überleben in der Kälte endfassung
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Zooschule Hannover Zooschule Hannover Überleben in der Kälte Unterrichtsanregungen in Yukon Bay Arbeitshilfe Nr. 16.12 1 Zooschule Hannover Inhaltsverzeichnis Inhaltsverzeichnis 1 Einleitung 2 Sachinformation 3 Wärmeerzeugung 4 Wärmeaufnahme 4 Wärmeabgabe 5 Isolation 6 Wärmeregulation 7 Unterrichtsanregungen 9 Pinguine - Überlebenskünstler im Meer 10 Haustiere als Wärmebilder 11 Eisbären überleben in der Kälte 12 Karibus überleben in der Kälte 13 Amurtiger überleben in der Kälte 14 Schneeeulen überleben in der Kälte 15 Timberwölfe überleben in der Kälte 16 Ohne Körperisolierung kann man nicht überleben 17 Wechselwarm oder gleichwarm? 18 Robben in Yukon Bay 19 Anleitung zur Auswertung von Wärmebildern 20 Wie fangen Robben Fische? 21 Eisbärfell - Lernen von der Natur 22 Grolan - Bären 23 Winterschlaf - Schwarzbären auf Sparflamme 24 Stoffwechselaktivität in Abhängigkeit von ... 25 Wölfe sind weit verbreitet 26 Lösungen 27 Literatur 32 Abbildungsnachweis 32 Impressum 33 2 Zooschule Hannover Der Tierbestand und die Art der Präsentation ermöglichen in einer faszinierenden Weise die grundlegenden Überlebensstrategien am lebenden Objekt zu beobachten, wie es im Freiland so kaum möglich wäre. Wie die obige Aufzählung schon deutlich macht, sind nur die Angepasstheiten und Überlebensstrategien von gleichwarmen !homoiothermen" Tieren Gegenstand dieses Themenheftes. Wo es aus didaktischen Gründen sinnvoll ist, werden jedoch auch wechselwarme !poikilotherme" Tiere und Tiere anderer Erlebniswelten mit einbezogen. Einleitung Eisbären sind durch die in den letzten Jahren auch in der Arktis zu beobachtende Klimaerwärmung ernsthaft in ihrer Existenz bedroht. Diese Aussage erscheint zunächst einmal paradox. Denn für die meisten Tiere ist eine langanhaltende Kälteperiode der jährliche Härtetest, den bei weitem nicht alle überstehen. Denn sie befinden sich im Winter oft in einer Zwickmühle, da einerseits die Nahrungsbeschaffung immer schwieriger wird bzw. gar nicht mehr möglich ist, und andererseits der Temperaturfaktor sich dem Pessimum nähert. Somit würde eine Klimaerwärmung vermeintlich den Selektionsdruck vermindern und die Überlebenschancen erhöhen. Doch das ist, wie das Beispiel Eisbär zeigt, zu kurz gedacht. Obwohl die Bären hervorragend an extreme Kälte angepasst sind und ihnen auch die Erwärmung an sich wenig ausmacht, wird die Nahrungsbeschaffung in Form von Ringelrobben auf dem Meereis aus besagten Gründen immer schwieriger, und den Eisbären droht der Hungertod. Zusammen mit Karibus, Präriehunden, Schneeeulen, Rothörnchen, Kegelrobben, Kalifornischen Seelöwen, Nördlichen Seebären, Waldbisons, Timberwölfen, Brillenpinguinen und weiteren Vogelarten leben auch wieder drei männliche Eisbären im Erlebnis-Zoo Hannover. Seit der Eröffnung von Yukon Bay, der Erlebniswelt, in der Tiere der „Kalten Zone“ gehalten werden, sind sie ein magischer Anziehungspunkt für Besucher und der Anlass für diese Arbeitshilfe. Faszinieren die jüngeren Schüler vor allem die erstaunlichen Phänomene dieser Überlebenskünstler in der Kälte, lassen sich mit älteren Schülern viele ökologische, stoffwechselphysiologische und evolutionsbiologische Aspekte an dieser Thematik erarbeiten. Stehen in diesen Lehrwerken die Auswertung von Graphiken, Tabellen und Informationstexten im Vordergrund, soll dies im Zoo anders sein. Das lebende Tier wird in den Fokus gerückt, sodass entdeckendes Lernen und Naturerfahrung ungefiltert möglich sind. Das kann ganz ohne zusätzliche Materialien erfolgen. In diesem Fall mag dennoch die Sachinformation des Themenheftes hilfreich sein. Entsprechender Unterricht vor Ort kann auch mit Hilfe der Unterrichtsanregungen auf den Seiten 10 bis 17 vor Ort erfolgen. Die übrigen Anregungen sind eher während der Vor- oder Nachbereitung eines Zoobesuches einsetzbar. Sie zeigen das weite Kompetenzspektrum auf, das am Beispiel der Tiere in extremen Lebensbedingungen aufgebaut werden kann. Die Durchführung eines Unterrichtsgangs zum Thema „Überleben in der Kälte“ und die Bearbeitung der im weiteren Verlauf aufgezeigten Materialien ist zu allen Jahreszeiten möglich. Dennoch ist es aus nahe liegenden Gründen besonders eindrucksvoll, wenn dies auch in der kalten Jahreszeit geschieht. 3 Zooschule Hannover Sachinformation Die tiefstmögliche Temperatur liegt bei 00 Kelvin oder -273,150C. Man bezeichnet sie als den absoluten Nullpunkt. Dieser Zustand liegt dann vor, wenn alle Atome ohne Bewegung sind. Selbst solche Temperaturen, die vielleicht im Weltall erreicht werden, können manche Lebewesen - wie das Bärtierchen - überleben, indem sie in eine Kältestarre fallen. Die kältesten Temperaturen, die Säugetiere und Vögel überleben, liegen weitaus höher. Verbürgt sind -800C bei Eisfüchsen und Eisbären. Da die tiefsten Temperaturen, die bisher jemals auf der Erde gemessen wurden, bei - 890C liegen, sind hinsichtlich des Faktors Temperatur nahezu alle Gebiete der Erde potentiell bewohnbar. Solche Temperaturen überleben nur diejenigen Tiere, die sowohl über besondere Angepasstheiten !Adaptiertheit als Ergebnis eines langen Evolutionsprozesses" als auch über eine ausreichende individuelle Fitness !Modifikation" verfügen. Der daraus resultierende Existenzbereich !Reaktionsnorm" bezüglich des abiotischen Faktors Kälte ist also nicht nur genetisch festgelegt, sondern kann durch Schwächung des Körpers eine oft dramatische Einengung erfahren. Neben Parasiten, Krankheiten oder Verletzungen resultiert die Schwächung des Körpers in den meisten Fällen aus dem Nahrungsmangel. Wenn Tiere erfrieren, ist die wahre Todesursache oft das Verhungern. So ist es auch beim eingangs erwähnten Beispiel Eisbär, nur mit umgekehrtem Vorzeichen. Kälte ist am besten beschreibbar als das Fehlen von Wärme. Der zweite Hauptsatz der Thermodynamik besagt, dass ein Wärmeübergang immer nur von der warmen zur kalten Seite erfolgen kann. Der so genannte Wärmestrom ist immer in Richtung des Temperaturgradienten gerichtet. Kälte kommt nicht, sondern Wärme geht. [1] Durch permanente Wärmeproduktion weist das Körperinnere von gleichwarmen Tieren in der Regel eine höhere Temperatur auf als seine Umgebung. Diese ist notwendig für einen effektiven Ablauf der Stoffwechselprozesse und dient als Bezugspunkt für den nach außen gerichteten Temperaturgradienten. Die Temperatur im Wärmekern kann von Säugetiere und Vögeln unabhängig von der Außentemperatur nahezu konstant gehalten werden. Ausnahmen, wie das Schnabeltier oder einige sehr kleine Formen wie Spitzmäuse, bestätigen hier die Regel. Je größer der Temperaturgradient von Innen nach Außen ist, desto größer sollte der Wärmestrom sein, und desto höher die Energieverluste eines Tieres. Abb. 1: Grundlegende Einflussgrößen des Wärmehaushaltes Bei einer gegebenen, kalten Außentemperatur ist das Überleben eines Tieres modellhaft abhängig von folgenden Größen s. Abb 1. 4 Zooschule Hannover Zusammengefasst kann man sagen: Die Körperwärme ist abhängig von der Wärmeproduktion durch Stoffwechselprozesse + der Wärmeaufnahme aus externen Quellen - der Wärmeabgabe an die Umgebung. [6] Gleichwarme Lebewesen können ihre normalen Körperfunktionen auf Dauer nur aufrecht erhalten, wenn es ihnen gelingt, diese Faktoren im Gleichgewicht zu halten !Homöostase". [4] [6] Wärmeerzeugung Jede lebende Zelle ist an der Wärmeproduktion des Körpers beteiligt. Da dies in erster Linie von ihrer Stoffwechselaktivität abhängt, können verschiedene Produktionszentren unterschieden werden. In Ruhe, also beim Grundumsatz, produzieren die inneren Organe, besonders die Leber, 50 % der Gesamtwärme. Mit ca. 20 % ist das Gehirns beteiligt, weitere 20 % tragen die Muskeln bei und ca. 10 % entfallen auf die Knochen und die restlichen Organe. Abb 2. Modellhafter Bau einer braunen Fettzelle Im Leistungsumsatz, also bei körperlicher Belastung, produzieren die Muskeln die größte Wärmemenge, denn nur ein geringer Teil der aufgenommenen Energie wird in körperliche Arbeit umgesetzt. Bei sehr großen Anstrengungen kann die Wärmeproduktion durch die Muskeln sprunghaft auf ein Vielfaches des Ruhewerts ansteigen und macht dann mehr als 90% der gesamten Wärme aus. Wenn die Körpertemperatur den Sollwert unterschreitet, machen sich Tiere diesen Effekt durch Muskelzittern zu Nutze. Der zweite, sehr effektive Mechanismus um die Körpertemperatur durch Erhöhung der Wärmeproduktion zu steigern, ist die chemische Thermogenese durch Aktivierung von braunen Fettzellen.Diese sind zentralnervös innerviert, sodass die reichlich vorhandenen Mitochondrien sehr schnell aktiviert werden können. Diese verstoffwechseln das in kleinen Tröpfchen vorliegende Fett ohne ATP-Gewinn allein zum Zweck der Wärmeproduktion. Die Wärme wird mit dem Blut im Körper verteilt. [8] [2] Die Energie zur Aufrechterhaltung der Wärmeproduktion stammt in beiden Fällen aus der Nahrung. Die Möglichkeit einer kontinuierlichen Nahrungsbeschaffung bzw. die Fähigkeit Nährstoffe in großen Mengen zu speichern, ist eine unbedingten Notwendigkeit für Tiere, die längere Zeit in kalten Gebieten aktiv sind. Wärmeaufnahme Die Fähigkeit Licht an der Körperoberfläche zu absorbieren und in Wärmestrahlung umzuwandeln, hängt in erster Linie von dessen Farbe und Rauhigkeit ab. Demnach müssten alle Lebewesen in kalten Gebieten eine rauhe, schwarze Körperbedeckung aufweisen, um den Anteil des reflektierten Lichts !Albedo" zu minimieren und damit den Anteil der Wärmestrahlung zu maximieren. Dennoch sind die meisten extrem arktischen gleichwarmen Lebewesen weiß und haben eine glatte Körperoberfläche. Dies kann nur bedeuten, dass die Möglichkeiten für Gleichwarme, einen nach innen geleiteten Wärmestrom zu erzeugen, verhältnismäßig gering sind. Die Isolation des Körpers !s.u.", die Auffälligkeit der dunklen Farbe und der in der kalten Jahreszeit gegebene Lichtmangel !Polarnacht" dürften die wesentlichen Gründe hierfür sein. Thermoregulatorisches Verhalten, wie es für wechselwarme Tiere existenziell notwendig ist, 5 Zooschule Hannover Wärmeabgabe Wärmeverluste erfolgen über alle inneren und äußeren Oberflächen eines Tieres sowie durch Wärmetransporte aus dem Körperinneren an die Peripherie. Die daran beteiligten Prozesse sind: 1. Wärmestrahlung: Aussendung von elektromagnetischer Strahlung im Infrarotbereich !10-7 10-5 m". Die Größe der Wärmeabstrahlung hängt direkt von der Größe der Oberfläche und der Temperaturdifferenz ab. kann bei gleichwarmen Tieren folglich deutlich weniger beobachtet werden. Es ist eventuell bei Pinguinen nachweisbar, doch dürften die Effekte der Gegenkontrastierung im offenen Meer wesentlich größere Effekte haben als eine gezielte Ausrichtung heller bzw. dunkler Körperpartien zu Sonne. Wahrscheinlich ist es falsch, dass Eisbären das Problem einer möglichst hohen Wärmeaufnahme einerseits und einer möglichst effektiven Tarnung auf dem Eis andererseits perfekt gelöst hätten. Sie können aber wahrscheinlich keine Lichtstrahlen Abb 3. Glasfaserhypothese des Eisbärenfells wie durch ein Glasfaserkabel durch ihre hohlen Haare auf die schwarze Haut leiten !Glasfaserhypothese s. Abb 3". Eine Lichtabsorption im Verborgenen gelingt deshalb wahrscheinlich nicht. Sie konnte experimentell nicht nachgewiesen werden. Thermografische Bilder zeigen , dass das Fell Eisbären so gut isoliert, dass sie kaum Wärme abgeben. Eisbären können auf diese Weise aus der Luft praktisch nicht detektiert werden. Das erschwert die Abschätzung ihrer Populationsgröße erheblich. Sicher tragen die Luftpolster zwischen und in den hohlen Haaren zu der nahezu perfekten Körperisolierung bei. Dass die Haut schwarz ist, gibt dennoch zu denken. [8] 2. Konvektion !Wärmemitführung": Form der Wärmeabgabe, bei dem der Wärmetransport zusammen mit einem tragenden Medium erfolgt. Mit dem Blutstrom gelangt Wärme aus dem Körperkern in die Körperschale, mit dem Wind oder Wasser wird sie von der Körperoberfläche weg getragen. 3. Verdunstung: Die Verdampfungswärme, die bei der Verdunstung von Wasser abgegeben wird, entzieht dem Körper Wärme. Sie erfolgt z.B. über Schweiß oder die Atemluft und kann durch Steigerung der Intensität geregelt werden. 4. Konduktion !Wärmeleitung": An der Kontaktfläche zwischen unterschiedlich warmen Körpern erfolgt ein Wärmefluss. Diese Form des Wärmetransportes, auch Wärmediffusion genannt, erfolgt ohne Stofftransport. Seine Größe wird nach dem Fourierschen Gesetz im wesentlichen von der Wärmeleitfähigkeit der daran beteiligten Stoffe, der zu überbrückenden Hautdicke und der Temperaturdifferenz innen / außen bestimmt. Sie erfolgt immer in Richtung der geringeren Temperatur. Beispiele für Wärmeleitfähigkeiten in J/cm x s: # # Luft: 0,05 # # Federn: 0,05 # # Fell: 0,06 # # Fett: 0,4 # # Muskulatur: 1,1 # # Wasser: 1,4 # # Eis: 6,0 # # Silber: 1000 6 Zooschule Hannover Abb 4 Wärmeisolation bei der Kegelrobbe 5. Mit Kot und Urin gelangt ebenfalls Wärme aus dem Körper. Da diese Exkretions- bzw. Stoffwechselentprodukte aus dem Körperinneren stammen und entsprechend warm sind, führt ihre Ausscheidung zu Wärmeverlusten. Isolation Tiere in kalten Zonen zeigen im Modell bezüglich der Isolation viele Parallelen mit Thermoskannen: Bergmann, Hans-Heiner: Die Biologie des Vogels. Sie können Wärmeverluste nicht völligAulavermeiVerlag Wiesbaden 1987 den. Bergmann, Dr. Hans-Heiner al.: Stimmen der Vögel Bergmann, Dieet.Biologie des desto Vogels. AulaJe dickerHans-Heiner: die Isolierschicht ist, besser Europas. BLV Verlag München 1982 Verlag Wiesbaden 1987 # Berndt, ist derDr.Schutz Wärmeverlust. Rudolf u.vor Meise, Dr. al.: Wilhelm: Naturgeschichte Bergmann, Dr. Hans-Heiner Stimmen der Vögel Bergmann, Hans-Heiner: Dieet.Biologie des langsamer Vogels. Aula- ab Größere Thermoskannen kühlen der Vögel. Kosmos / Franck’sche Europas. BLV Verlag München 1982 Verlag Wiesbaden 1987 Stuttgart 1959 # Verlagshandlung als kleinere. Berndt, Dr. Rudolf u. Meise, Dr. al.: Wilhelm: Naturgeschichte Bergmann, Dr. Hans-Heiner Stimmen der Vögel Bezzel, Einhard: Kompendium der Vögel Mitteleuropas. Bergmann, Hans-Heiner: Dieet.Biologie desäußere Vogels. AulaSie haben eine möglichst kleine Oberder Vögel. Kosmos / Franck’sche Europas. BLV Verlag München 1982 Aula-Verlag Wiesbaden 1985 Verlag Wiesbaden 1987 # Verlagshandlung fläche ohne Griffe etc. Stuttgart 1959 Berndt, Dr. Rudolf u. Meise, Dr.Vögel Wilhelm: Naturgeschichte Bezzel, Einhard: Mein Hobby: beobachten. BLV Bergmann, Dr. Hans-Heiner al.: Stimmen der Vögel Bezzel, Einhard: Kompendium der Vögel Bergmann, Hans-Heiner: Dieet. Biologie des Vogels. AulaDie Idealform ist die Kugel, daMitteleuropas. sie bezüglich der Vögel. Kosmos / Franck’sche München 1982 Europas. BLV Verlag München 1982 Aula-Verlag Wiesbaden 1985 Verlag Wiesbaden 1987 # Verlagshandlung eines gegeben Volumens die kleinste Oberfläche Stuttgart 1959 Bezzel, Einhard: Ornithologie. Verlag Eugen Ulmer StuttBerndt, Dr. Rudolf u. Meise, Dr. Wilhelm: Naturgeschichte Bezzel, Einhard: Mein Hobby: beobachten. BLV Bergmann, Dr. Hans-Heiner et.Vögel al.: Stimmen der Vögel Bezzel, Einhard: Kompendium der Vögel Mitteleuropas. # der besitzt. gart 1977 Vögel. Kosmos / Franck’sche München 1982 Europas. BLV Verlag München 1982 Aula-Verlag Wiesbaden 1985 Bezzel, Einhard: Einhard: Vögel. BLV München 1984 Verlagshandlung Stuttgart 1959 Bezzel, Ornithologie. Verlag Eugen UlmerBLV StuttBerndt, Dr. Rudolf u. Meise, Dr. Wilhelm: Naturgeschichte Bezzel, Einhard: Mein Hobby: Vögel beobachten. Blume, Dieter u. Tiefenbach, Jens: Die Man kann eine Thermosflasche als Ergebnis der Bezzel, Einhard: Kompendium der VögelBuntspechte. Mitteleuropas. gart 1977 der Vögel. Kosmos / Franck’sche München 1982 Westarp Magdeburg 1997 Aula-Verlag Wiesbaden bionischen Forschung begreifen, da sie im Tierreich Bezzel,Wissenschaften Einhard: Vögel.1985 BLV München 1984 Verlagshandlung Stuttgart 1959 Bezzel, Einhard: Ornithologie. Verlag Eugen Ulmer StuttHart, Malcolm: Ich entdecke die Natur: Vögel. C. BLV BertelsBezzel, Einhard: Mein Hobby: Vögel beobachten. Blume, DieterPrinzipien u. Kompendium Tiefenbach, technisch Jens: Die Buntspechte. Bezzel, Einhard: der Vögel Mitteleuropas. verwirklichte aufgreift. Die gart 1977 mann Verlag München 1985 München 1982 Westarp Wissenschaften Magdeburg 1997 Aula-Verlag Wiesbaden geringe Leitfähigkeit von Fett und Luft ist die Bezzel, Einhard: Einhard: Vögel. BLV München 1984 Deterts, Dorothea et. al. (Hrsg.): Federn kitzeln die SinBezzel, Ornithologie. Verlag Eugen Ulmer StuttHart, Malcolm: Ich entdecke die Natur: Vögel. C. BertelsBezzel, Einhard: Mein Hobby: Vögel beobachten. BLV Blume, Dieter Tiefenbach, Jens: Die Buntspechte. Grundlage des u.Konstruktionsprinzips der Haut, das ne. Überseemuseum 2004 gart 1977 mann Verlag MünchenBremen München 1982 Westarp Wissenschaften Magdeburg 1997 Tiere in kalten Zonen anwenden. Erreicht werden Dröscher, Vitus B.: Dieal.Tierwelt unserer Heimat. HoffBezzel, Einhard: Einhard: Vögel. BLV München 1984 Deterts, Dorothea et. (Hrsg.): Federn kitzeln die SinBezzel, Ornithologie. Verlag Eugen Ulmer StuttHart, Malcolm: Ich entdecke die Natur: Vögel. C. Bertelsmann undmöglichst Campeu.1978 soll eine gute 2004 Körperdämmung, Blume, Dieter Tiefenbach, Jens: Die Buntspechte.d.h. der ne. Überseemuseum Bremen gart 1977 mann Verlag München Heinroth, Oskar: Aus dem Leben der1997 Vögel. SpringerWestarp Wissenschaften Magdeburg Verlust Wärmeenergie nach außen soll mögDröscher, Vitus B.: Dieal.Tierwelt unserer Heimat. HoffBezzel,von Einhard: Vögel. BLV München 1984 Deterts, Dorothea et. (Hrsg.): Federn kitzelnC.die SinVerlag Berlin 1977 Hart, Malcolm: Ich entdecke die Natur: Vögel. Bertelsmann und Campe 1978 Blume, Dieter u. Tiefenbach, Jens: Die Buntspechte. lichst weit reduziert werden. ne. Überseemuseum Bremen 2004 mann Verlag München Heinroth, Oskar: Aus Lebenunserer der1997 Vögel. SpringerWissenschaften Magdeburg SoWestarp besitzen meeresbewohnende Säugetiere ein mit Dröscher, Vitus B.: Diedem Heimat. HoffDeterts, Dorothea et. al.Tierwelt (Hrsg.): FedernVögel. kitzelnC.die SinVerlag Berlin 1977 Hart, Malcolm: Ich entdecke die Natur: Bertelsmann und Campe 1978 der Außenhaut verwachsenes Unterhautfettgewebe, ne. Überseemuseum Bremen 2004 mann VerlagOskar: München Aus dem Lebenwird. der Vögel. SpringerdasHeinroth, auch Blubber genannt Dieser kann über Dröscher,Dorothea Vitus B.: et. Die HoffDeterts, al.Tierwelt (Hrsg.):unserer FedernHeimat. kitzeln die SinVerlag Berlin 1977 mann und Campe 1978 50ne. cm dick werden und begrenzt den Wärmestrom Überseemuseum Bremen 2004 Heinroth, Oskar: Aus dem Leben der Vögel. Springerin kalter Luft und im kalten Wasser gleichermaßen Dröscher, Vitus B.: Die Tierwelt unserer Heimat. HoffVerlag Berlin 1977 mann und Campe 1978 Heinroth, Oskar: Aus dem Leben der Vögel. SpringerTitelseite Verlag Berlin 1977 Seite 2 Seite 4 Titelseite wirkungsvoll. Je dicker die Fettschicht ist, desto effektiver wirkt sie. Da viele Tiere zum Winter eine Fettschicht aufbauen, erreichen sie neben dem Isolationseffekt auch eine wirksame NahrungsSchulbiologiezentrum Hannover 27 speicherung. Sie gehören folglich eher zu den größeren Tieren und besitzen meist kein langes Fell. Schulbiologiezentrum Hannover 27 An der Luft noch wirkungsvoller sind ein langes, dichtes Fell oder ein dichtes Federkleid. Das Prinzip Schulbiologiezentrum Hannover 27 hierbei ist, die Luft zwischen den Haaren möglichst unbeweglich zu machen und so vor allem eine KonSchulbiologiezentrum Hannover 27 vektion verhindern. Schnee Herzog, Karl:zu Anatomie und Flugbiologie derbleibt Vögel. G.so auf den Waldbisons liegen, weil die Wärmeleitung zu geFischer Verlag Stuttgart 1968 Schulbiologiezentrum Hannover 27 Nachtigall, Werner: Warum die Vögel fliegen. Rasch undden man ring ist, um ihn zu EinVögel. Effekt, Herzog, Karl: Anatomie undschmelzen. Flugbiologie der G. Röhring Verlag Hamburg – Zürich 1985 in kalten Wintern bei Menschen an Barthaaren beobFischer Verlag Stuttgart 1968 Petersen, Jürgen: Vogelfeder, Vogelfl ügel, Vogelfl ug. Nachtigall, Werner: Warum Vögel fliegen. RaschG. und achten kann. [1][2] [3]die Herzog, Karl: Anatomie und Flugbiologie der Vögel. Literaturverzeichnis Literaturverzeichnis Literaturverzeichnis Literaturverzeichnis Literaturverzeichnis Georg Westermann Verlag– Braunschweig Röhring VerlagStuttgart Hamburg Zürich 1985 1966 Fischer Verlag 1968 Peterson, Roger et. al.: Die Vögel Europas. Vogelfl Verlagug. Paul Petersen, Jürgen: Vogelfeder, Vogelfl Nachtigall, Werner: Warum die Vögelügel, fliegen. RaschG. und Parey Hamburg und Berlin 1968 Herzog, Karl: Anatomie und Flugbiologie der Vögel. Georg Westermann Verlag– Braunschweig 1966 Röhring Verlag Hamburg Zürich 1985 Reade, Winhood et. al.: al.:1968 Vögel in der Brutzeit. Verlag Fischer Verlag Stuttgart Peterson, Roger et. Die Vögel Europas. Verlag Paul Petersen, Jürgen: Vogelfeder, Vogelfl ügel, Vogelfl ug. Eugen Ulmer Stuttgart 1974 Nachtigall, Werner: Warum die Vögel fl iegen. Rasch und Parey Hamburg und Berlin 1968 Herzog, Karl: Anatomie und Flugbiologie der Vögel. G. Georg Westermann Verlag Braunschweig 1966 Reichholf, Dr. Josef (Hrsg.): Die Welt der Vögel. HerderRöhring Verlag Hamburg – Zürich 1985 Reade, Winhood et. al.: al.:1968 Vögel in der Brutzeit. Verlag Fischer Verlag Stuttgart Peterson, Roger et. Die Vögel Europas. Verlag Paul Verlag Freiburg 1976 Petersen, Jürgen: Vogelfeder, Vogelfl ügel, Vogelfl ug. Eugen Ulmer Stuttgart 1974 Nachtigall, Werner: Warum die Vögel fl iegen. Rasch und Parey Hamburg und Berlin 1968 Sauer, Frieder: Landvögel. Mosaik Verlag München 1996 Georg Westermann Verlag Braunschweig 1966 Reichholf, Dr. Josef (Hrsg.): Die Welt der Vögel. HerderRöhring Verlag Hamburg – Zürich 1985 Reade, Winhood et. al.: Vögel inden der Brutzeit. Verlag Sielmann, Heinz: Das Jahr mit Spechten. Ullstein Peterson, Roger et. al.: Die Vögel Europas. Verlag Paul Verlag Freiburg 1976 Petersen, Jürgen: Vogelfeder, Vogelfl ügel, Vogelfl ug. Eugen Ulmer Stuttgart 1974 Verlag Berlin 1978 Parey Hamburg und Berlin 1968 Sauer, Frieder: Landvögel. Mosaik Verlag München 1996 Georg Westermann Verlag Braunschweig 1966 Reichholf, Dr. Josef (Hrsg.): DieinWelt derFranckh-KosVögel. HerderSinger, Detlef: Die Vögel Mitteleuropas. Reade, Winhood et. al.: Vögel der Brutzeit. Verlag Sielmann, Heinz: Das denEuropas. Spechten. Ullstein Peterson, Roger et. al.:Jahr Die mit Vögel Verlag Paul Verlag Freiburg 1976 mos-Verlag Stuttgart 1997 Eugen Ulmer Stuttgart 1974 Verlag Berlin 1978 Parey Hamburg und Berlin 1968 Sauer, Frieder: Landvögel. Mosaik Verlag München 1996 Stern, Horst Rettet die Vögel. VerlagsReichholf, Dr.u.a.: Josef (Hrsg.): Die Welt derFranckh-KosVögel. HerderSinger, Detlef: Dieet. Vögel Mitteleuropas. Reade, Winhood al.: Vögel inden derF.A.Herbig Brutzeit. Verlag Sielmann, Heinz: Das Jahr mit Spechten. Ullstein buchhandlung München 1978 Verlag Freiburg 1976 1997 mos-Verlag Stuttgart Eugen Ulmer Stuttgart 1974 Verlag Berlin 1978 Svensson, Lars et. al.: Der neue Kosmos-Vogelführer. Sauer, Frieder: Landvögel. Mosaik Verlag München 1996 Stern, Horst Rettet die Vögel. F.A.Herbig VerlagsReichholf, Dr.u.a.: Josef (Hrsg.): Die Welt derFranckh-KosVögel. HerderAbb 5 Wärmeisolation beim Waldbison !ohne Unterwolle" Singer, Detlef: DieDas Vögel Mitteleuropas. Franckh-Kosmos-Verlag Stuttgart 1999 Sielmann, Heinz: Jahr mit den Spechten. Ullstein buchhandlung München 1978 Verlag Freiburg 1976 1997 mos-Verlag Stuttgart Thielcke, Gerhard: Vogelstimmen. Springer-Verlag Berlin Verlag Berlin 1978Landvögel. Svensson, Lars et. al.: Der neue Kosmos-Vogelführer. Sauer, Frieder: Mosaik Verlag München 1996 Stern, Horst u.a.: Rettet die Vögel. F.A.Herbig Verlags1970 Singer, Detlef: Die Vögel Mitteleuropas. Franckh-KosFür die Heinz: isolierende Wirkung sind dabei weniger die Franckh-Kosmos-Verlag Stuttgart 1999 Sielmann, Das Jahr mit den Spechten. Ullstein buchhandlung München 1978 mos-Verlag Stuttgart 1997 Thielcke, Gerhard: Vogelstimmen. Springer-Verlag Berlin Verlag Berlin 1978 langen Grannenhaaren verantwortlich, die die FellSvensson, Lars et.Rettet al.: Derdieneue Kosmos-Vogelführer. Stern, Horst u.a.: Vögel. F.A.Herbig Verlags1970 Singer, Detlef: Die Vögel Mitteleuropas. Franckh-Kosfärbung bewirken, sondern Franckh-Kosmos-Verlag Stuttgart 1999 die sogenannte Unterbuchhandlung München 1978 mos-Verlag Stuttgart 1997 Thielcke, Gerhard: Vogelstimmen. Springer-Verlag wolle. Diese besteht aus wesentlich Berlin mehr feinen Svensson, Lars et.Rettet al.: Derdieneue Kosmos-Vogelführer. Stern, Horst u.a.: Vögel. F.A.Herbig Verlags1970 Haaren und ist von Außen Franckh-Kosmos-Verlag 1999nicht sichtbar. Ein anabuchhandlung München Stuttgart 1978 Thielcke, Gerhard: Vogelstimmen. Springer-Verlag Berlin in Form loges Prinzip weist der Vögel Svensson, Lars et. al.: Derdas neueFederkleid Kosmos-Vogelführer. 1970 Franckh-Kosmos-Verlag Stuttgart 1999 Abbildungsnachweis Abbildungsnachweis Thielcke, Gerhard: Vogelstimmen. Springer-Verlag Berlin 1970 Helge Reinhardt, Freiburg Helge Reinhardt, Freiburg Helge Helge Reinhardt, Reinhardt, Freiburg Freiburg Abbildungsnachweis Abbildungsnachweis 7 Zooschule Hannover Die wichtigsten ökologische Regeln in diesem Zusammenhang sind : Bergmannsche Regel !Größenregel": Gleichwarme Tiere einer Art oder eines Verwandtenkreises sind in kälteren Gebieten größer als in wärmeren Gebieten. Allensche Regel !Proportionsregel": Gleichwarme Tiere einer Art oder eines Verwandtenkreises besitzen in kälteren Gebieten relativ kürzere Körperanhänge als in wärmeren Gebieten. von Deckfedern und darunter liegenden Daunenfedern auf. [5] Wenn diese Körperbedeckungen jedoch nass werden, wird die isolierende Luftschicht verdrängt und die Isolationswirkung sinkt um den Faktor 25. Es sei denn, sie sind so dicht wie bei Pinguinen oder beim nördlichen Seebären. Dessen Pelz ist mit ca. 25000 Haaren pro Quadratzentimeter praktisch wasserundurchlässig, sodass die Luftschicht zwischen den Haaren erhalten bleibt. Beobachtet man die Tiere unter Wasser, was im Zoo sehr gut möglich ist, perlen Luftblasen bei den tauchenden Tieren hoch, was erahnen lässt, wie groß der gesamte Luftvorrat im Fell bzw. Federkleid ist. Der Effekt wird noch verbessert, indem die Hautstrukturen eingefettet werden und so wasserabweisend sind. Der Isolationseffekt hängt darüber hinaus auch von der Länge der Haare ab. Kältespezialisten weisen deshalb Haarlängen von deutlich über 5 cm auf. Sehr kleinen Formen fehlt aus nahe liegenden Gründen diese Möglichkeit. Sie weisen andere Angepasstheiten z.B. ethologische Spezialisierungen auf. Abb 6 Isolationsfähigkeit in Abhängigkeit von der Felllänge Renschsche Regel: Säugetiere einer Art oder eines Verwandtschaftskreises besitzen in kälteren Gebieten mehr und längere Grannenhaare als in wärmeren Gebieten. Hessesche Regel !Herz-Gewichts-Regel": Gleichwarme Tiere einer Art oder eines Verwandtschaftskreises besitzen in kälteren Gebieten durchschnittlich ein größeres Herzgewicht bzw. Herzvolumen als in wärmeren Gebieten. Die biologischen Hintergründe der Regeln sind auch für Schüler relativ leicht zu erschließen: Die ersten drei Regeln zielen auf die Reduzierung der Wärmeabgabe in kälteren Gebieten, während die letzte Regel die Tendenz zu einem schnelleren Wärmetransport im Körper aufzeigt. Sie sind hinreichend in biologischen Lehrbüchern dargestellt. [11] Wärmeregulation Kein gleichwarmes Tier lebt permanent in kalten Regionen, sodass es in wärmeren Jahresabschnitten oder Lebensphasen vor dem Problem steht, überflüssige Wärme nach außen abzuführen. Die Problematik in sehr kalten Phasen ist entsprechend umgekehrt. Notwendig sind fein regulierbare Systeme, die das innere Milieu konstant erhalten, d.h. Unterkühlungen und Überhitzungen vermeiden. Im Laufe der Evolution haben sich viele Mechanismen bewährt: 1. Änderung des Blutstromes Eine perfekte Lösung haben die Robben gefunden. Sie besitzen in der Peripherie des Körpers Blutgefäße, die sie bei Bedarf verengen !Vasokonstriktion" oder weiten !Vasodilation" können. Somit kann die Durchblutung nach Außen fein geregelt werden und damit entsprechend auch die Wärmeabfuhr. Dies geschieht nicht überall an der Haut, sondern nur an bestimmten zentralen Stellen, die als Wär- 8 Zooschule Hannover 5. Steigerung der Verdunstung Schwitzen können nur wenige Tiergruppen, vor allem die Primaten. Viele Säugetiere und Vögel hecheln und erzeugen so die Verdunstungskälte. Manche befeuchten ihre Beine mit Exkrementen !z.B. Störche". mefenster bezeichnet werden. Dort stehen zwei Durchblutungssysteme zur Verfügung. Der Rücktransport des Blutes erfolgt in warmer Umgebung über sogenannte Hautvenen, über die viel Wärme abgeführt werden kann. In kalter Umgebung dagegen wird auf tiefer gelegene Venen umgeschaltet, die dicht neben den zuleitenden Arterien verlaufen. Nach dem Gegenstromprinzip entzieht das abgekühlte Blut dieser Venen dem Blut der Arterien schon viel von seiner Wärme und gelangt so vorgewärmt in den Wärmekern des Tieres. Das arterielle Blut erreicht, nun deutlich abgekühlt, die oberflächennahen Bereiche. Die Wärmeabgabe wird so miniminert. Deshalb können Robben auf dem Eis liegen, ohne einzuschmelzen. Auch Pinguine und Timberwölfe lassen auf diese Wiese exponierte Körperteile, wie Füße/Pfoten abkühlen, sodass sie kaum Wärme über sie verlieren. 2. Fellwechsel Säugetiere, die im Winter ein dichtes Winterfell ausbilden, wechseln dieses periodisch mit Beginn der wärmeren Jahreszeit zugunsten eines kürzeren Sommerfells. Vögel mausern sich entsprechend. Die Regulationsmöglichkeiten sind bei ihnen folglich deutlich geringer. 3. Haare aufrichten Das Aufrichten von Haaren- bzw. Federn erhöht die Isolationswirkung, da mehr Luft festgehalten wird. Als Rudiment ist diese Möglichkeit beim Menschen noch vorhanden. Das Ergebnis wird als Gänsehaut bezeichnet. Vögel erreichen diesen Effekt durch Aufplustern des Gefieders. 4. Erhöhung der Wärmeproduktion Das kann durch erhöhte Aktivitäten, Kältezittern und Fettverbrennung !s.o." erreicht werden. 6. Akklimatisation Parallel zu Temperaturveränderungen finden physiologische Veränderungen im Körper statt, die zu einer Adaption an die veränderten Bedingungen führen. So nehmen wir eine kühle Temperatur zu Beginn des Winters deutlich kälter wahr, als die gleiche im Frühling. Viele Tiere aus tropischen Gebieten können sich durch Akklimatisation im Herbst an die kalten Wintertemperaturen anpassen. 7. Thermoregulatorisches Verhalten Oft reichen schon kleine Verhaltensweisen aus, um den gewünschten regulierenden Effekt zu erzielen: Veränderung der Exposition zur Sonne, Aufsuchen eines Schattenplatzes, ein kühlendes Bad, Einrollen bzw. kleiner machen u.s.w. Doch wenn diese Maßnahmen nicht greifen, ändert sich das Verhalten der Tiere sehr. Beispiele, die Tiere aus Yukon Bay betreffen, sind: Bergmann, Hans-Heiner: Die Biologie Vogels. AulaRückzug unter die Erde/ unterdes die Schneedecke Verlag Wiesbadenund 1987Schwarzschwanz-Präriehunde Lemminge Bergmann, Dr. Hans-Heiner et. al.: Stimmen der Vögel legen umfangreiche Bauen an, die sie auspolsEuropas. BLV Verlag München 1982 tern. Tief unter der Erde ist es im Winter deutlich Berndt, Dr. Rudolf u. Meise, Dr. Wilhelm: Naturgeschichte als an der Erdoberfläche. derwärmer Vögel. Kosmos / Franck’sche Verlagshandlung Stuttgart 1959 Tier-Wanderungen Bergmann, Hans-Heiner: Die Biologie des Vogels. AulaBezzel, Einhard: Kompendium der Vögel Mitteleuropas. Verlag Wiesbaden suchen 1987 Waldbisons Aula-Verlag Wiesbaden 1985im Winter regelmäßig tieBergmann, Dr. Hans-Heiner et. al.: Stimmen der Vögel auf. fer gelegene Täler oder wärmere Gebiete Bezzel, Einhard: Mein Hobby: Vögel beobachten. BLV Europas. BLV Verlag München 1982 München 1982 Berndt, Dr. Rudolf u. Meise, Wilhelm: Vogelzug: Bergmann, Hans-Heiner: DieDr. Biologie desNaturgeschichte Vogels. Bezzel, Einhard: Ornithologie. Verlag Eugen UlmerAulaStuttderZwerg-Kanadagänse Vögel. Kosmos1987 / Franck’sche Verlag Wiesbaden ziehen periodisch zwischen gart 1977 Verlagshandlung Stuttgart 1959 Bergmann, Dr. Hans-Heiner et.Nodern al.: Stimmen Vögel ihren imMünchen undderden ÜberBezzel, Brutgebieten Einhard: Vögel. BLV 1984 Bezzel, Einhard: Kompendium der Vögel Mitteleuropas. Europas. BLV Verlag München 1982 Blume, Dieter u. Tiefenbach,im Jens: Die Buntspechte. winterungsgebieten Süden. Aula-Verlag 1985 Dr. Wilhelm: Naturgeschichte Berndt,Wissenschaften Dr.Wiesbaden Rudolf u. Meise, Westarp Magdeburg 1997 Schneeeulen ziehen nicht regelmäßig, sondern Einhard: Mein Hobby: Vögel beobachten. BLV derBezzel, Vögel. KosmosIch / Franck’sche Hart, Malcolm: entdecke die Natur: Vögel. C. Bertelsweichen extremer München 1982vorStuttgart Verlagshandlung 1959Kälte kurzfristig in wärmann Verlag München Bezzel, Einhard: Ornithologie. Verlag Eugen Ulmer Stuttmere Gebiete aus, es sind Strichvögel. Bezzel, Einhard: Kompendium derFedern Vögel Mitteleuropas. Deterts, Dorothea et. al. (Hrsg.): kitzeln die Singart 1977 Aula-Verlag Wiesbaden 1985 2004 ne. Überseemuseum Bremen Bergmann, Hans-Heiner: DieMünchen Biologiebeobachten. des Vogels.BLV AulaWinterruhe: Bezzel, Einhard: Einhard: Vögel.Hobby: BLV 1984 Bezzel, Mein Dröscher, Vitus B.: Die TierweltVögel unserer Heimat. HoffVerlag Wiesbaden 1987 Blume, 1982 Dieter u. reduzieren Tiefenbach, Jens: Die Buntspechte. Rothörnchen im Freiland ihren StoffMünchen mann und Campe 1978 Bergmann, Dr. Hans-Heiner et.Verlag al.: Stimmen der Vögel Westarp Wissenschaften Magdeburg 1997 Bezzel, Einhard: Ornithologie. Eugen Ulmer Stuttwechsel, verlangsamen die Herzschlagfrequenz, Heinroth, Aus dem Leben der Vögel. SpringerEuropas. BLVOskar: Verlag Hart, Malcolm: IchMünchen entdecke1982 die Natur: Vögel. C. Bertelsgart 1977 senken jedoch die Körpertemperatur kaum ab. Verlag Berlin 1977 Berndt, Dr. München RudolfVögel. u. Meise, Dr. Wilhelm: Naturgeschichte mann Verlag Bezzel, Einhard: BLV München 1984 Sie fressen in bestimmten Abständen aus NahderDeterts, Vögel.Dieter Kosmos Franck’sche Dorothea et. al. (Hrsg.): Federn kitzeln die SinBlume, u. /Tiefenbach, Jens: Die Buntspechte. rungsdpots. Verlagshandlung Stuttgart 1959 ne. Überseemuseum Bremen 2004 1997 Westarp Wissenschaften Magdeburg Bezzel, Einhard: Kompendium der VögelVögel. Mitteleuropas. Dröscher, Vitus Ich B.: Die Tierwelt unserer Heimat. Hart, Malcolm: entdecke die Natur: C.HoffBertelsAula-Verlag Wiesbaden 1985 mann und Campe 1978 mann Verlag München Bezzel, Einhard: Hobby: Vögel beobachten. BLV Heinroth, Oskar: Mein Aus Leben der Vögel. SpringerDeterts, Dorothea et. dem al. (Hrsg.): Federn kitzeln die SinMünchen 1982 Verlag Berlin 1977 ne. Überseemuseum Bremen 2004 Bezzel, Einhard: Ornithologie. Eugen Ulmer StuttDröscher, Vitus B.: Die TierweltVerlag unserer Heimat. Hoffgart 1977 mann und Campe 1978 Herzog Fischer V Nachti Röhring V Peterse Georg W Peters Herzog Parey Ha Fischer V Reade Nachti Eugen Ul Röhring V Reichh Peterse Herzog Verlag Fr Georg WV Fischer Sauer, Peters Nachti Sielma Parey Ha Röhring Verlag BeV Reade Peterse Singer, Eugen Ul Georg W mos-Verl Reichh Peters Stern, Verlag Fr Parey Ha buchhan Sauer, Reade Svenss Herzog Sielma Eugen Ul FranckhFischer V Verlag Be Reichh Thielck Nachti Singer, Verlag Fr 1970 Röhring mos-Verl Sauer,V Peterse Stern, Sielma Georg W buchhan Verlag Be Peters Svenss Singer, Parey Ha Franckhmos-Verl Reade Thielck Stern, Eugen Ul 1970 buchhan Reichh Svenss Verlag Fr FranckhSauer, Thielck 9 Zooschule Hannover bare Ergebnisse zu erzielen. Infrarot-Thermometer sind in der Leihstelle des Schulbiologiezentrums ausleihbar. Ihr Einsatz lohnt besonders bei Haustieren. Wärmebildkameras sind allein schon aufgrund der hohen Kosten nicht für die Hände von Schülern geeignet. Deshalb werden entsprechende Schulbiologiezentrum Hannover 27 Abbildungen zur Verfügung gestellt. Weitere lassen sich zur Auswertung in der Schule von der Homepage der Zooschule downloaden. Körperformen verraten viel über die Angepasstheiten der Tiere. Allein durch genaues Beobachten sind wesentliche Körpermerkmale erkennbar, die den Tieren ein Überleben in der BeHerzog, Karl: Anatomie und Flugbiologie derKälte Vögel. sichern. G. Fischer Verlag Stuttgart 1968 sonders geeignete Arten hierfür sind: Literaturverzeichnis Bergmann, Hans-Heiner: Die Biologie des Vogels. AulaWinterschlaf: Verlag Wiesbaden 1987 Weißschwanz-Präriehunde halten einen langen Bergmann, Dr. Hans-Heiner et. al.: Stimmen der Vögel Winterschlaf. Ihre Körpertemperatur fällt naheEuropas. BLV Verlag München 1982 zu die Umgebungstemperatur ab, nie jedoch Berndt, Dr. Rudolf u. Meise, Dr. Wilhelm: Naturgeschichte 0 0Kosmos C. Wärmeproduktion und Wärmeabgabe derauf Vögel. / Franck’sche werden minimiert und die Tiere können so ein Verlagshandlung Stuttgart 1959 Bezzel, Kompendium der VögelFettdepots Mitteleuropas. halbesEinhard: Jahr von angefressenen leben. Aula-Verlag Wiesbaden 1985 Kurze, periodisch auftretende Aufheizphasen Bezzel, Einhard: Mein Hobby: Vögel beobachten. BLV dienen u. a. der Stärkung des Immunsystems. München 1982 Die Schwarzschwanz-Präriehunde, die im Zoo Bezzel, Einhard: Ornithologie. Verlag Eugen Ulmer Stuttgehalten werden, sind ganzjährig aktiv. Sie legart 1977 ben imEinhard: Freiland teilweise von eingebrachten FutBezzel, Vögel. BLV München 1984 Blume, Dieter u. Tiefenbach, Jens: Die Buntspechte. tervorräten. [1] [2] [7] [11] Westarp Wissenschaften Magdeburg 1997 Hart, Malcolm: Ich entdecke die Natur: Vögel. C. Bertelsmann Verlag München Unterrichtsanregungen Deterts, Dorothea et. al. (Hrsg.): Federn kitzeln die Sinne. Überseemuseum Bremen 2004 Wir Dröscher, könnenVitus Temperaturen über die Haut B.: Die Tierweltnur unserer Heimat. Hoff- direkt mann und CampeMan 1978 muss also Tiere anfassen, um wahrnehmen. Heinroth, Oskar: Aus dem Leben ihre Wärme zu spüren. Dies der ist Vögel. in derSpringerErlebniswelt Verlag Berlin 1977 Yukon Bay jedoch nicht möglich. Als Ersatz kann man auf andere Tiere ausweichen. Geeignet sind hierfür: Vögel: Rosapelikan !Huhn" Säugetiere: Tiere der Streichelwiese !Schaf, Meerschwein" Wechselwarme Tiere !Bartagame, Königsphyton, Titelseite verschiedene Insektenarten" Seite 2 Seite 4 Die geklammerten Arten können nur in Absprache Seite 7 mit der Zooschule berührt werden. Seite 8 Seite 11 o Temperaturmessungen sind im Prinzip mit InfrarotSeite 11 u Thermometern und Wärmebildkameras möglich. Seite 12 Die Schwäche beider Methoden ist, dass man sehr Seite 13 nahe an die Tiere herankommen muss um verwertSeite 19 Nachtigall, Werner: Warum die Vögel fliegen. Rasch und RöhringEisbär Verlag Hamburg – Zürich 1985 Petersen, Jürgen: Vogelfeder, Vogelflügel, Vogelflug. Karibu Georg Westermann SchneeuleVerlag Braunschweig 1966 Peterson, Roger et. al.: Die Vögel Europas. Verlag Paul Timber-Wolf Parey Hamburg und Berlin 1968 Reade, al.:es Vögel in der Verlag Sehr Winhood reizvollet.ist auch dieBrutzeit. Isolierungsmethoden Eugen Ulmer Stuttgart 1974 der Tiere genauer zu erfassen: Reichholf, Dr. Josef (Hrsg.): Die Welt der Vögel. HerderVerlag Freiburg 1976Hans-Heiner: Die Biologie des Vogels. AulaBergmann, Isolation durch Fett !Seelöwe, Kegelrobbe" Sauer, Frieder: Landvögel. Mosaik Verlag München 1996 Verlag Wiesbaden 1987 Bergmann, Hans-Heiner: Die Biologie des Vogels. AulaIsolation durch Luft !Schneeeule, Karibu, Bison" Sielmann, Heinz: Das Jahr mit den Spechten. Ullstein Bergmann, Dr. Hans-Heiner et. al.: Stimmen der Vögel Verlag Wiesbaden 1987 Bergmann, Hans-Heiner: Die Biologie des Vogels. AulaDoppelte Isolation !Pinguin, Seebär, Eisbär" VerlagEuropas. Berlin 1978 BLV Verlag München et. 1982 Bergmann, Dr. Hans-Heiner al.: Stimmen der Vögel Verlag Wiesbaden 1987 Bergmann, Hans-Heiner: Die Biologie des Vogels. AulaSinger,Berndt, Detlef:Dr. DieRudolf Vögel Mitteleuropas. Franckh-KosRückzug unter die Erde !Präriehunde" u. Meise, Dr. Wilhelm: Naturgeschichte Europas. BLV Verlag München 1982 Bergmann, Dr. Hans-Heiner et. al.: Stimmen der Vögel VerlagStuttgart Wiesbaden 1987 mos-Verlag 1997 der Vögel.BLV Kosmos /u. Franck’sche Berndt, Dr. Rudolf Meise, Dr. Wilhelm: Naturgeschichte Europas. Verlag München 1982 Bergmann, Dr. Hans-Heiner et. al.: Stimmen der Vögel reStern, Horst u.a.: Rettet die Vögel. F.A.Herbig VerlagsDie Themen, die in den älteren Klassenstufen Verlagshandlung Stuttgart 1959 der Vögel. Kosmos / Franck’sche Berndt, Dr. Rudolf u. Meise, Dr. Wilhelm: Naturgeschichte Europas. BLV Verlag München 1982 buchhandlung München 1978 levant sind, lassen sich nur von weiteren Bezzel, Einhard: Kompendium deranhand Vögel Mitteleuropas. Verlagshandlung Stuttgart 1959 derBerndt, Vögel. Kosmos /u.Franck’sche Dr. Rudolf Meise, Dr. Wilhelm: Naturgeschichte Svensson, Lars et. al.: Der neue Kosmos-Vogelführer. Aula-Verlag Wiesbaden 1985 Informationen mit Hilfe vonder Arbeitsblättern darstelBezzel, Kompendium Vögel Mitteleuropas. Verlagshandlung Stuttgart 1959 der Vögel.Einhard: Kosmos / Franck’sche Franckh-Kosmos-Verlag Stuttgart 1999Vögel beobachten. BLV Bezzel, Einhard: Mein Hobby: Aula-Verlag Wiesbaden 1985 Bezzel, Einhard: Kompendium der VögelsinnesphysioloMitteleuropas. len. Diese greifen ökologische, Verlagshandlung Stuttgart 1959 Thielcke, Gerhard: Vogelstimmen. Springer-Verlag Berlin München 1982 Bezzel, Einhard: Meinstoffwechselphysiologische Hobby: Vögel beobachten. BLV Aula-Verlag Wiesbaden 1985 Bezzel, Einhard: Kompendium der Vögel Mitteleuropas. gische, genetische, und 1970 Bezzel, Einhard: Ornithologie. Verlag Eugen UlmerBLV StuttMünchen Bezzel, 1982 Einhard: Mein 1985 Hobby: Vögel beobachten. Aula-Verlag Wiesbaden evolutionsbiologische Themen auf. gart 19771982 Bezzel, Einhard: Verlagbeobachten. Eugen UlmerBLV StuttMünchen Bezzel,Problemfelder Einhard: Ornithologie. Mein Hobby: Vögel Wichtige der Biologie z.B. KlimaBezzel, Einhard: Ornithologie. Vögel. BLV München 1984sind gart 1977 Bezzel, Einhard: Verlag Eugen Ulmer StuttMünchen 1982 Blume, Dieter u. Vögel. Tiefenbach, Jens: Die1984 Buntspechte. erwärmung, nachhaltige Entwicklung, Methoden, Bezzel, Einhard: BLV München gart 1977 Bezzel, Einhard: Ornithologie. Verlag Eugen Ulmer StuttWestarp Wissenschaften Magdeburg z.B. Arbeit mitu.Wärmebildern, oder ForschungsBlume, Dieter Tiefenbach, Jens: 1997 Die Buntspechte. Bezzel, Vögel. BLV München 1984 gart 1977 Einhard: Hart, Malcolm: Ich entdecke die Natur: Vögel. C. BertelsWestarp Wissenschaften Magdeburg 1997 Blume, Dieter u. Tiefenbach, Jens: Die Buntspechte. felder, wie das der Bionik werden an diesem Bezzel, Einhard: Vögel. BLV München 1984 mann Verlag München Hart, Malcolm: Ich entdecke die Natur: Vögel. C. BertelsWestarp Wissenschaften Magdeburg 1997 Blume,deutlich Dieter u. Tiefenbach, Jens: Die Buntspechte. Beispiel gemacht. Deterts, Dorothea et. al. (Hrsg.): FedernVögel. kitzelnC.die Sinmann Verlag München Hart, Malcolm: Ich entdecke die Natur: BertelsWestarp Wissenschaften Magdeburg 1997 ne. Überseemuseum Bremen 2004 Deterts, Dorothea al. (Hrsg.): FedernVögel. kitzelnC.die Sinmann München Hart,Verlag Malcolm: Ichet. entdecke die Natur: BertelsDröscher, Vitus B.: et. Dieal.Tierwelt unserer Heimat. Hoffne. Überseemuseum Bremen 2004 Deterts, Dorothea (Hrsg.): Federn kitzeln die SinVerlag München Helge mann Reinhardt, Freiburg mann und Campe 1978 Dröscher, Vitus B.: Die Tierwelt unserer Heimat. Hoffne. Überseemuseum Bremen 2004 Deterts, Dorothea et.Zooschule al. (Hrsg.): Federn kitzeln die Die Mitarbeiter der wünschen vielSinFreude Helge Reinhardt, Freiburg Heinroth, Oskar: Aus Lebenunserer der Vögel. Springermann und Campe 1978 Dröscher, Vitus B.: Diedem Tierwelt Heimat. Hoffne. Überseemuseum Bremen 2004 Helge Reinhardt, Freiburg mit diesem neuen Themenheft. Über Kritik und Verlag Berlin 1977 Heinroth, Oskar: Aus dem Lebenunserer der Vögel. Springermann und Campe 1978 Dröscher, Vitus B.: DieDocumentation Tierwelt Heimat. HoffMarek Szczepanek, GNU Free license Anregungen würden wir unsder sehr freuen. Verlag Berlin 1977 Heinroth, Oskar: Aus dem Leben Vögel. Springermann und Campe 1978 Helge Reinhardt, Freiburg Verlag BerlinOskar: 1977 Heinroth, Helge Reinhardt, FreiburgAus dem Leben der Vögel. SpringerVerlag Berlin 1977 Thermos, March 2007, GNU Free Documentation license Alastair Rae, June 2003, Finland, Creative Commons license Helge Reinhardt, Freiburg Werner George, Köln Abbildungsnachweis Titelseite Seite 2 Titelseite Seite Seite 42 Titelseite Seite 427 Seite Titelseite Seite 8 Herzog Fischer V Herzog Nachti Fischer V Herzog Röhring Nachti Fischer VV Herzog Peterse Röhring NachtiVV Fischer Georg W Peterse Röhring NachtiV Peters Georg WV Peterse Röhring Parey Ha Peters Georg W Peterse Reade Parey Ha Peters Georg W Eugen Ul Reade Parey Ha Peters Reichh Eugen Ul Reade Parey Ha Verlag Fr Reichh Eugen Ul Reade Sauer, Verlag Fr Reichh Eugen Ul Sielma Sauer, Verlag Fr Reichh Verlag Be Sielma Sauer, Verlag Fr Singer, Verlag Be Sielma Sauer, mos-Verl Singer, Verlag Be Sielma Stern, mos-Verl Singer, Verlag Be buchhan Stern, mos-Verl Singer, Svenss buchhan Stern, mos-Verl FranckhSvenss buchhan Stern, Thielck FranckhSvenss buchhan 1970 Thielck FranckhSvenss 1970 Thielck Franckh1970 Thielck 1970 Helge Re Helge Helge Re Re Helge Helge Re Re Marek Re Sz Helge Helge Re Helge Re 10 Zooschule Hannover Brillenpinguine - Überlebenskünstler im Meer Schulbiologiezentrum Hannover 27 Schulbiologiezentrum Hannover 27 Literaturverzeichnis Schulbiologiezentrum Hannover Literaturverzeichnis Literaturverzeichnis Herzog, und Flugbiologie der Vögel. G. Bergmann, Die Biologie des Vogels. Aula- und schaue Gehe vorHans-Heiner: das Gehege der Brillenpinguine dirKarl: dieAnatomie Tiere genau an. Fischer Verlag Stuttgart 1968 Verlag Wiesbaden 1987 Schulbiologiezentrum Hannover Herzog, Karl: Anatomie und die Flugbiologie der Vögel. Bergmann, Diedes des Vogels. Aula-aus. Male dieHans-Heiner: Zeichnung farbig Nachtigall, Werner: Warum Vögel fliegen. RaschG. und Dr. Hans-Heiner et.Biologie al.:Pinguins Stimmen der Vögel Fischer Verlag Wiesbaden RöhringVerlag VerlagStuttgart Hamburg1968 – Zürich 1985 Europas. BLV Verlag1987 München 1982 Herzog, Anatomie und die Flugbiologie der Vögel. Bergmann, Hans-Heiner: Die desNaturgeschichte Vogels. Aula- des Pinguins Erkläre Vorteile der Körperzeichnung inKarl: eigenen Worten. Nachtigall, Werner: Warum Vögelügel, fliegen. Rasch und Bergmann, Dr. Hans-Heiner et.Biologie al.: Stimmen der Vögel Petersen, Jürgen: Vogelfeder, Vogelfl Vogelfl ug.G. Berndt, Dr.die Rudolf u. Meise, Dr. Wilhelm: Fischer Verlag Stuttgart 1968 Verlag Wiesbaden 1987 RöhringWestermann Verlag Hamburg Zürich 1985 1966 Europas. Verlag/München 1982 Georg Verlag– Braunschweig der Vögel.BLV Kosmos Franck’sche Nachtigall, Werner: Warum dieVogelfl Vögel fliegen. Rasch und einem Bergmann, Dr. Hans-Heiner et. al.: Stimmen der Vögel Zusatzmaterial: An den Stellen, die mit roten StrichenPetersen, markiert sind, wurden Temperaturen bei Jürgen: ügel, Vogelfl ug. Berndt, Dr. Rudolf u. Meise, Dr. Wilhelm: Naturgeschichte Peterson, Roger et.Vogelfeder, al.: Die Vögel Europas. Verlag Paul Verlagshandlung Stuttgart 1959 Röhring Verlag Hamburg – Zürich 1985 Europas. BLV Verlag München 1982 Pinguin, der auf Eis steht gemessen. Leider sind die folgenden Messwerte durcheinander gekommen: Georg Hamburg Westermann Braunschweig 1966 derBezzel, Vögel.Einhard: Kosmos Kompendium / Franck’scheder Vögel Mitteleuropas. Parey und Verlag Berlin 1968 0C, 0C,u. 0C. Dr. Wilhelm: Naturgeschichte Petersen, Jürgen: Vogelfeder, Vogelfl ügel, Vogelfl ug. Berndt, Dr.Wiesbaden Rudolf Meise, 3 Aula-Verlag 120C, 20 38 Peterson, Roger et. al.: Vögel Europas. Verlag Paul Verlagshandlung Stuttgart 1959 Reade, Winhood et. al.: Die Vögel in der Brutzeit. Verlag 1985 Georg Westermann Verlag Braunschweig 1966 derBezzel, Vögel.Einhard: Kosmos Kompendium / Franck’sche Parey Hamburg und Berlin 1968 der Vögel Mitteleuropas. Eugen Ulmer Stuttgart 1974 Mein Hobby: Vögel beobachten. Herzog, Anatomie undVögel Flugbiologie der Vögel. G. Bergmann, Hans-Heiner: Die Biologie Vogels.BLV Aula-Körperstellen Ordne die Temperaturen dendes markierten zu Karl: und begründe deine Entscheidung. Peterson, Roger et. Europas. Verlag Paul Verlagshandlung Stuttgart 1959 Reade, Winhood et. al.: al.: Die Vögel der Brutzeit. Verlag Aula-Verlag Wiesbaden 1985 Reichholf, Dr. Josef (Hrsg.): DieinWelt der Vögel. HerderMünchen 1982 Fischer Verlag Stuttgart 1968 Verlag Wiesbaden 1987 Parey Hamburg und Berlin 1968 Bezzel, Einhard: Einhard: Ornithologie. Kompendium der Vögel Mitteleuropas. Eugen Ulmer Stuttgart 1974 Bezzel, Mein Hobby: Vögel beobachten. BLV Verlag Freiburg 1976 Eugen Ulmer StuttNachtigall, Werner: Warum dieinVögel fliegen.Verlag Rasch und Bergmann,Wiesbaden Dr. Hans-Heiner et.Verlag al.: Stimmen der Vögel Reade, Winhood et. al.: Vögel der Brutzeit. Aula-Verlag 1985 Reichholf, Dr. Josef (Hrsg.): Die Welt der Vögel. HerderMünchen 1982 Sauer,Verlag Frieder: Landvögel. Mosaik Verlag München 1996 gart 1977BLV Verlag München 1982 Röhring Hamburg – Zürich 1985 Europas. Eugen Ulmer Stuttgart 1974 Bezzel, Einhard: Einhard: Ornithologie. Mein Hobby: Vögel beobachten. BLV Verlag Freiburg 1976 Bezzel, Verlag Eugen Ulmer StuttSielmann, Heinz: Das Jahr mit den Spechten. Ullstein Vögel. BLV München 1984 Petersen, Jürgen: Vogelfeder, Vogelfl ügel, VogelflHerderug. Berndt, 1982 Dr. Rudolf u. Meise, Dr. Wilhelm: Naturgeschichte Reichholf, Dr. Josef (Hrsg.):Mosaik Die Welt der Vögel. München Sauer, Frieder: Landvögel. Verlag München 1996 gart 1977 Dieter u. Tiefenbach, Jens: Die Buntspechte. Verlag Berlin 1978 Blume, Georg Westermann Verlag Braunschweig 1966 derBezzel, Vögel.Einhard: Kosmos Ornithologie. / Franck’scheVerlag Eugen Ulmer StuttVerlag Freiburg 1976 Sielmann, Heinz: Jahr mit den Spechten. Ullstein Bezzel,Wissenschaften Einhard: Vögel. Magdeburg BLV München 1984 Singer, Detlef: DieDas Vögel Mitteleuropas. Franckh-KosWestarp 1997 Literaturverzeichnis 27 27 11 Zooschule Hannover Haustiere als Wärmebilder Die Bilder zeigen dir durch die Farben an wie warm die Tiere an ihrer Oberfläche sind und damit auch, an welchen Stellen sie die meiste Wärme an die kalte Umgebung verlieren. Gehe vor die Gehege der Tiere und schreibe die Namen der Haustiere unter die Abbildungen. Bestimme, welches Tier am meisten Wärme abgibt und welches am wenigsten. Nenne die Körperteile, an denen die Tiere am meisten Wärme verlieren, und beobachte, warum das so ist. 12 Zooschule Hannover Eisbären überleben in der Kälte Gehe vor das Gehege der Eisbären und schaue dir die Tiere genau an. Kreise auf dem Foto die Körperstellen ein, an denen du besondere Merkmale der Bären beobachtet hast, die ihnen das Überleben in der Kälte ermöglichen. Fülle dann die folgende Tabelle aus, indem du zunächst die Merkmale nennst und dann ihre Bedeutung. Merkmal (beobachtet) Wirkung (Erklärung/Vermutung) 13 Zooschule Hannover Karibus überleben in der Kälte Gehe vor das Gehege der Karibus und schaue dir die Tiere genau an. Kreise auf dem Foto die Körperstellen ein, an denen du besondere Merkmale der Karibus beobachtet hast, die ihnen das Überleben in der Kälte ermöglichen. Fülle dann die folgende Tabelle aus, indem du zunächst die Merkmale nennst und dann ihre Wirkung. Merkmal (beobachtet) Wirkung (Erklärung/Vermutung) 14 Zooschule Hannover Amurtiger überleben in der Kälte Gehe vor das Gehege der Tiger und schaue dir die Tiere genau an. Kreise auf dem Foto die Körperstellen ein, an denen du besondere Merkmale des Tigers beobachtet hast, die der Raubkatze das Überleben in der Kälte ermöglichen. Fülle dann die folgende Tabelle aus, indem du zunächst die Merkmale nennst und dann ihre Wirkung. Merkmal (beobachtet) Wirkung (Erklärung/Vermutung) 15 Zooschule Hannover Schneeeulen überleben in der Kälte Gehe vor das Gehege der Schneeeulen und schaue dir die Tiere genau an. Kreise auf dem Foto die Körperstellen ein, an denen du besondere Merkmale der Vögel beobachtet hast, die ihnen das Überleben in der Kälte ermöglichen. Fülle dann die folgende Tabelle aus, indem du zunächst die Merkmale nennst und dann ihre Wirkung. Merkmal (beobachtet) Wirkung (Erklärung/Vermutung) 16 Zooschule Hannover Timberwölfe überleben in der Kälte Gehe vor das Gehege der Timberwölfe und schaue dir die Tiere genau an. Kreise auf dem Foto die Körperstellen ein, an denen du besondere Merkmale des Wolfes beobachtet hast, die ihm ein Überleben als Hetzjäger ermöglichen. Fülle dann die Tabelle aus, indem du erst die Merkmale nennst und dann ihre Bedeutung. Merkmal (beobachtet) Bedeutung (Erklärung/Vermutung) 17 Zooschule Hannover Ohne Körperisolierung kann man in der Kälte nicht überleben Alle Tiere auf Yukon Bay haben besondere Körpermerkmale und Verhaltensweisen entwickelt, die ihnen das Überleben in der kalten Zone ermöglichen. Alle verringern die Abgabe von Körperwärme durch eine möglichst gute Isolierung ihrer Körperoberfläche. Die Isolierung erfolgt bei einigen Tieren durch Fett, das in die Unterhaut eingelagert wird !Blubber", andere bilden eine Schutzschicht aus Federn !Vögel" bzw. Haaren !Säugetiere" aus, die viel Luft einschließen und so die Auskühlung des Körpers verringern. Manche Tiere haben sogar beide Isolierungsmöglichkeiten verwirklicht !s. Titelzeile der Tabelle". Aufgaben: ! ! Gehe durch die Erlebniswelt Yukon Bay und schaue dir alle Tiere an. (Eisbären, Robben und Pinguine siehst du dir am besten aus dem Inneren des Schiffes an) ! ! Bestimme wie sich jede Art vor Wärmeverlust isoliert und trage deine Beobachtung in einer der Spalten der Tabelle ein. ! Begründe die Isolierungsmethode der Tiere, die nur an Land leben! ! Erkläre, welche Tiere sich optimal vor Kälte schützen! Fell / Federn Fett Fett und Fell / Federn 18 Zooschule Hannover Wechselwarm oder gleichwarm? Die Wärmebilder zeigen, wie stark die Wärmeabgabe über die Haut der Tiere ist. Die Temperaturen kannst du in der Skala auf der rechten Seite der Bilder ablesen. Schreibe die Namen der Tiere unter die Abbildungen. Kennzeichne in den Kästchen die gleichwarmen Tiere mit einem G und die wechselwarmen Tiere mit einem K. Gib an, welche 2 Tiere am meisten Wärme abgeben, und welche 2 am wenigsten. Erläutere deine Beobachtungen. 19 Zooschule Hannover Anleitung zur Auswertung von Wärmebildern Die Thermokamera ist ein Messgerät, mit dem berührungslos Temperaturen von Oberflächen erfasst werden können. Sie nimmt nicht das mit bloßem Auge sichtbare Licht, sondern Infrarotstrahlung auf und wandelt diese in ein Wärmebild um. Dabei wird jeder Temperatur eine Farbe zugeordnet. Anhand dieser Farbe kann man mithilfe einer Skala, die hier rechts der Abbildungen angeordnet ist, die Temperatur an der Tieroberfläche genau bestimmen. Die Farbgebung verläuft dabei von schwarz !kälteste Temperatur" über die Farben des Regenbogens zu weiß !höchste Temperatur". Der Messbereich und die Zuordnung der Farben sind bei jedem Bild anders, d.h. mann kann Farben nicht von einem Bild auf ein anderes übertragen, sondern muss jedes mal neu ablesen. Am Beispiel des Elefanten Nicolai wird eine Anleitung zur Auswertung von Wärmebildern gegeben: Schritt 1: Bestimmung der Temperaturen Notiere dir als erstes die Umgebungstemperatur der Tiere. ! hier ungefähr +5oC " Bestimme die durchschnittliche Temperatur an der Oberfläche der Tiere. ! hier ungefähr + 20oC " Notiere die Stellen, die am wärmsten sind. !hier Augen, oberer Kopfbereich und Rüsselspitze mit jeweils + 25,5oC" Notiere die Stellen, die am kältesten sind. !hier Spitzen der Stoßzähne, Ohren mit rund + 5oC" Schritt 2: Deutung der gefundenen Ergebnisse Anhand der Außentemperatur kannst du feststellen, dass die Aufnahme draußen im Winter aufgenommen wurde. Da die Haut des Elefanten rund 15oC wärmer ist als die Außentempratur, handelt es sich um ein gleichwarmes Tier. Da der Temperaturunterschied recht hoch ist, kannst du aussagen, dass der Elefant sich vor Wärmeverlust nicht sehr wirksam schützen kann. Es handelt sich wahrscheinlich um ein tropisches Tier. Die wärmsten Stellen lassen sich so erklären, dass in diesen Bereichen die geringste Isolationswirkung besteht !Auge", die Wärmeerzeugung durch Muskelbewegung sehr hoch ist !Rüssel" und die Durchblutung besonders hoch ist !Gehirn". Die kältesten Stellen lassen sich so erklären, dass diese Körperteile sehr exponiert sind und eine große Oberfläche besitzen, über welche die Wärme abstrahlt !Ohren". Die blauen Bereiche an den Spitzen der Stoßzähne zeigen gut die dort angebrachten wärmeleitenden Metallkappen. Werte nach dem Muster dieser Anleitung nun das recht Bild aus. Es zeigt eine Bartagame. Viele weitere Wärmebilder findest du auf der Homepage der Zooschule -> Materialien -> Projekte 20 Zooschule Hannover Wie fangen Robben Fische? Robben jagen zu ganz unterschiedlichen Tagesund Nachtzeiten und oftmals in Tiefen von über 30 Metern. Dennoch gehen sie selten hungrig schlafen: Selbst bei tiefster Dunkelheit gelingt es ihnen, ihre Beute zielsicher zu orten. Aber wie? Wissenschaftler der Universitäten Bochum und Bonn konnten nun nachweisen, dass sich die Meeressäuger zumindest unter Laborbedingungen mit Hilfe ihrer Barthaare orientieren. Die Beutetiere hinterlassen beim Schwimmen eine Strömungsspur, der die Robben mit den sensiblen Haaren an ihrer Schnauze über Distanzen von bis zu 40 Metern nachspüren können. Bisher nahmen Zoologen an, dass die Robben sich hauptsächlich durch ihr passives Gehör in den Ozeanen orientieren - anders als beispielsweise Zahnwale, die eine aktive Echoortung als Fernerkundungssystem nutzen. „Henry“ und „Nick“ heißen die Robben, denen Guido Dehnhardt, Björn Mauck, Wolf Hanke und Horst Bleckmann ihre Erkenntnisse verdanken. Die Wissenschaftler setzten den Meeressäugern Kopfhörer und Augenklappen auf, um ihren Hör- und Sehsinn zu blockieren. Dann steuerten sie ein MiniaturU-Boot etwa zehn Sekunden auf einem Zick-Zack-Kurs durch das Becken und schalteten dann den Motor ab. Danach machten sich „Henry“ und „Nick“ auf die Suche nach ihrer potentiellen Beute. Sobald sie die Spur des U-Boots kreuzten, zeigte ein deutlicher Richtungswechsel in ihrem Schwimmverhalten, dass sie die Spur gefunden hatten und ihr jetzt folgten. Analysen von Video-Aufnahmen bestätigen, dass die Tiere die Richtung des U-Boots stets richtig bestimmten und jede kleine Kursänderung genau verfolgten. In etwa 80 Prozent der Fälle wurden sie so fündig. Lief dagegen der Motor des U- Boots noch, wenn den Robben die Kopfhörer abgenommen wurden, orientierten sie sich am Klang und schwammen direkt auf die Schallquelle zu. Die Orientierung erfolgt in der Realität multimodal, also mit den Ohren, der Nase und den Barthaaren. Werden - wie im Experiment - die anderen Sinne ausgeschaltet, sind die Tiere aber auf ihre Barthaare !die Vibrissen" angewiesen: Mit abgeklebter Schnauze fanden sie das Miniatur-U-Boot nie. forsch 3/2001 universität bonn, verändert Aufgaben: 1. Erläutere die Experimente, mit denen man nachgewiesen hat, dass Robben Fische mit Hilfe ihrer Vibrissen verfolgen können. 2. Entscheide, ob man die Ergebnisse der Labor-Experimente auf die Situation in Meeren übertragen kann. 3. Nenne weitere Körpermerkmale der Robben, die sie zu sehr erfolgreichen Fischjägern machen. 21 Zooschule Hannover Robben in Yukon-Bay Im neuen Gehege leben drei Arten von Wasserraubtieren zusammen in einem Gehege, das der Situation im Meer sehr nahe kommt. Folglich sind die Beobachtungsmöglichkeiten anders als früher. Kalifornischer Seelöwe Nördlicher Seebär Erkennungsmerkmale? Fortbewegung an Land ? Fortbewegung im Wasser? Hauptaufenthaltsort im Gehege? Vermute, warum die Robben in der Natur nicht zusammenleben. Erläutere, welche Probleme sich daraus für den Zoo ergeben. Kegelrobbe 22 Zooschule Hannover Eisbärfell - Lernen von der Natur Schüler der Wilhelm-Raabe-Schule, Hannover haben mit einfachen Mitteln aus kurzen Plastikschläuchen und einem schwarzen Brett ein Modell von einem Eisbärenfell gebaut !siehe Abbildung". Daran wollten sie jedoch nicht zeigen, wie sich das Tier optimal vor Kälte schützt. Es stellt vielmehr einen Entwurf für eine Fassade dar, mit deren Hilfe die Heizkosten eines so ausgestatteten Hauses deutlich verringert werden könnten. Dies ist ein Beispiel dafür, wie für technische Anwendungen Prinzipien aus der Natur abgeleitet werden. Die Forschungsrichtung, die sich damit beschäftigt, heißt Bionik. Aufgaben: 1. Beschreibe anhand der Abbildung den Aufbau des Modells eines Eisbärenfells. 2. Erläutere die Funktion der einzelnen Bestandteile. 3. Erkläre die physikalischen und biologischen Hintergründe, die zu dieser optimalen Form eines Fells geführt haben. 4. Überprüfe, ob eine so bionisch nachgestaltete Hausfassade die energetisch beste Lösung darstellt. 23 Zooschule Hannover Grolar-Bären Vancouver - Irgendetwas kam David Kuptana merkwürdig vor: Der Eisbär, den er gerade in Kanadas Arktis erlegt hatte, sah völlig ungewöhnlich aus. Er war so ganz anders als andere Eisbären, dass sich der Jäger an die Behörden der kanadischen Northwest Territories wandte. Jetzt, nachdem kanadische Biologen DNA-Tests durchgeführt haben, steht die Sensation fest: Der tote Bär ist eine Kreuzung aus Eisbär und Grizzly. Sein Fell ist dick und weiß wie bei einem Eisbären, aber seine Beine und Tatzen sind braun wie bei einem Grizzly. Auch der Schädel ist breit wie bei einem Braunbären, die Klauen sind lang. In Kanada nennt man diese Kreuzung Grolar-Bär, eine Mischung aus den englischen Namen Grizzly und Polar Bear. In manchen kanadischen Medien wird auch die Bezeichnung "Pizzly" verwendet. (© Foto: AP) Das ist erst das zweite Mal in der Geschichte Kanadas, dass man einen solchen "Hybriden" erlegt hat. Vor vier Jahren schoss ein amerikanischer Jäger den ersten Grolar-Bären, ein Männchen, ebenfalls in den kanadischen Northwest Territories. Aber dieses neue Exemplar versetzt die Experten noch mehr in Aufregung als das erste, denn es handelt sich bereits um die zweite Generation Grolar-Bär. Das heißt, die Mutter war bereits eine Kreuzung, also eine Grolar-Bärin, und der Vater war ein Grizzly. Eine Ausnahme, denn Kreuzungen !Hybride" zwischen Arten sind normalerweise extrem selten und sie produzieren meist unfruchtbaren oder überhaupt keinen lebenden Nachwuchs. Eisbären und Grizzlys sind eng verwandte Arten. Genforschern zufolge sind Eisbären aus einer kleinen Population von Grizzlys entstanden, die isoliert in einem abgelegenen Teil Alaskas in der Eiszeit gelebt haben. Experten in Nordamerika meldeten sich zu Wort mit der Überzeugung, dass solche Kreuzungen wegen der Klimaerwärmung künftig häufiger vorkommen werden. Denn hungrige Grizzlys wandern nun weiter nach Norden und tauchen vermehrt in der Arktis auf. Dort treffen sie dann auf Eisbären, die auf das Festland ausgewichen sind, weil das Meereis in der Arktis schwindet. Dadurch verringert sich die Populationsgröße der betroffenen und ohnehin schon bedrohten Arten noch weiter. „Das schnell schmelzende arktische Meereis gefährdet Arten nicht nur durch Habitatverlust, sondern auch durch Hybridisierung“, so die Experten weiter. „Wenn bisher isolierte Populationen und Arten in Kontakt kommen, paaren sie sich, bilden Hybriden und als Folge können seltene Arten aussterben.“ !SZ vom 07.05.2010/mcs, verändert" Aufgaben 1. Nenne die Gründe für die Entstehung von Grolar-Bären. 2. Erläutere, wie man nachgewiesen hat, dass der Grolar-Bär ein Art-Hybrid ist. 3. Erläutere die möglichen Auswirkungen der Hybridisierungen auf die Populationen von Grizzly und Eisbär. 4. Begründe, warum fruchtbare Nachkommen bei Art-Hybriden eine große Ausnahme darstellen. 24 Zooschule Hannover Winterschlaf - Schwarzbären auf Sparflamme Atmen, schnauben, brummen: Nahezu unsichtbar hebt und senkt sich die Oberfläche des Fellbergs. Geradezu durchdringend hingegen erklingt ein tiefes Dröhnen. Was folgt, ist Stille. Dann beginnt das Schnarchkonzert von vorn. Der Musikant ist ein Amerikanischer Schwarzbär im friedlichen Winterschlaf. Doch kann man bei Bären überhaupt von Winterschlaf sprechen? Ihre hohe Körpertemperatur während der Ruhezeit ließ Forscher immer wieder daran zweifeln. Øivind Tøien, Biologe an der University of Alaska, und seine Kollegen haben nun bewiesen, dass Amerikanische Schwarzbären in der Tat im Winter auf Sparflamme fahren. Schwarzbären halten 5 bis 7 Monate im Jahr Winterschlaf. In dieser Zeit essen, trinken, urinieren sie nicht und setzen keinen Kot ab. Danach verlassen sie ihre Höhlen nahezu in derselben körperlichen Verfassung, in der sie zuvor waren. Besonders erstaunlich ist, dass weder Muskeln noch Knochen abgebaut wurden. Sie haben jedoch rund 25 % ihres Körpergewichtes verloren. In einer Langzeituntersuchung wurden Stoffwechselrate und Körpertemperatur gemessen. Ergebnis war, dass während des Winterschlafes der Stoffwechsel auf 25% des Grundumsatzes reduziert wurde, die Körpertemperatur jedoch nur auf 30 ° bis 36 ° C. fiel. Die Herzschlagfrequenz fiel von 55 auf etwa 9 Schläge pro Minute. Nach dem Aufwachen aus dem Winterschlaf haben die Bären diese reduzierte Stoffwechselrate noch bis zu 3 Wochen aufrecht erhalten. Die Untersuchungen legen nahe, dass der Großteil der Stoffwechsel-Absenkung während des Winterschlafs unabhängig von der Körpertemperatur ist. Bisher galt die Faustregel, dass bei zehn Grad geringerer Körpertemperatur der Stoffwechsel nur um die Hälfte sinkt. Bei den Bären aber ging sie um volle 75 Prozent herunter. Die relativ hohe Körpertemperatur ist ein enormer Vorteil für das Erwachen aus dem Winterschlaf. Was sonst eine Quälerei ist, dauert bei den Schwarzbären nur wenige Minuten. Die Wissenschaftler sind sich deshalb sicher, dass die Ergebnisse ihrer Studie weitreichend Anwendung in der medizinischen Forschung finden könnten. Wenn Organe für Transplantationen sozusagen abgeschaltet werden könnten, sie aber erhalten bleiben, dann wäre das von enormen Vorteil. Und anstatt Patienten in ein künstliches Koma zu versetzen, könnte allein der Stoffwechsel heruntergefahren werden. Auch für Reisen ins All seien die Ergebnisse interessant. "Wenn man zum Beispiel die Astronauten auf einer Marsreise in den Winterschlaf legen könnte, dann würde der Körper eine Menge Energie sparen und dennoch wäre es möglich, sie wieder ganz schnell auf Betriebstemperatur zu bringen", erklärt der Winterschlafforscher. http://www.sciencemag.org/content/331/6019/906.short http://www.zeit.de/wissen/umwelt/2011-02/winterschlaf-baeren http://www.spiegel.de/wissenschaft/natur/0,1518,746188,00.html 1. Erläutern Sie die Zusammenhänge zwischen Körpertemperatur und Stoffwechselrate. 2. Erklären Sie die Überlebensstrategie der Bären im Winter. 3. Vergleichen Sie Winterruhe und Winterschlaf, und entscheiden Sie, welcher Fall hier vorliegt. 4. Begründen Sie das medizinische Interesse an der Langzeituntersuchung. 25 Zooschule Hannover Stoffwechselaktivität in Abhängigkeit von der Außentemperatur Wenn Tiere erfrieren, ist es in Wirklichkeit oft ein Verhungern. Aus Nahrungsmangel ist dann das labile Gleichgewicht zwischen Wärmeerzeugung und Wärmeabgabe nachhaltig gestört. Die wichtigste Strategie für gleichwarme Tiere eine kalte, nahrungsarme Zeit zu überstehen, ist, möglichst viel Energie für die Wärmeerzeugung einzusparen. Die folgenden Abbildungen zeigen drei Beispiele gleichwarmer Tiere: 1. Beschreiben Sie die Abbildung. 2. Erläutern Sie die grundlegenden Zusammenhänge zwischen Temperatur und Stoffwechselaktivitäten der Tiere. 3. Definieren Sie den thermischen Neutralpunkt der Tiere. 4. Charakterisieren Sie die tropischen und polaren Tieren hinsichtlich ihrer ökologischen Potenz in Bezug auf den Faktor Temperatur. 5. Überprüfen Sie die Richtigkeit des folgenden Zitats anhand der Abbildung: „Es ist also, so paradox das erscheinen mag, die Wärmebildung vieler tropischer Tiere in ihrer heimatlichen Umgebung teilweise mehr belastet als die mancher Polartiere während des Polarwinters“. ! ! ! ! ! ! !aus Schwarzmaier. W. et al, 1981" 90 - 140 cm Körperlänge: 70 - 90 cm 120 - 140 cm 40 - 70 kg 48 - 74 0 n. Br. Timberwolf Canis lupus lycaon 65 - 80 cm 100 - 140 cm 30 - 65 kg 40 - 65 0 n. Br. Europäischer Wolf Canis lupus lupus 3. Wenden Sie Ihnen bekannte ökologische Regeln auf diese Fallbeispiele an. 2. Stellen Sie einen Zusammenhang zwischen Verbreitung, Aussehen und Körpermerkmalen her. 1. Beschreiben Sie anhand der Abbildungen das Aussehen der vier Unterarten des Wolfes in eigenen Worten. Schulterhöhe: 65 - 80 cm 50 - 80 kg Br. Gewicht: 0 n. 75 - 82 Verbreitung: Polarwolf Canis lupus arctos Wölfe sind weit verbreitet 65 cm 70-85 cm 18 - 20 kg 30 - 18 0 n. Br. Arabischer Wolf Canis lupus arabs 26 Zooschule Hannover 27 Zooschule Hannover Lösungen AB Brillenpinguine - Überlebenskünstler im Meer 1. siehe linke Seite 2.Die Rückenseite der Pinguine ist schwarz, die Buchseite weiß. Diesen starken Kontrast nennt man Gegenkontrastierung. Vorteile: Möglichkeit zur Wärmeregulation an Land. Wenn einem Pinguin kalt ist, dreht er den Rücken zur Sonne und kann so viel Sonnenlicht absorbieren. Ist ihm warm, exponiert er die Bauchseite. Das weiße Gefieder reflektiert dann die meisten Sonnenstrahlen. Ein zweiter Erklärungsansatz argumentiert über die Tarnung: Potentielle Fressfeinde im Meer sehen die weiße Bauchseite vor dem hellen Himmel, wenn sie sich von unten nähern. Nähern sie sich von oben, hebt sich die schwarze Rückenseite kaum vom dunklen Meeresgrund ab. 3. Temperaturen von Oben nach unten: 38 0C, 20 0C, 12 0C, 3 0C. Begründungen: Die höchste Temperatur im Kopfbereich erklärt sich zum einen aus der hohen Wärmeproduktion im Gehirn und der Tatsache, dass der Bereich um das Auge nur wenig durch Fett bzw. Federn geschützt ist. Der Körper ist dagegen weitaus besser isoliert !20 0C". Die Flügelspitzen weisen keine Fettschicht und andere Federn auf. Sie besitzen zudem eine große abkühlende Oberfläche. Deshalb sinkt die Temperatur deutlich unter 10 0C. Die Füße sind am kältesten. Das liegt zum einen daran, dass sie direkten und ungeschützten Kontakt zum Eis haben. Der Pinguin verringert andererseits die Durchblutung, sodass übermäßige Wärmeverluste vermieden werden. AB Haustiere als Wärmebilder Name der Tiere: Schwein !Protestschwein", Truthahn !Cröllwitzer Pute" Pony !Exmoorpony", Rind !Altdeutsches Niederungsrind", Huhn !Deutsches Lachshuhn", Hund !Harzer Fuchs", Schaf !Rauhwolliges Pommersches Landschaf", Ziege !Thüringer Waldziege", Gans !Pommersche Landgans" Am meisten Wärme geben ab: Schwein, Pony, am wenigsten: Huhn, Gans, Schaf Die meiste Wärme wird über den Kopf abgegeben. Besonders die Bereiche um die Augen sind nur gering mit Fell oder Gefieder schützend bedeckt. Das Auge selbst hat die höchste Temperatur !weiß" da es verständlicher Weise nicht vor Wärmeverlusten isoliert werden kann Lösungsvorschlag: Eisbären überleben in der Kälte . Merkmal (beobachtet) Wirkung (Erklärung/Vermutung) Kleine Ohren Kurze Körperanhänge vermindern die Gefahr der Auskühlung Kurzer Schwanz Kurze Körperanhänge vermindern die Gefahr der Auskühlung Kräftige, kurze Krallen Sicherer Halt auf Eis. Helfen Robben (Nahrung aus dem Wasser zu ziehen) „Weißes“ Fell Transparente, innen hohle Haare. Luft in den Haare dient der Isolation. Farbe ist eine gute Tarnung, die verhindert, dass der Bär früh erkannt wird. Kräftiges Raubtiergebiss Gut entwickelte Nase Karibus - Überleben in die Kälte Lösungsvorschläge Merkmal (beobachtet) Wirkung (Erklärung/Vermutung) Kurze, durchblutete Körperanhänge, z.B. Schwanz Dadurch wird die Wärmeabgabe und die Gefahr von Erfrierungen minimiert (Allensche Regel) Dichtes Winterfell mit viel Unterwolle Extrem gute Isolierwirkung des Winterfells.(wird vom Menschen seit jeher ausgenutzt). Isolierende Luft wird zwischen den Haaren eingeschlossen. Z.B. Sicheres und rasches Töten der Beute mit den Fangzähnen. Langes Geweih mit Augspross Mit Hilfe dieser Werkzeuge kann Schnee weggeräumt werden, der die Nahrung bedeckt. Kann Beute auf weite Entfernungen riechen und sich anschleichen. Dort wird zudem die Schwarze Haut sichtbar (s.o.) Breite Hufe mit abgespreizten scharfen Klauen Hohe Auftrittsfläche vermindert das Einsinken der Tiere im tiefen Schnee (Schneeschuheffekt). Dient zum Freischarren der Flechten unter Schneebedeckung. Langgezogene Schnauze Dient der Erwärmung von kalter Luft beim Einatmen sehr kalter Luft und macht die Rentierflechten leichter erreichbar. Sehr anspruchslos hinsichtlich seiner Nahrung Die Tiere können als Nahrungsspezialisten sich auch von Fechten ernähren, die in diesen kalten Gebieten wachsen und sonst von keinem Pflanzenfresser verwertet werden. weitere Möglichkeiten sehr großer Körper Verhindert große Wärmeverluste, da Oberfläche zum Wärme produzierenden Körperinneren verhältnismäßig klein ist Sohlen mit Fell Ermöglichen sichere Fortbewegung auf glatten Flächen Schwimmhäute zwischen den Zehen Ermöglichen rasches und ausdauerndes Schwimmen 28 Zooschule Hannover Tiger überleben in der Kälte Timber-Wölfe sind hervorragende Hetzjäger Gehe vor das Gehege der Timber-Wölfe und schaue dir die Tiere genau an. Lösungsvorschläge Merkmal (beobachtet) Große Pranken mit eingezogenen, langen Krallen Wirkung (Erklärung/Vermutung) Schlagen und Festhalten der Beutetiere. Die Krallen sind normalerweise eingezogen und bleiben so sehr scharf. Weiche Polster erlauben das lautlose Anschleichen an die Beute. Beute im Winter ist überlebenswichtig, auch für die Wärmeproduktion. Sehr starke Muskeln Starke Muskelpakete ermöglichen es, dass auch große und wehrhafte Tiere erbeutet werden. Der Tiger kann auf kurze Distanz schnell beschleunigen und weit springen. Gestreiftes Fell In seinem Lebensraum ist der Tiger extrem gut getarnt. Das erleichtert ihm ein Anschleichen an die Beute. Es ist sehr dicht mit viel Unterwolle, wodurch er sehr gut isoliert ist. Kreise auf dem Foto die Körperstellen ein, an denen du besondere Merkmale des Wolfes beobachtet hast, die ihm ein Überleben als Hetzjäger ermöglichen. Fülle dann die Tabelle aus, indem du erst die Merkmale nennst und dann ihre Bedeutung! Merkmal (beobachtet) Bedeutung (Erklärung/Vermutung) Ohren Kann seine Beute aus mehreren Kilometern Entfernung orten. Dienen auch zu Verständigung Nase Sehr gutes Riechvermögen. Kann die Spur von Beute lange verfolgen. (Geruchstier) Raubtiergebiss/Lange Schnauze Kräftiger Biss mit 44 Zähnen. Töten mit 4 Fangzähnen. Kann Beute in der Schnauze wegschleppen. Kräftiges Raubtiergebiss Mit seinen langen, dolchartigen Fangzähnen tötet er sehr schnell. Seine scharfen Reißzähne (große Backenzähne) dienen zum Abreißen von Fleischstücken und zum Zerbeißen von Knochen. Lange, kräftige Beine Sehr ausdauernder und schneller Läufer. Kann über 100 km an einem Tag zurücklegen. Sehr gute Sinnesorgane (Gehör, Augen) Tiger können kleinste Geräusche wahrnehmen und darauf früh reagieren. Sie sehen extrem gut und finden so auch versteckte Beutetiere. Dichtes Fell, besonders im Winter Überlebt auch sehr tiefe Temperaturen. Hilft Energie zu sparen. Lange Schnurrhaare Mit diesem Tastsinnesorgan kann sich ein Tiger auch in völliger Dunkelheit orientieren Langer, auffälliger Schwanz Übermittelt Stimmungen. Dient der Verständigung im Rudel und hilft die gemeinsame Jagd zu koordinieren. Sehr große Katze Dadurch sind die Wärmeverluste relativ geringer als bei anderen Unterarten des Tigers. Pfoten mit kräftigen Krallen Sicherer Tritt. Ermöglicht federnden Gang und rasche Beschleunigungen. Lösungsvorschläge: Schneeeulen überleben in der Kälte Robben in Yukon Bay Kalifornischer Seelöwe Nördlicher Seebär Kegelrobbe Erkennungsmerkmale? Recht helle Tiere. Antrieb wie bei den Seebären über die Vorderextremitäten. Diese deutlich länger als die Hinterextremitäten. Zipfelförmige Außenohren (Ohrenrobbe) Sehr dunkle bis schwarze Tiere. Spitzer Kopf mit großen Augen. Großer Geschlechtsdimorphismus. Flossenartige Extremitäten, besonders die Hinterextremitäten sehr lang. Zipfelartige Außenohren. Pelzrobbe, verliert im Wasser viel Luft aus dem dichten Pelz. Kegelförmiger Kopf. Keine zipfelförmigen Außenohren. Walzenförmiger Körper. Geflecktes, kurzes Fell. Vortrieb im Wasser durch die Hinterextremitäten. Fortbewegung an Land ? An Land: Auf den zu Flossen umgebildeten Extremitäten laufend. Dabei können sie sehr schnell sein. Robbend auf dem Bauch. Fortbewegung relativ langsam. Fortbewegung im Wasser? Durch Schlagen der Vorderextremitäten. Gesteuert wird vor allem mit den beiden Hintetrextremitäten. Durch Schlagen der beiden Hinterextremitäten, die zu Flossen umgebildet sind. Hauptaufenthaltsort im Gehege? Wechselt: Kaum an Land, wenn dann auf den Inselfelsen. Durchkreuzen ständig den mittleren Teil des Beckens bzw. den Bereich der Scheiben. Merkmal (beobachtet) Wirkung (Erklärung/Vermutung) Befiederte, große Füße Schutz vor Kälte durch Isolierung. Vergrößern die Auftrittsfläche (Schneeschuh-Effekt), sodass ein Einsinken im Schnee verhindert wird. Lange, scharfe Krallen Dienen dem Ergreifen und Töten der Beute. Das geschieht teilweise blind unter einer Schneedecke. Weißes, lockeres Gefieder Die Färbung dient der Tarnung. Die Tiere werden so erst spät entdeckt. Im Gefieder kann viel Luft eingeschlossen werden, das isolierend wirkt. Schnabel mit Federn umgeben Schutz vor Kälte. Eventuell haben die Federn auch die Aufgabe das Mundfeld zu ertasten. sehr große Augen Die Eule kann auch bei schlechten Sichtverhältnissen extrem gut sehen. Die Beute wird unter einer Schneedecke mit dem Gehör geortet. Wechselt: halten an Land meist bei dem Boot vor dem Innengehege auf. Im Wasser im Bereich der linken Scheibe. Wechselt: Fast nie an Land. Bevorzugen den Bereich vor der Tribüne 29 Zooschule Hannover AB Wechselwarm oder gleichwarm? Schneeeule G, Asiatischer Elefant G, Hund G, Wasserschildkröte W, Eisbär G, Känguru G, Flachlandgorilla G, Exmoorpony G, Bartagame W. Die meiste Wärme geben der Elefant und der Gorilla ab. Die wenigste Wärme geben Eisbär und Schneeeule ab. Nur gleichwarme Tiere !Säugetiere und Vögel" produzieren in ihrem Körper Wärme. Die wechselwarmen Tiere nehmen diese aus der Umgebung auf. Tiere, die in kalten Gebieten leben, schützen sich vor Wärmeverlusten durch ein langes Fell und ein gut isolierendes Federkleid. Tropische Arten wie Elefant und Gorilla haben eher das Problem damit überflüssige Wärme abzugeben. Sie haben entweder kein Fell !Elefant" oder es ist kurz !Gorilla". AB Wie fangen Robben Fische? 1. Grundprinzip: Wenn man alle Sinnesorgane (Auge, Ohr, Nase) funktionsunfähig macht und die Tiere eine künstlich gelegte Strömungsspur aufspüren können, der sie dann sicher folgen, kann dadurch der Nachweis erbracht werden, dass die Vibrissen strömungssensitiv sind. 2. Die Ergebnisse können nur teilweise auf die Situation im Meer übertragen werden. Zwar kann man davon ausgehen, dass die Vibrissen auch im Meer wirksam sind. Unbekannt bisher ist, welchen Einfluss bisher nicht erfasste Außenfaktoren auf Reichweite und Sensibilität der Vibrissen haben. Besonders Strömungen und wechselnde Salzgehalte sind sicher modifizierende Faktoren. 3. Wesentliche Körpermerkmale sind unter anderem: Eine dicke Fettschicht, die ein Überleben im kalten Wasser ermöglicht, eine sehr flexible Wirbelsäule, die eine sehr hohe Wendigkeit beim Schwimmen und Tauchen bewirkt, die Fähigkeit schnell zu schwimmen, ein Gebiss mit einzeln stehenden, spitzen Zähnen, die Fähigkeit mindesten 20 Minuten lang zu tauchen und dabei Tiefen von über 200 m zu erreichen. AB Robben in Yukon Bay Die Lösung zur Tabelle findet sich auf Seite 28. Alle drei Arten ernähren sich als Raubtiere hauptsächlich von Fischen. Sie würden sich im Freiland Konkurrenz um Nahrung machen. Bei sonst ähnlicher Lebensweise würde sich langfristig eine der Arten auf Kosten der anderen durchsetzen !Konkurrenzausschlussprinzip". Da bei der gegebenen Größe des Außengeheges sich die Tiere jeden Tag begegnen, muss sicher gestellt werden, dass es dabei nicht zu aggressiven Handlungen kommt, bei denen sich die Tiere potenziell verletzen können. Das ist nur in einem langfristigen Prozess möglich. Als erstes müssen optimale Haltungsbedingungen geschaffen werden. Dies betrifft nicht nur die Nahrung, Wasserqualität, Innengehege..., sondern auch die Gruppenzusammensetzung. Die Tiere werden - jede Art zunächst einzeln - an das Gehege gewöhnt. Wenn sie sich dort sicher und angstfrei fühlen, werden die Tiere der verschiedener Arten vorsichtig aneinander gewöhnt, bis ein gewisses Vertrauen aufgebaut ist. Unter Beobachtung werden dann zunächst zwei, dann alle drei Arten im Außengehege zusammengeführt und das Verhalten der Tiere beobachtet. Meist bilden die Tiere in dieser Zeit eine stabile Rangordnung aus, die ein konfliktfreies Zusammenleben ermöglichen. AB Eisbärfell - Lernen von der Natur Dargestellt sind viele transparente, kurze Plastikschläuche, die mit einem Ende nebeneinander auf einem schwarzen Brett aufgeklebt sind und mit dem anderen Ende in die Luft ragen. Die Plastikschläuche symbolisieren die Haare von Eisbären, die ebenfalls transparent und innen hohl sind. Das schwarze Brett symbolisiert die Haut des Eisbären, das ebenfalls eine schwarze Farbe besitzt. Die Funktion der langen und hohlen Haare ist es, möglichst viel Luft um den Körper der Tiere festzuhalten. Da Luft ein sehr schlechter Wärmeleiter ist, isolieren sie sehr gut, sodass man auf Wärmebildern Eisbären in Ruhe mit einer Wärmebildkamera kaum detektieren kann. Die transparenten Haare erscheinen durch die Lichtbrechung weiß, sodass Eisbären auf Eis sehr gut getarnt sind. Einer immer wieder vorgebrachten Hypothese nach sollen sie zudem das Sonnenlicht einfangen und im Inneren auf die schwarze Haut der Tiere leiten. Dort wird die Lichtstrahlung in Wärmestrahlung umgewandelt. Die Wärmestrahlung trägt dazu bei, in der kalten Jahreszeit den Körper des Eisbären aufzuwärmen. Physikalische Hintergründe: Ein Vakuum ist der beste Isolator. Luft ist, wie auch andere Gasgemische, ein guter Isolator, da Gase im Verhältnis zu Flüssigkeiten !Wasser" nur eine geringe Dichte haben. Bei der Wärmeleitung wird die Energie durch Stöße der Moleküle untereinander übertragen. Da Luft nur relativ wenige Moleküle pro Volumeneinheit aufweist, ist auch die Häufigkeit gering, dass Moleküle aufeinander stoßen und Wärme übertragen. Bei einer Absorption wird kurzwellige Strahlung !Licht" und längerwellige Strahlung !Wärme" umgewandelt. Das Absorptionsvermögen von Licht ist im Wesentlichen abhängig von der Färbung des absorbierenden Stoffes. Dabei absorbieren schwarz gefärbte Strukturen, wie die Haut des Eisbärs am Besten, während rein weiße Oberflächen nahezu alle Lichtstrahlen reflektieren. Eisbärenhaare sollen wie Glasfasern funktionieren. In ihnen wird das Licht innerhalb der Grenzfläche zwischen zwei transparenten Medien mit unterschiedlicher Brechzahl nahezu verlustfrei reflektiert und somit geleitet. Dies ist jedoch für die Haare widerlegt, zumindest nicht nachgewiesen. Biologische Hintergründe: 30 Zooschule Hannover Für den Eisbären besteht die Notwendigkeit sich zu tarnen, wenn er erfolgreich jagen will. Er muss sich folglich der Umgebung farblich angleichen. Diese ist im Jagdgebiet weiß. Dies ist jedoch die schlechtest mögliche Farbe für eine Reflexion. Wenn er das Licht auf die nichtsichtbare schwarze Haut übertragen könnte, hätte er eine verdeckte Absorption erreicht. Eisbären jagen vor allem Im Südwinter. Beleuchtungsdauer und Strahlungsintensität sind dann jedoch so gering, dass dieses komplexe System kaum Selektionsvorteile bringen dürfe. Im Sommer wären dagegen sogar Nachteile zu erwarten, da die Gefahr einer potenziellen Überhitzung droht. Eine Übertragung auf eine Hausfassade ist nicht optimal. Zum einen besteht nicht die Notwendigkeit einer weißen Außenhaut. Wie ein Eisbärenfell würde auch eine Fassade bei Nässe !Regen" einen Großteil der Isolationswirkung verlieren. AB Grolar-Bären 1. Die Artbildung der Eisbären begann am Ende der letzten Eiszeit durch Isolierung einer kleinen Population im Norden des Verbreitungsgebietes der Braunbären. In der Isolation und unter den extremen Lebensbedingungen im Eis erfolgte eine rasche Artbildung nach dem Modell der allopatrischen Artbildung. Die Zeitspanne zur genetischen Isolation reichte seit dem nicht. Eine Hybridisierung war seitdem vor allem durch eine allopatrische Lebensweise von Eisbär und Grizzly gewährleistet. Als Folge der Klimaerwärmung begannen die Grizzly-Bären nach Norden zu wandern. Umgekehrt wurden die Eisbären durch das immer dünner werdende Meereis nach Süden auf die Küstenbereiche abgedrängt. In diesenKüstenbereichen des Festlandes treffen nun die beiden Arten häufiger aufeinander und so kommt es gelegentlich zu Verpaarungen. Die daraus resultierenden Arthybriden sind die Grolar-Bären. 2. Das beste Verfahren hierbei ist die DNA-Sequenzanalyse. DNA-Proben werden von Eisbären, Grizzlies und Grolarbären genommen. Diese werden durch das Verfahren der Polymerase-Kettenreaktion amplifiziert und anschließend mit spezifischen Restriktionsenzymen geschnitten. Durch das Verfahren der Gelelektrophorese werden die Bruchstücke unter Gleichspannung spezifisch aufgetrennt. Diese können sichtbar gemacht und verglichen werden. Die DNA-Fragmente des Grolar-Bärs müssten in Teilen mit denen des Grizzlies und in Teilen mit denen des Eisbären übereinstimmen. 3. Artbastarde kommen relativ selten im Freiland vor, da prä- und postzygotische Isolationsmechanismen wirksam sind. So finden entsprechende Kopulationen kaum statt, bzw. es entwickeln sich keine lebensfähigen Nachkommen. Wenn sie dennoch erzeugt werden, sind sie entweder steril, zeugen schwächere Nachkommen oder sind im Konkurrenzkampf so unterlegen, dass es zu keiner Fortpflanzung mehr kommt. So bleiben sie in der Evolution eine Randerscheinung. 4. Sterile Artbastarde blieben ohne nennenswerte Auswirkungen auf die Populationen der Grizzlies und Eisbären. Wenn sich jedoch die Umweltbedingungen drastisch verändern und - wie im Fallbeispiel - fruchtbare Hybrid-Bären der zweiten Generation entstehen, kann es dazu kommen, dass sich diese im Grenzgebiet etablieren. Es würde so eventuell eine neue Bärenart durch Hybrisierung entstehen. Diese wäre eine überaus große Konkurrenz für die Eisbären, die dann in ihrem Bestand noch stärker bedroht wären, da sie ihrer Rückzugsgebiete im Sommer beraubt wären. Es wäre ein vielleicht entscheidender Schritt für das Aussterben der Eisbären. Die Areale für die Grizzlies würden im Norden ebenfalls beschnitten, ohne dass es dadurch zu einer ernsthaften Bestandsgefährdung käme. AB Winterschlaf - Schwarzbären auf Sparflamme 1. Selbst ohne jegliche Anstrengung im Schlaf weisen gleichwarme Tiere eine Mindeststoffwechselrate auf. Man spricht vom Ruheumsatz. Dieser wird im wesentlichen bestimmt durch die Umsetzungsrate von Enzymen, die jeden Stoffwechselschritt katalysieren. Wie jede chemische Reaktion kann man die Wechselrate der Enzyme und damit ihre Reaktionsgeschwindigkeit mit der RGT-Regel !Reaktionsgeschwindigkeit-Temperatur-Regel" grob umschreiben. Danach verdoppelt sich die Geschwindigkeit einer chemischen Reaktion, wenn die Temperatur um 10oC erhöht wird. Enzyme besitzen zumeist ein Temperaturoptimum, das der normalen Körpertemperatur des jeweiligen Tieres entspricht, sie arbeiten also unter Normalbedingungen am effizientesten. Bei weiter ansteigender Körpertemperatur nimmt die Stoffwechselrate zwar zunächst noch zu, doch die Enzyme drohen zu denaturieren. Die Wasserstoffbrückenbindungen des Proteins lösen sich und die katalytische Wirkung geht durch die resultierende Konformitätsänderung zunehmend verloren. Im Normalfall hängt also die Stoffwechselrate nicht direkt von der Körpertemperatur, sondern - neben dem aktuellen physiologischen Zustand des Tieres - vom ATP-Verbrauch der Regelmechanismen, die die Körpertemperatur konstant halten, ab. 2. Bären benötigen durchschnittlich ca. 2% des Körpergewichtes täglich an Nahrung. Diese steht im Winter nicht zu Verfügung und die angefressenen Fettreserven reichen nicht aus, um im Ruhezustand bei normaler Körpertemperatur den langen Winter zu überstehen. Die Überlebensstrategie vor Ort kann also nur darin bestehen, die Körpertemperatur drastisch abzusenken, sodass dann durch die dadurch bewirkte geringere Stoffwechselrate die Fettvorräte ausreichen. Um dies effektiv zu leisten,müsste ein Schwarzbär nach der RGT-Regel dann eine Körpertemperatur von wenigen Grad über Null aufweisen. Er hat jedoch eine Möglichkeit entwickelt, die Stoffwechselaktivität und damit den ATP-Verbrauch von der Temperatur abzukoppeln. Obwohl seine Körpertemperatur nur um 3 - 9oC abgesenkt wurde, sinkt die Herzschlagfrequenz - ein Maß für die Stoffwechseleaktivität - auf unter 20%. Die Fettvorräte reichen also über 5 Mal länger. Diese Abkopplung wird heute auf ein HIT - Hormon !Hibernation Induction Trigger" zurückgefüht, welches z.B. auch bei Murmeltieren nachgewiesen wurde. 31 Zooschule Hannover 3. Der Hauptunterschied zwischen Winterruhe und Winterschlaf war bisher, in wieweit die Körpertemperatur während der inaktiven Zeit abgesenkt wird. Da dies bei den Schwarzbären kaum der Fall ist, wird er in den meisten Quellen als klassischer Winterruher aufgeführt. Betrachtet man dagegen den entscheidenden Energie-Einspareffekt, muss man ihn, wie auch in der Quelle, als Winterschläfer bezeichnen. Er erreicht Einspareffekte, wie es anderen Winterschläfer nur bei einer drastischen Absenkung ihrer Körpertemperatur möglich ist. Da auch in der Vergangenheit die Übergänge zwischen beiden Formen der Winterüberdauerung fließend waren, und auch Sonderfälle !Torpor" zunehmend auch bei Säugetieren nachgewiesen werden, sollten beide Begriffe neu gefasst werden. 4. Die Vorteile einer hormongesteuerten Langzeitunterdrückung des Stoffwechsels liegen auf der Hand. Jeder, der schon einmal einen Knochenbruch erlitten hat, weiß, wie rasch sich Skelettmuskulatur ohne regelmäßige Belastung abbaut. Ähnliches gilt für die Muskulatur in langer Schwerelosigkeit . Bei Langzeitflügen im All hätte ein dosierter Hormon-Einsatz gute Effekte und würde zusätzlich den Energieverbrauch der Astronauten drastisch senken . AB: Stoffwechselaktivität in Abhängigkeit von der Außentemperatur 2. Wenn die Außentemperatur absinkt, erhöhen sich die Temperaturunterschiede zum Inneren Milieu eines gleichwarmen Tieres und die Wärmeabgabe nimmt zu. In Abhängigkeit von verschiedenen Faktoren, wie der Größe des Tieres, der Qualität der isolierenden Schichten u.s.w. kann das zunächst toleriert werden. Der Stoffwechsel bleibt bei einem ruhenden Tier auf dem Niveau des Grundumsatzes. Sinken die Außentemperaturen jedoch weiter ab, sinkt auch die konstant zu haltende Temperatur im Körperinneren. Das Tier kompensiert das, indem es die Wärmeproduktion erhöht. Dies geschieht durch Ankurbelung des Stoffwechsels, der dann proportional mit der weiteren Temperaturabnahme außerhalb des Tieres ansteigt. 3. Der thermische Neutralpunkt ist die Außentemperatur, die ein gleichwarmes Tier gerade noch erträgt, ohne durch zusätzliche Stoffwechselaktivitäten für eine zusätzliche Wärmeproduktion einen Ausgleich seiner Wärmebilanz sorgen zu müssen. 4. Tropische gleichwarme Tiere, wie das Extrembeispiel Faultier, sind warm stenotherm. Sie ertragen nur geringe Temperaturschwankungen mit einer Amplitude von ca. 20oC. Arktische Tiere dagegen sind extrem eurytherm. Ein Eisbär erträgt Temperaturunterschiede von über 90oC. Die Hintergründe sind wie folgt: Den tropischen Tieren fehlen leistungsfähige Schutzmechanismen vor kalten Temperaturen. Diese kommen im Tageszeitenklima ihres Lebensraumes nicht vor, bzw. sind extrem selten. Das Fehlen von entsprechenden Schutzmechanismen ist eine Angepasstheit, die wertvolle Stoffwechselenergie spart. In arktischen Gebieten dagegen herrscht ein ausgesprochenes Jahreszeitenklima und extrem hohen Temperaturamplituden im Jahresgang sind die Regel. 5. Dieser Aussage ist nur bedingt zu zustimmen. Sie trifft bei Wetteranomalien zu, die nur in unregelmäßigen Abständen, z.B. bei El Nino-Phänomen auftreten. Dann ist der Kältestress für die in der Abbildung angegebenen tropischen Tiere jedoch enorm hoch. Viele kleine Tiere haben entsprechende Schutzmechanismen gegen übermäßige Energieverluste durch Wärmeentzug entwickelt, wie zum Beispiel die Möglichkeit in einen Torpor zu verfallen. Ausgewachsene, arktische Tiere haben tatsächlich nur geringe Probleme damit ihren Wärmehaushalt stabil zu halten. Ihr großes Problem ist die Aufrechterhaltung des Grundumsatzes im Polarwinter !Eisfuchs" bzw. im Polarsommer !Eisbär" infolge von Nahrungsmangel. AB Wölfe sind weit verbreitet 2. Das Verbreitungsgebiet des Polarwolfs erstreckt sich weit über den Polarkreis hinaus. Entsprechend dient seine weiße Fellfärbung als Tarnung. Deutlich erkennbar ist, dass sein Fell länger ist als das der anderen Wolfsunterarten. Er hat zwar nominal das größte Gewicht, ist jedoch nicht die größte Unterart. Seine Körperform ist sehr kompakt. Die Ohren sind dicht mit Fell umwachsen und so gegen Auskühlung gut geschützt. Das Verbreitungsgebiet der Timberwölfe schließt südlich an das der Polarwölfe an. Der abgebildete Wolf besitzt ein dunkles Fell, doch ist die Fellfärbung der Unterart sehr variabel. Er hat besonders lange Beine und auch die größte Schulterhöhe. Das hilft ihm im tiefen Schnee und bei der Überwindung großer Distanzen. Das Verbreitungsgebiet des Europäischen Wolfs erstreckt sich über weite Teile in Europa und etwas südlicher als das der Timberwölfe in Kanada. Größe und Gewicht der Tiere sind entsprechend sehr variabel. Die Körperfärbung ist - ähnlich wie bei einem Schäferhund bräunlich bis grau. Sie kann als Tarnfärbung in Wäldern gedeutet werden. Der Arabische Wolf hat mit Abstand die südlichste Verbreitung. Er hat bei Weitem das geringste Gewicht, ist jedoch recht hochbeinig. Seine Ohren sind lang. Er lebt in Wüstengebieten und hat folglich auch mit Abstand das kürzeste Fell. 3. Denkbar sind hier Bezüge zur Bergmannschen Regel !Gewicht/Größe" und der Allenschen Regel !Relative Ohrlänge, rel. Länge der Extremitäten". Die Tendenzen sind zwar gegeben, dass es jedoch auch mit der Bergmannschen Regel nicht zu vereinbarende Angaben zu entdecken gibt, liegt in der Natur der Sache.Nicht nur die Temperatur hat Einfluss auf die Körpergestalt der Wölfe. 32 Zooschule Hannover Literaturverzeichnis [1] BERTSCH, A. 1977: In Trockenheit und Kälte. Anpassung an extreme Lebensbedingungen. Otto Meyer Verlag, Ravensburg [2] BICKEL, H. et al 1995: Natura Oberstufe Lehrerband Stoffwechsel. Ernst Klett-Verlag, Stuttgart [3] BICKEL, H. et al 1995: Natura Oberstufe . Stoffwechsel. Ernst Klett-Verlag, Stuttgart [4] CAMBELL, N.A. 2000: Biologie, 2 Aufl.. Spektrum Akademischer Verlag, Heidelberg, Berlin, Oxford [5] CIEPLIK, D et al !Ed", 2010: Erlebnis Naturwissenschaften 1. Schroedel-Verlag Braunschweig [6] ECKERT, R et al 2002: Tierphysiologie 4. Aufl. Thieme Verlag Stuttgart, New York [7] FlLINDT, R. 1985: Biologie in Zahlen. Gustav Fischer Verlag 1985 [8] MÜLLER, W. et al 2006: Tier- und Humanphysiologie. 3. Aufl. 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Entwurf Bild 3, S. 4: Schwarzschwanz-Präriehund, Erlebnis-Zoo Hannover Abb 2, S. 4: Braune Fettzelle: http://images.google.de/imgres?imgurl=http://www.zum.de/Faecher/Materialien/hupfeld/Aufgaben/Stoffwechsel/braunes-fett/Abb4.jpg Bild 4, S. 5: Nördliche Seebären, Erlebnis-Zoo-Hannover Abb 3, S. 5: Glasfaserhypothese, eig. Entwurf Bild 5, S 6: Timberwölfin, Erlebnis-Zoo Hannover Abb. 4, S 6:Wärmeisolation bei derKegelrobbe, Bertsch, A. 1977, verändert Abb 5, S. 6: Wärmeisolation beim Waldbison, Bertsch, A, 1977, verändert Bild 6, S. 7: Brillenpinguin, Erlebnis-Zoo Hannover Abb 6, S. 7: Isolationsfähigkeit in Abhängigkeit von der Felllänge, Nachtigall, W. 2005 Bild 7, S. 8: Waldbison, Erlebnis-Zoo Hannover Bild 8, S. 9: Rothörnchen, Hyder, Kanada Abb.7, S 10: Brillenpinguin, eig. Entwurf Bild. 9 - 17: Wärmebilder von Haustieren, Erlebnis-Zoo Hannover Bild 18, S.12: Eisbär, Erlebni-Zoo Hannover Bild 19, S. 13: Karibu, Erlebnis-Zoo Hannover Bild 20, S. 14: Amurtiger, Erlebnis-Zoo Hannover Bild 21, S. 15: Schneeeule, Erlebnis-Zoo Hannover Bild 22, S. 16: Timberwolf, Erlebnis-Zoo Hannover Bild 22 - 27, S. 17: Tiere in Yukon Bay, Erlebnis_Zoo Hannover Bild 28 - 36, S. 18: Wärmebilder ausgewählter Tiere, Erlebnis-Zoo Hannover Bild 37 - 38, S. 19 Asiatischer Elefant, Bartagame. Wärmebilder, Erlebnis-Zoo Hannover Bild 39, S. 20: Junge Kegelrobbe, Erlebnis-Zoo Hannover Bild 40 - 42, S. 21: Drei Robben-Arten, Erlebnis-Zoo Hannover Bild 43, S. 22: Modell Eisbärfell, Wilhelm-Raabe-Schule Hannover Bild 44, S. 23: Grolar-Bär: http://www.sueddeutsche.de/wissen/baeren-mischung-pizzly-auf-eis-1.942154 Bild 45, S. 24: Amerikanischer Schwarzbär: Jasper, Kanada Abb. 8, S. 25: Stoffwechselaktivität in Abhängigkeit von der Temperatur, Schwarzmaier. W. et al, 1981 Bild 46 - 53, S. 26: Polarbär: Zoo Berlin, Timberwolf und Europäischer Wolf: Erlebnis-Zoo Hannover. Arabischer Wolf: Wikipedia Fachbereich Bibliothek und Schule Zooschule Landeshauptstadt Schulbiologiezentrum Zooschule Telefon Adenauerallee 3 Telefax 0511 28074126 0511 28074125 E-Mail [email protected] Website www.zooschule-hannover.de 1. Auflage Stand August 2011 Autor Erwin Bastian Fotos Erwin Bastian Satz Erwin Bastian
