschrecke beeindruckend aus. Aufgrund der Beinlänge kann man die Schreitordnung der Stabschrecke gut beobachten. Die Schüler müssen genau hinsehen und den Gang mehrmals beobachten, um die Reihenfolge der Beinbewegungen zu erkennen. 7 Auch der Versuch zum Fallreflex, bzw. Umdrehreflex der Stabschrecke ist ein gut durchzuführender Versuch. Mir ist es nicht gelungen, ein Tier auf den Rücken zu legen und beim Herunterfallen ist jedes Tier auf den Beinen gelandet. Neben diesen beiden Versuchen, habe ich eine Station entwickelt, an der die Schüler etwas über die Anatomie und das Verhalten der Stabheuschrecke lernen können. Dies geschieht auf spielerische Art, indem sie Fragen zur Stabschrecke beantworten. Als Hilfestellung liegt ein Steckbrief der Stabschrecke vor. Einige Fragen können die Schüler/innen jedoch durch eigenständiges Beobachten eines Tieres beobachten. Die Antworten liegen in Form von Auswahlkärtchen vor, die auf die entsprechende Frage gelegt werden müssen. Wenn alle Fragen beantwortet sind, können die Schüler/innen sich selbst kontrollieren, indem sie die Kärtchen umdrehen. Haben sie die richtigen Kärtchen ausgewählt, entsteht dabei ein Bild der Stabschrecke. Die richtigen Antworten werden schließlich von den Schüler/innen zur Ergebnissicherung auf ein Arbeitsblatt übertragen. 3.2 Arbeitsaufträge Material: Modelle aus Styropor und Stecknadeln, Stabheuschrecke(n) Setze eine Stabheuschrecke auf den Tisch und beobachte ihre Fortbewegung. Welche Schreitordnung lässt sich erkennen? Übertrage deine Beobachtung auf das Modell, indem du die Schreitreihenfolge mit den nummerierten Stecknadeln auf den Styroporstücken markierst. Die Nummer eins steckst du auf das erste Bein, das die Stabschrecke bewegt, die Zwei auf das Zweite usw. Beine, die die Stabschrecke gleichzeitig bewegt, erhalten die gleiche Ziffer. Wenn du ein Tier entdeckst, dem ein oder zwei Bein(e) fehlen, kannst du seine Schreitordnung im Vergleich zu einem gesunden Tier beobachten und notieren. 8 Material: Pappdeckel, Stabheuschrecke(n) Setze ein Tier auf ein Stück biegsamen Pappdeckel und versetze diesem dann von der Unterseite her einen starken Stoß mit dem Finger, so dass das Tier herunterfällt. Du kannst auch den Pappdeckel in einer Höhe von 20 cm umdrehen und das Tier abklopfen. Was passiert? Woran erinnert dich deine Beobachtung? Material: Stabheuschrecke(n), Puzzle, Steckbrief Vor dir liegt ein Puzzle zur Stabheuschrecke. Versuche die Fragen auf dem Karton zu beantworten. Du kannst den Steckbrief und lebende Tiere zu Hilfe nehmen. Die Auswahlantworten zu einer Frage sind durch gemeinsame Symbole gekennzeichnet. Wähle die passende Antwort aus und lege sie auf die entsprechende Frage. Los geht’s! Wenn du alle Fragen bearbeitet hast, kannst du dich selbst kontrollieren. Hierzu drehst du einfach die Antwortkärtchen um! Was siehst du? 9 3.3 Kontrolblätter Deine Beobachtung erinnert dich wahrscheinlich an die Katze. Stabheuschrecken fallen wie Katzen immer auf ihre Beine. Sobald die Tarsen (Füße) der Stabheuschrecke den Kontakt mit einem festen Gegenstand verlieren, nehmen sie eine typische Haltung ein. Mit hohlem Rücken, leicht gehobenen zurückgebogenen Antennen und den Beinen in Schreithaltung fallen sie zu Boden. Beobachtet man die Tiere lange genug, kann man die folgenden Schreitfolgen der Beine beobachten (A = Schreitfolge der Beine beim gesunden Tier, B = Schreitfolge bei fehlenden Beinen): 10 3.4 Laufzettel Laufzettel: Wir beobachten die Stabschrecke. Wie sieht die Stabschrecke aus und wie verhält sie sich? Das kannst du heute an lebenden Tieren beobachten! Dazu habe ich drei Stationen vorbereitet, die du in beliebiger Reihenfolge bearbeiten kannst. Bist du mit einer Station fertig, markiere dies durch ein Kreuz an der entsprechenden Stelle auf deinem Laufzettel! Was passiert, wenn die Stabschrecke herunterfällt? Wie läuft die Stabschrecke? Was weißt du über die Stabschrecke? 3.5 Materialliste Für die drei hier beschriebenen Stationen benötigt der/die Lehrer/in die folgenden Materialien: 1) Beobachtung der Schreitordnung: a) Styroporstück (ca. 17x17 cm) b) schematisches Bild einer Stabschrecke c) 13 Pinnadeln d) kleine Tonkartonkreise gekennzeichnet mit 3x1, 3x2, 3,4,5,6, 3xX e) Kraftkleber, um den Tonkarton auf die Pinnadeln zu kleben 2) Umdreh- bzw. Fallreflex a) ein Stückchen Tonkarton (mind. 15x15 cm) 11 3) Puzzle a) Steckbrief der Stabschrecke (siehe Anhang) b) eine Puzzle-Grundkarte (siehe Anhang) c) 25 Puzzle-Auswahlkärtchen (siehe Anhang) d) Arbeitsblatt (siehe Anhang) Zusätzlich zu diesem Material werden je Station und je Schülergruppe zwei bis drei Stabschrecken benötigt. Hierbei ist darauf zu achten, dass besser mehrere Tiere verwendet werden, damit einzelne Tiere nicht zu sehr gestresst werden. Das sollte auch den Schüler/innen klar gemacht werden. 4 Abschließender Kommentar Abschließend kann ich sagen, dass die Stabheuschrecke generell ein interessantes Tier ist, dass ich sie sich aber für einen Lernzirkel mit lebenden Tieren nicht gut eignet. Die Literatur bietet zwar einige Versuche an, jedoch sind nur wenige von ihnen verlässlich durchführbar. Es sind nur die oben beschriebenen Stationen übriggeblieben, weil viele Versuche nicht durchführbar sind, da sich die Tiere nicht so verhalten, wie in der Fachliteratur vorhergesagt. Das hat mich sehr viel Zeit gekostet, denn ich habe Versuchsaufbauten gebastelt und teilweise drei- oder viermal den gleichen Versuch durchgeführt, ohne Erfolg. Das hatte ich nicht erwartet. Die Stabheuschrecken fallen sehr häufig in die Katalepsie, da sie nachtaktiv sind. Das erschwert das Beobachten von spezifischen Verhaltensweisen. Teilweise haben sich die Versuchstiere drei cm fortbewegt und sind dann für zehn Minuten in der Starre stehen geblieben. Diese Tatsache macht das Arbeiten mit Stabheuschrecken unattraktiv und langweilig für die Schüler und im Hinblick auf den Unterrichtsverlauf ineffektiv. Die Stabheuschrecken sind sehr einfach zu halten, was für den Schulalltag wichtig ist. Deshalb möchte ich nicht generell von einer Verwendung der Stabheuschrecke im Unterricht abraten. Meiner Meinung nach muss der/die Lehrer/in sich nicht auf ein Tier beschränken. Zu Beginn der Lerneinheit zum Thema Insekten könnte man beispielsweise einen Lernzirkel anbieten, der mehrere Tiere umfasst. Die Schüler/innen könnten so Gemeinsamkeiten der Insekten durch eigenes Erleben entdecken. Denn das 12 selbständige Beobachten, Erkunden und Erfahren sollte bei diesem Lernzirkel im Vordergrund stehen. 5 Literaturangaben Bässler, Ulrich: Das Stabheuschrecken-Praktikum. Stuttgart: Frankh’sche Verlagshandlung, 1965. Günther, Kurt; Hannemann, Hans-Joachim; Fritz Hieke u.a.: Urania Tierreich Insekten. Leipzig: Urania-Verlag, 1994. Kalmus, Hans: Einfache Experimente mit Insekten. Basel: Verlag Birkhäuser, 1950. Teschner, Dietrich: Versuche mit Insekten. Heidelberg: Quelle und Meyer 1979. http://www.unisalzburg.at/did/bio_fuer_kids_und_teens/lebende_organismen/stabheuschrecke.htm, 8.5.2005, 22:51 13