Arbeitsblatt 2 inkl. Materialien

Arbeitsblatt 2
Pflanzen im Dilemma
Als sessile Organismen (festgewachsen) sind Pflanzen einer großen Gefahr durch
Pflanzenfresser (Herbivore) ausgesetzt. Chemische Abwehr könnte das Überleben bis zur
Samenreife sichern. Allerdings gehen Ressorcen (Energie, Bausteine), die für Abwehr
verwendet werden, für Wachstum und Reproduktion verloren – die Pflanze muss entscheiden,
wie sie ihre Ressourcen aufteilt. Außerdem ist chemische Abwehr nicht immer von Erfolg
gekrönt. Während nicht-angepasste Herbivore (Generalisten) negativ beeinflusst werden,
können Spezialisten Abwehrstoffe tolerieren, entgiften oder speichern (Sequestration) und sich
damit selbst vor Feinden schützen. Spezialisten können daher von den Abwehrstoffen ihrer
Wirtspflanze sogar profitieren. Die Pflanze befindet sich in einem Dilemma: Wie sollte sie ihre
begrenzten Ressourcen aufteilen, um sich einerseits gegen Generalisten zu wehren, ohne aber
die Spezialisten zu fördern?
Rollenspiel
Es werden Vierergruppen gebildet. Drei Schüler stellen eine Pflanzenpopulation dar; die vierte
Person ist Mitglied der Samenbank – sie notiert die Spielzüge, berechnet das
Populationswachstum und gibt ihrer Gruppe die Samen für die nächste Generation aus. Ziel ist
es, eine möglichst große Population aufzubauen. Die Gruppe, die am Ende der 8. Generation
die meisten Samen hat, gewinnt. Ein Spielleiter gibt Szenarien vor (Karten aus Material 3), auf
die es zu reagieren gilt.
Spielregeln:
Jede Gruppe bekommt ein Spielblatt. Sie startet mit 5 ‚Pflanzen‘ im
Feld ‚Pflanzenpopulation‘. Der Spielleiter gibt dem gesamten Kurs
durch Ziehen von Spielkarten am Anfang jeden Jahres (d.h. jeder
Generation) ein Szenario vor. Pro Generation stehen 10 Ressourcen
(Münzen) zur Verfügung, die in die Bildung von Blüten/Samen
(Reproduktion) oder Abwehrstoffen gesteckt werden können. Ein
weiterer, konstanter Teil wird in vegetatives Wachstum investiert, vgl.
Schema rechts. Durch Verteilen der Münzen auf die Felder
‚Reproduktion‘ und ‚Abwehr‘ legt jede Gruppe ihre Strategie für die
Generation fest. Die Mitglieder der Samenbank berechnen die
Anzahl Samen, die sie dann für die nächste Generation ausgeben.
Die einjährigen Pflanzen sterben am Ende jeder Generation.
Aufgaben
1. Spielt das Rollenspiel.
2. Findet in Eurer Gruppe gemeinsam mit Eurem Mitglied der Samenbank heraus, welche
Spielzüge für das Populationwachstum besonders positiv bzw. negativ waren und warum.
3. Diskutiert mit dem gesamten Kurs welche Strategien zum größten Erfolg geführt haben.
Welche Strategie sollte eine Pflanze im Ökosystem verfolgen?
vgl. Formel zur Berechnung der Populationsgröße und Erläuterung dazu (Material 2)
Material 1. Erläuterungen und Berechnungstabelle für die Samenbank.
Ihr seid Mitglieder der Samenbank. Nur die Samenbank kennt die Formel zur Berechnung der
Populationsgröße. Mit dieser könnt ihr aus der aktuellen Populationsgröße, den durch die
Szenarien vorgegebenen Anteilen befallener Pflanzen (getrennt: Generalisten/ Spezialisten)
und der Investition in Reproduktion bzw. Abwehr die Populationsgröße der nächsten Generation
berechnen. Eure Aufgabe ist es, die Populationsentwicklung der Euch zugeteilten Gruppe zu
berechnen und in der Tabelle zu protokollieren, die Pflanzen der letzten Generation
einzusammeln und Samen für die nächste Generation auszuteilen. Ihr könnt Euch gegenseitig
helfen. Nutzt Taschenrechner oder ein Tabellenkalkulationsprogramm.
Formel zur Berechnung der Populationsgröße der nächsten Generation
Die Formel berechnet auf Grundlage der aktuellen Populationsgröße (Popaktuell) die Größe der
folgenden Generation (PopFolge). Während im ersten Term die nicht befallenen Pflanzen
eingehen, werden in den folgenden Termen diejenigen Pflanzen berücksichtigt, die durch
Generalisten (relativ: g) oder Spezialisten (relativ: s) befallen sind, d. h. ggf. nicht bis zur
Samenreife überleben. Durch den Einbezug der relativen Investition in Abwehr (A) wird
berücksichtigt, dass ein Anteil dieser unter Risiko stehenden Pflanzen durch Abwehr (bei
Generalisten) bzw. durch Vermeidung von Abwehr (bei Spezialisten) bis zur Samenreife
überlebt. Die sich in der Summe ergebende Populationsgröße wird mit dem Anteil an Investition
in die Reproduktion (R) multipliziert. Jede Pflanze kann maximal 3 Samen bilden (Faktor 3).
Wenn keine Samen in die Folgegeneration eingehen, ist die Gruppe ausgeschieden. Beim
Einsetzen müssen g, s, A, und R in relativen Einheiten (0 bis 1) angegeben werden!
Notiere die Berechnungen bis zum Ende der 8. Generation in folgender Tabelle.
Gen.
Popaktuell
1
5
2
3
4
5
6
7
8
Nr.
Szenario
Anteil befallene Pflanzen [rel.]
Generalisten
Spezialisten
(g)
(s)
Investitionen [rel.]
Reproduktion
Abwehr
(R)
(A)
Samen nächste
Generation
Material 2. Szenarien-Karten mit relativen Befallsraten an Generalisten (g) und Spezialisten (s).