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MILESTONE 05 | NÜTZLINGSQUARTIER 'INSEKTENHOTEL' ForscherWorkshop 'Mit sechs Beinen zum Erfolg' HEY! | Kognitiver Bereich WOW! | Handwerklicher Bereich im Rahmen des EU-Förderprojektes "Act Welll!" INFORMATIONSBEILAGE FÜR WORKSHOPLEITERINNEN Alex Svoboda Fassung 01 | Wien, Februar 2014 D18054 AW! IB 01 FW_NQI P1 AS GH Feb'14 V ER EI N 'U MW ELT B I LDU NG W I EN – G RÜ N E I NS EL ' c/o NationalparkCampLobau | 2301 Groß Enzersdorf | Lobaustraße 100 +43-2249-28711 | Fax +43-2249-287118 | [email protected] | www.ubw.at MILESTONE 05 | NÜTZLINGSQUARTIER 'INSEKTENHOTEL' ForscherWorkshop 'Mit sechs Beinen zum Erfolg' HEY! | Kognitiver Bereich WOW! | Handwerklicher Bereich im Rahmen des EU-Förderprojektes "Act Welll!" INFORMATIONSBEILAGE FÜR WORKSHOPLEITERINNEN Inhaltsverzeichnis 1 Insektenmerkmale …….………………................................................. 03 2 Leben der Insekten ……………........................................................ 05 3 Bestäubung und Blütenwahrnehmung …..................................... 07 4 Versuche zur Farb-, Duft- und Formwahrnehmung…............. 10 5 Erdhummel 11 6 Übungserklärungen ……………................................………..….......................... ……………........................................................ © Svoboda & Hofer | Feb '14 2 | 16 12 D18054 AW! IB 01 FW_NQI P1 AS GH Feb'14 01 Insektenmerkmale 01.1 Welche Merkmale machen ein Insekt aus? Insekten (Insecta) zählen zu den sogenannten 'Gliederfüßern' (Arthropoda) und sind innerhalb dieser die artenreichste Gruppe/Klasse. Das Wort 'Insekt' leitet sich vom lateinischen Wort 'insectum' ab, welches übersetzt 'das Eingeschnittene; eingeschnitten' bedeutet und sich auf die stark voneinander abgesetzten Körpersegmente der Insekten bezieht. Neben dem Merkmal der 6 Beine (adulte Tiere!) gibt es noch weitere Erkennungsmerkmale. 01.1.1 Körperbau Der Insektenkörper gliedert sich in drei Hauptsegmente: Kopf (Caput), Brust (Thorax) und Hinterleib (Abdomen). Jedes Körpersegment beherbergt spezifische äußere Körperteile bzw. innere Organe. Der Kopf (Caput): Am Kopf befinden sich zwei Facettenaugen, welche aus einer großen Zahl an Einzelaugen zusammengesetzt sind. Weiters sind am Kopf 2 Antennen (Fühler) zu finden, die den Insekten als Sinnesorgane dienen, mit denen sie schmecken/riechen und tasten können. Neben den beiden Facettenaugen besitzen Insekten im Grundbauplan drei Punktaugen (Ocellen), welche der Hell-Dunkelwahrnehmung dienen. Weiters trägt der Kopf noch die Mundwerkzeuge, die je nach Ernährungsweise des Insekts unterschiedlich gestaltet bzw. umgebaut sein können. Neben dem 'beißend-kauendem' Mundwerkzeugtyp gibt es noch zwei weitere Haupttypen von Mundwerkzeugen ('stechend-saugend' und 'leckend-saugend'). Der 'stechend-saugende' Typ kommt u.a. bei den Tierläusen (Phtiraptera), den Wanzen (Heteroptera), vielen Zweiflüglern (Stechmücken!) und den Flöhen (Siphonaptera) vor. Schmetterlinge (Lepidoptera), Bienen (Apidae) und einige Zweiflügler (Diptera) besitzen 'leckend-saugende' Mundwerkzeuge. Die Brust (Thorax): Der Thorax besteht aus drei Segmenten, welche je eines der 3 mehrgliedrigen Beinpaare tragen. Die Hinterbeine sind bei einigen Insektenordnungen zu spezialisierten Beinen (Sammelbeine, Sprungbeine, ...) umgebildet. Der Grundaufbau eines Insektenbeins (Abb.1) ist immer gleich: Hüfte (Coxa), Schenkelring (Trochanter), Oberschenkel (Femur), Schiene (Tibia) und der gegliederte Fuß (Tarsus), der aus 1-5 Tarsalgliedern und einem Prätarsus besteht. Dieser 'Vorfuß' trägt im Normalfall zwei Krallen, sowie bei vielen Insekten mehrere weitere Strukturen, die vor allem dem Festhalten an verschiedenen Oberflächen dienen. Bei vielen Insektengruppen sind, zusätzlich zu den 6 Beinen, noch 1 oder 2 Flügelpaare am Thorax angebracht. Der Hinterleib (Abdomen): Das Abdomen besteht ursprünglich aus 11 Segmenten, von denen jedoch bei den verschiedenen Insektengruppen einzelne verschmolzen oder abhandengekommen sein können, weshalb in den meisten Fällen nur noch weniger als diese 11 Segmente zu finden sind. Honigbienen besitzen beispielsweise nur noch 9 Abdominalsegmente. Wie für alle Gliederfüßer (Arthropoda) typisch, besitzen alle Insekten einen sogenannten 'Chitinpanzer'. Dieser Panzer, der auch Außen- bzw Exoskelett genannt wird, besteht zum größten Teil aus einem Chitin-ProteinGemisch, welches auch für die Festigkeit des Panzers verantwortlich ist. Die unterschiedlichen Färbungen der verschiedenen Insektenpanzer sind auf eingelagerte Pigmente oder speziele lichtbrechende Strukturen (metallischer Glanz!) im Chitinpanzer zurückzuführen. Abb.1: Beispiel für die Körpergliederung bei Insekten (www.biologiedidaktik.at) © Svoboda & Hofer | Feb '14 3 | 16 D18054 AW! IB 01 FW_NQI P1 AS GH Feb'14 01.1.2 Atmung Als Atmungsorgane dienen weitestgehend starre Röhren, die sogenannten 'Tracheen', die den gesamten Insektenkörper durchziehen und in immer feineren Röhren bis an die inneren Organe und Einzelzellen im Insektenkörper reichen. Dieses System wird als Tracheensystem bezeichnet und entwickelt sich aus Einstülpungen der Epidermis (äußerste Zellschicht) nach innen. Entsprechend sind die Tracheen, wie die Außenseite der Insekten, mit einer Epidermis und einer dünnen Chitindeckschicht überzogen. Nach außen öffnen sich die Tracheen in Atmungsöffnungen, die als 'Stigmen' bezeichnet werden. 01.1.3 Blutkreislauf Insekten besitzen ein offenes Blutkreislaufsystem. Die inneren Organe und Gewebe schwimmen hier in der sogenannten 'Hämolymphe' (Körperhöhlenflüssigkeit), ist allerdings nicht mit dem Blut von uns Menschen bzw. anderen Wirbeltieren vergleichbar. Die Hämolymphe enthält keine roten Blutkörperchen und ähnelt einer Mischung von Blutplasma und Lymphflüssigkeit. Die meist farblose Flüssigkeit ist unter anderem Transporteur von Nährstoffen, Hormonen und Stoffwechselprodukten. Die Hämolymphe vermittelt den Temperaturausgleich und hat bei der Immunabwehr und dem Wundverschluss eine ähnliche Funktion wie das menschliche Blut. 01.2 Vielfalt an kleinen Tieren Neben den Insekten gibt es noch eine Vielzahl an Tieren, die den Insekten in Größe und Aussehen ähneln. Betrachtet man diese Tiere allerdings etwas genauer, so ist eine Identifizierung, ob Insekt oder nicht, allerdings schnell möglich. Hat das Tier 6 Beine, so ist es ein Insekt. Zu jenen Tieren die am häufigsten mit Insekten verwechselt werden, zählen Asseln, Spinnen und Hundert- bzw. Tausendfüßer. Auf den ersten Blick könnte man diese fälschlicherweise für Insekten halten. Allerdings besitzen all diese Tiergruppen mehr als 6 Beine und keinen dreigliedrigen (3 Hauptsegmente!) Körperbau. Asseln zählen zu den Krebstieren und besitzen 7 Beinpaare. Spinnen gehören zu den Spinnentieren und haben 8 Beine. Hundert- und Tausendfüßer, welche zwar wie die Insekten zu den Gliederfüßern (Arthropoda) zählen, aber innerhalb der Gliederfüßer eine eigenständige Gruppe darstellen, besitzen eine Vielzahl an Beinen (bis zu 191 Beinpaare!) und einen einheitlich segmentierten Körper, also keinen dreigliedrigen Körperbau. Eine Gemeinsamkeit mit den Insekten besitzen aber all diese Gruppen: den Chitinpanzer. © Svoboda & Hofer | Feb '14 4 | 16 D18054 AW! IB 01 FW_NQI P1 AS GH Feb'14 02 Leben der Insekten Insekten stellen die mit Abstand artenreichste Gruppe im Tierreich dar. Derzeit gibt es etwa 1,2 Millionen beschriebene Insektenarten. Laut verschiedenen Hochrechnungen bzw. Schätzungen geht man davon aus, dass insgesamt sogar bis zu 30 Millionen Arten existieren könnten, was auf eine riesige Zahl noch nicht beschriebener Arten hindeutet. Die ältesten Fossilfunde von Insekten stammen aus dem späten Devon, sind also etwa 400 Millionen Jahre alt. 02.1 Lebensräume Insekten sind mit Ausnahme der Ozeane in fast allen Lebensräumen (z.B. Wiesen, Wälder, Gärten, Ackerflächen, Gewässer, ...) und Gebieten der Erde zu finden. Dabei existiert die größte Artenvielfalt in den tropischen Gebieten, während in Extremlebensräumen wie den Polargebieten, den Hochgebirgen und den küstennahen Meeresgebieten nur sehr wenige, aber hochspezialisierte Arten von Insekten leben. Einige Arten sind extrem spezialisiert und kommen entsprechend nur in speziellen Lebensräumen vor, andere dagegen können, mit Ausnahme von Extremlebensräumen, jedoch in fast allen Lebensräumen leben und wurden teilweise durch den Menschen weltweit verbreitet (z.B.: Schaben, Ameisen, Termiten und Honigbienen). Die meisten Insekten leben im bzw. auf dem Boden und Wasser, auf bzw. in bodennahen Strukturen (z.B. Totholz) und auf bzw. in Pflanzen (Bäume, Sträucher, ...). Aber auch auf Tieren leben eine Reihe von Insekten als sogenannte Ektoparasiten (Außenparasiten), wie z.B. Tierläuse und –flöhe. Der Mensch stellt hierbei keine Ausnahme dar, da dieser ebenso von Läusen befallen werden kann. Viel seltener sind Insekten Endoparasiten (Innenparasiten) in Tieren. Hierbei sind vor allem die zu den Zweiflüglern gehörenden Dasselfliegen zu nennen, deren Larven sich im Rachen (Rachendasseln), der Nasenhöhle (Nasendasseln) oder sogar im Magen (Magendasseln) von Pflanzenfressern entwickeln. 02.2 Lebensweise Aufgrund ihrer Vielfalt haben Insekten eine Vielzahl verschiedenster Lebensweisen entwickelt bzw. für sich entdeckt. Neben der großen Gruppe der sogenannten 'Räuber', die sich von anderen Insekten oder oder anderen Kleintieren ernähren, gibt es auch die große Gruppe der pflanzenfressenden Insekten, welche von lebenden Pflanzenteilen leben. Das Spektrum der 'Pflanzenfresser' reicht dabei von Wurzelhaaren über Holz, bis hin zu Blättern und Blüten. Weiters spielt eine große Anzahl von Insektenarten eine sehr bedeutende Rolle bei der Remineralisierung organischer Stoffe im Boden, in der Bodenstreu, im Totholz und in anderen organischen Strukturen. Zu dieser Gruppe zählen auch die 'Leichenzersetzer', die in Tierleichen zu finden sind. Wieder andere Insekten leben in und an Pilzen und ernähren sich von diesen. Eine weitere Gruppe stellen jene Insekten dar, die sich von Teilen größerer Tiere ( z.B. Haare, Schuppen, ...) ernähren. Zu diesen gehören auch die zahlreichen Parasiten unter den Insekten, die sich beispielsweise von Blut (Ektoparasiten) ernähren oder in lebenden Geweben entwickeln (Endoparasiten). Eine Reihe von Insektenarten lebt als Nektar- und Pollensammler (z.B. Honigbienen und Hummeln) und spielt somit eine besonders wichtige Rolle bei der Pflanzenbestäubung. Eine Besonderheit innerhalb der Insekten stellen verschiedene Arten von staatenbildenden Insekten dar. Diese Form des Zusammenlebens hat sich mehrfach unabhängig voneinander bei den Termiten und verschiedenen Hautflüglern (Ameisen, Bienen und Wespen) entwickelt. Bei diesen Tieren kommt es zum Aufbau eines sogenannten 'Insektenstaats', in dem die Einzeltiere bestimmte Rollen innerhalb der Gesellschaft übernehmen. Oftmals kommt es dabei zur Bildung von Kasten, deren Mitglieder sich in ihrer Morphologie (Aussehen) und ihrem Verhalten gleichen. Bei vielen Ameisen findet man beispielsweise Arbeiter, Soldaten und Nestpfleger.Bei der heimischen Honigbiene unterscheidet man innerhalb der Arbeiterinnen auch verschiedene Gruppen, je nachdem welche Aufgabe sie im Bienenstaat besitzen: Stock-, Putz-, Ammen-, Wachs-, Wächter- und Flugbienen. Welche Aufgabe eine Arbeiterin hat, hängt von ihrem Alter ab. Die Fortpflanzung übernehmen in diesen Fällen nur sehr wenige Geschlechtstiere innerhalb des Insektenstaats, manchmal nur eine einzige Königin (z.B. Honigbienenkönigin), die befruchtete und unbefruchtete Eier legt. © Svoboda & Hofer | Feb '14 5 | 16 D18054 AW! IB 01 FW_NQI P1 AS GH Feb'14 02.3 Fangmethoden für Insekten Zum Fangen von Insekten hat sich über die Zeit eine enorme Vielfalt von verschiedenen Methoden und Geräten entwickelt. Eine kleine Auswahl davon wird im Folgenden vorgestellt. 02.3.1 Fangnetze (Kescher) Fangnetze oder Kescher werden beim aktiven Fangen von Insekten verwendet. Je nachdem ob man Tiere im oder oder außerhalb des Wassers fängt, gibt es unterschiedliche Fangnetze. Bei der Verwendung eines Fangnetzes fängt man fliegende, sitzende oder schwimmende Insekten, indem man diese gezielt aktiv mit dem Netz einfängt (z.B: Schmetterlinge). Eine weitere Einsatzmöglichkeit der Netze ist das Fangen per Zufallsprinzip, wobei man mit dem Netz beispielsweise durch Blattwerk, hohes Gras oder Wasser fährt und dann in das Netz blickt, ob etwas gefangen wurde bzw. was sich darin so befindet. 02.3.2 Barberfallen Barberfallen (engl.: pitfall-traps) bzw. Bodenfallen dienen zur Erfassung von Insektenarten, die sich überwiegend aktiv auf der Bodenoberfläche fortbewegen. Es handelt sich um Gläser oder Plastikbecher, die in den Boden eingesetzt/eingegraben werden und mit einer Fangflüssigkeit gefüllt werden können. Die Fangflüssigkeit dient dazu, dass gefangene Tiere nicht aus der Falle entkommen können. Damit die Fallen bei starkem Regen nicht überlaufen, werden sie am besten mit einem Regendach geschützt. Barberfallen stellt man in der Regel über längere Zeiträume (mehrere Tage) auf, müssen aber in regelmäßigen Abständen (einige Stunden) besucht und entleert werden. 02.3.3 Klopfschirme Viele Insekten kommen nur in geringen Dichten vor oder sind so klein bzw. leben so versteckt, dass sie kaum auffallen. Eine Möglichkeit, um solche Arten zu sammeln, ist der 'Klopfschirm'. Dabei handelt es sich im Prinzip um einen Schirm, der unter die Zweige von Bäumen und Sträuchern gehalten wird. Mit einem festen Gegenstand schlägt man anschließend auf die Zweige, so dass die Insekten in den Schirm fallen. Sie reichern sich in dem Sammelgefäß an und können dann aussortiert und gegebenenfalls näher betrachtet (Lupen, Becherlupen, Binokular, ...) werden. Klopfschirme gibt es im Handel in allen möglichen Variationen zu kaufen, sind aber meist recht teuer. Als gute und billigere Alternative kann aber auch ein alter Regenschirm dienen, der verkehrt unter die Zweige der Pflanzen gehalten wird. 02.3.4 Farbfallen (Bsp.: Gelbfallen) Unter Farbfallen versteht man Fallen, die bestimmte Insekten mittels Farbreiz anlocken (z. B. gelbe Farbtöne zur Anlockung von Blattläusen, Minierfliegen, Weißen Fliegen und verschiedenen Fruchtfliegenarten). Oft verwendet man diese als Klebefallen zum Massenfang mit Bekämpfungsabsicht (Schädlingsbekämpfung). © Svoboda & Hofer | Feb '14 6 | 16 D18054 AW! IB 01 FW_NQI P1 AS GH Feb'14 03 Bestäubung und Blütenwahrnehmung 03.1 Bestäubung 03.1.1 Bestäubungsvorgang Blüten bestehen im allgemeinen Fall aus vier Typen stark modifizierter Blätter, die man Blütenorgane nennt. Von außen nach innen handelt es sich dabei um die Kelchblätter, die Kronblätter, die Staubblätter und die Fruchtblätter. Die Staub- und die Fruchtblätter sind Fortpflanzungsorgane, während die Kelch- und Kronblätter keine reproduktiven Organe darstellen. Oftmals sind die Kronblätter auffälliger als die Kelchblätter gefärbt und machen Insekten und andere Bestäuber auf die Blüte aufmerksam. Ein Staubblatt besteht aus einem Stiel (Filament) und einem Staubbeutel (Anthere), in dem der Pollen gebildet wird. Die Fruchtblätter weisen an ihrer Basis einen Fruchtknoten (Ovar) auf und darüber einen schlanken Hals, den man als Griffel (Stylus) bezeichnet. An der Spitze des Griffels befindet sich eine klebrige Struktur, die Narbe, die als Landeplatz für den Pollen dient. Im Fruchtknoten liegen die Samenanlagen, in denen sich der Embryosack entwickelt. Viele Arten besitzen auch mehrere Fruchtknoten. Abb.2: Aufbau einer typischen Blüte (Campbell 2006) Bei der Bestäubung gelangen die Pollenkörner vom Staubbeutel durch Tiere (Insekten, Vögel, Fledermäuse) oder durch den Wind auf die Narbe derselben oder einer anderen Pflanze. Aus den Pollenkörnern treten sodann die Pollenschläuche aus und dringen durch den Griffel bis in den Fruchtknoten vor. Durch die Pollenschläuche wandern die Samenzellen in den Pollenkörnern bis in die weiblichen Anlagen der Blüte. Es kommt zur Befruchtung und zur Entwicklung eines Embryos. Mit dem Wachstum des Embryos entwickelt sich die Samenanlage zu einem Samen. Gleichzeitig wandelt sich der gesamte Fruchtknoten zur Frucht um, die je nach Art mehrere Samen enthält. Erst nach erfolgter Befruchtung der Samenanlage kann sich eine Frucht entwickeln. Auch die Früchte werden durch Wind oder durch Tiere davongetragen und so die Samen in einiger Entfernung von der Mutterpflanze verstreut. 03.1.2 Bienen als Bestäuber Weltweit werden etwa 80 Prozent aller Blütenpflanzen von Insekten bestäubt, und von diesen wiederum etwa 85 Prozent von Honigbienen. Bei Obstbäumen sind es sogar 90 Prozent der Blüten, die von Honigbienen besucht werden. Eine einzige Kolonie Honigbienen vermag an einem einzigen Arbeitstag mehrere Millionen Blüten zu besuchen. Diese Menge an besuchten Blüten, die rasche Rekrutierung einer sinnvollen Anzahl an Sammelbienen und die enorme Anpassungsfähigkeit der Einzelbienen und der gesamten Kolonie an die Blütenbedingungen draußen im Feld machen die Honigbienen zu idealen Partnern der Blütenpflanzen. Die Honigbiene ist durch ihre Bestäubungsleistung an Nutzpflanzen in Europa das 3.wertvollste Haustier des Menschen. Der Pollen wird von den Bienen im Gegensatz zu pollenfressenden Insekten nicht brachial entfernt, sondern bleibt an den dicht stehenden verzweigten Borsten im Haarkleid der Bienen hängen. Kehrt eine Sammelbiene von ihrem Ausflug zum Stock zurück, wird der gesammelte Pollen zu Pollenhöschen an den Hinterbeinen in den Körbchen, eine von 2 Borstenreihen begrenzte Fläche am Hinterbein, verdichtet. Eine Sammelbiene absolviert pro Tag zwischen 3 und 10 Ausflüge. Neben Pollen und Honig sammeln Bienen auch Wasser und Harze, wobei letztere als Propolis am und im Nest verwendet werden © Svoboda & Hofer | Feb '14 7 | 16 D18054 AW! IB 01 FW_NQI P1 AS GH Feb'14 Abb.3: Entwicklungszyklus eines Bedecktsamers (Campbell 2006) 03.2 Blütenwahrnehmung Das Wissen über die Farbwahrnehmung von Bienen geht auf Versuche von 'Karl von Frisch' zurück. Dieser trainierte Bienen auf bestimmte Farben, indem er ihnen Zuckerwasser auf entsprechend gefärbten Unterlagen anbot (Abb.4). Im Test präsentierte er ihnen schließlich mehrere Farben, unter denen die Bienen die antrainierte Farbe erkennen mussten. Abb.4: Farbversuch von Karl von Frisch (Paulus 2010) Bienen nehmen von Blüten optische Signale (zB. Farben, Formen, Bewegung) und den Duft wahr. Naive Bienen fliegen bevorzugt die Farben Blau und Gelb an, die bei Blüten häufig auftreten. Farben gibt es außerhalb der Wahrnehmungswelt von Lebewesen eigentlich nicht. Elektromagnetische Wellen, zu denen auch das Licht gehört, bilden ein kontinuierliches Spektrum. Nur der Teil dieses Kontinuums, der Sinneszellen erregen kann, wird von einem Tier als Lichtreiz empfunden. Unterschiedliche Sinneszellen sprechen auf unterschiedliche Bereiche des Lichtwellenspektrums an. © Svoboda & Hofer | Feb '14 8 | 16 D18054 AW! IB 01 FW_NQI P1 AS GH Feb'14 Reflektiert ein beliebiger Gegenstand, wie eine Blüte, hauptsächlich eine Wellenlänge, die den Sehsinn nicht reizt, erscheint der Gegenstand schwarz. Bienen haben einen Grün-, Blau- und UV-Rezeptor (Abb.5) und können die Farbe Rot somit nicht wahrnehmen. Rein rote Blüten werden daher beispielsweise von Schmetterlingen oder in den Tropen von Vögeln bestäubt. Viele Blüten, auch rote, haben für das menschliche Auge unsichtbare UV-Merkmale entwickelt, die von Bienen wahrgenommen werden können. Abb.5: Spektrale Empfindlichkeit der Honigbiene (Penzlin 2005) Wurde eine Blüte besucht, so wird sie von Bienen chemisch markiert, so dass andere Arbeiterinnen diese Blüte als 'geleert' betrachten. Das chemische Signal verblasst, wenn die Blüte ihren Nektarvorrat wieder angefüllt hat. Bienen besitzen drei helle Punktaugen (Ocellen), die Helligkeitsunterschiede wahrnehmen können, sowie zwei Facettenaugen. Diese ermöglichen ihnen eine Orientierung nach allen Seiten, ohne dass der Kopf dafür bewegt werden muss. Sie können auch die Schwingungsrichtung polarisierten Lichts wahrnehmen, liefern allerdings nur ein grob gerastertes Bild. Die Anzahl der Facetten ist unterschiedlich: Königin und Arbeiterinnen haben etwa 4000 bzw. 5000 Facettenaugen, Drohnen sogar mehr als 8000. Details von Objekten wie Blüten können erst bei einer Entfernung von wenigen Zentimetern wahrgenommen werden. Auch das Farbensehen von Bienen wird erst beim langsamen Fliegen aktiviert. 03.3 Blütenstetigkeit Die Blütenstetigkeit bestäubender Insekten ist die erlernte Bevorzugung der Blüten einer Pflanzenart, die kürzlich, etwa zu Beginn der Nahrungssuche, eine Belohnung in Form von Nektar oder Pollen geboten hat. Diese Eigenschaft wurde von der Honigbiene perfektioniert und wird von keiner anderen Insektenart ähnlich perfekt umgesetzt. Bei der Honigbiene besuchen die Sammelbienen während einem Trachtflug (Sammelflug) ein und dieselbe Pflanzenart, solange sie dort Nektar oder Pollen finden. Diese Tatsache ist längst bekannt und wird durch den gleichartigen Honig erwiesen, der zur Blütezeit bestimmter wichtiger Trachtpflanzen von den Imkern geerntet werden kann. Noch augenscheinlicher wird diese Blütenstetigkeit der Bienen, indem man die Pollenhöschen der Sammlerinnen untersucht, welche zu über 90 Prozent aus nur gleichartigem und daher auch gleichfarbigem Pollen bestehen. Diese Fähigkeit bzw. Eigenschaft bringt den Bienen gewisse Vorteile, da somit jede Trachtquelle auf diese Art systematisch und bis zur Neige genutzt werden kann. Außerdem wird dadurch, infolge der immer wiederholten Übung, mit geringstem Zeitaufwand gesammelt. Die Blütenstetigkeit ist für die Pflanzen von unschätzbarem Wert, weil dadurch die Bestäubung der Narbe mit Pollen der gleichen Art gesichert ist, wodurch in weiterer Folge Befruchtung und Samenbildung erst ermöglicht werden. Die Blütenstetigkeit ist ein Zeichen dafür, dass die Honigbienen das Sammeln koordinieren. Eine Biene, die eine gute Trachtquelle gefunden hat, alarmiert andere Sammelbienen. Die entdeckte Trachtquelle wird dazu durch einen Tanz (Rund- oder Schwänzeltanz) auf einer Wabe an die anderen weitergegeben. Himmelsrichtung, Entfernung, Ergiebigkeit und Duft der neuen Trachtquelle werden durch Vibrationsmuster und soziales Füttern vermittelt. © Svoboda & Hofer | Feb '14 9 | 16 D18054 AW! IB 01 FW_NQI P1 AS GH Feb'14 04 Versuche zur Farb-, Duft- und Formwahrnehmung 05.1 Versuche zur Farbwahrnehmung Wie bereits zuvor erwähnt (03.2), wurden die ersten Versuche zur Farbwahrnehmung der Honigbiene von Karl von Frisch durchgeführt. Bei den Versuchen, die wir innerhalb der Workshops durchführen, wollen wir testen, ob Bienen Farben sehen und beobachten welche Farben sie wählen. Die in den Workshops verwendeten Farben werden den Bienen in Form von verschiedenfärbigen Farbkärtchen präsentiert. Die Kärtchen bestehen dabei aus speziellen Farbpapiersorten, die nur eine Farbe enthalten, also nicht durch Farbmischungen entstanden sind. Zuckerwasser dient bei den Versuchen zur Belohnung und wird den Bienen in kleinen Glasschälchen angeboten. 05.2 Versuche zur Duftwahrnehmung Bienen nehmen Düfte mit ihren Antennen wahr, welche selbst kleinste Spuren von Düften erkennen können. Bei den Versuchen, die wir innerhalb der Workshops duchführen, wollen wir testen, ob Bienen Düfte wahrnehmen und beobachten welche Düfte sie wählen. Die in den Workshops verwendeten Düfte werden in Form von verschiedenen Duftölen präsentiert, welche zuvor mit Wasser verdünnt wurden. Diese hergestellten 'Duftwässer' werden in Petrischalen gefüllt und den Bienen auf diese Weise angeboten. 05.2 Versuche zur Formwahrnehmung Bienen können Formen unterscheiden, verlassen sich allerdings bei der Blütensuche nicht nur auf das Erkennen der Blütenform, sondern auf die Kombination 'Kontrast zum Hintergrund' und 'Blütenform'. Formen, die Blüten ähneln und einen guten Kontrast zum Hintergrund erzeugen, werden normalerweise bevorzugt. Bei den Versuchen, die wir innerhalb der Workshops duchführen, wollen wir testen, ob Bienen Formen wahrnehmen und unterscheiden können. Dafür werden in den Versuchen verschiedene 'Form-Versuchskärtchen' verwendet. Wir wollen in den Workshops beobachten, ob die Bienen Formen unterscheiden können und welche der von uns angebotenen Formen sie wählen. © Svoboda & Hofer | Feb '14 10 | 16 D18054 AW! IB 01 FW_NQI P1 AS GH Feb'14 05 Erdhummel 05.1 Allgemeines zur Dunklen Erdhummel (Bombus terrestris) Abb.6: Erdhummel auf einer Blüte (http://www.insektenbox.de) Die Dunkle Erdhummel (Bombus terrestris) ist eine der in Europa am häufigsten vorkommenden Hummelarten und zählt zu den größten Vertretern der Hummeln. Sie ist ein schwarzes Tier mit zwei gelben Querbinden und einer weißen Hinterleibspitze. Die Königin erreicht eine Länge von 20 bis 26 Millimetern (Arbeiterinnen 11-17 mm; Männchen 14-16 mm). Sie überwintert in Erdlöchern oder unter trockenem Laub, während der Rest des Hummelvolks den Winter nicht überlebt. Je nach Witterung legt die Königin im zeitigen Frühjahr das Nest in Erdlöchern von Maulwürfen oder Mäusen oder unter Steinen an. Darin werden tönnchenartige Zellen für Pollen, Nektar und die Brut gebaut. Nachdem die Arbeiterinnen geschlüpft sind, wird das Nest erweitert, so dass es für bis zu 500 Hummeln Platz bietet. Oft liegt das Nest in bis zu 1,5 Metern Tiefe, wodurch es gut vor Frost geschützt ist. Die Tiere fliegen bei uns etwa von März bis Oktober. Meist im September, dem Höhepunkt der Entwicklung in der Hummelkolonie, schlüpfen aus den zuvor gelegten Eiern neue Königinnen und Drohnen. Die Entwicklungsdauer von Arbeiterinnen kann bis zu 20 Tagen dauern, die der Drohnen etwa 24 Tage und eine neue Königin schlüpft nach etwa 27 Tagen. Die neuen Königinnen werden von den Drohnen begattet. Die Dunkle Erdhummel ist in weiten Teilen Mittel- und Südeuropas verbreitet und kommt stellenweise sogar in Nordafrika und im Vorderen Orient vor. Man findet sie häufig auf Wiesen, an Wegrändern, sowie in Parks und Gärten. Die Dunkle Erdhummel gilt zudem als Kulturfolgerin und ist in der Regel in der Nähe des Menschen anzutreffen. In Hochlagen ist sie in Mittelgebirgen bis in Höhen von rund 1.500 Metern beheimatet. Dunkle Erdhummeln ernähren sich rein vegetarisch. Ihre wichtigste Nahrungsquelle sind der Pollen und Nektar von Blüten. Anders als die heimische Honigbiene legt die Dunkle Erdhummel keine riesigen Nahrungsvorräte an, da das Volk nicht überwintert, sondern nur die Jungköniginnen, weshalb man ein Hummelvolk (Hummelkolonie) als 'einjährig' bezeichnet. Im Gegensatz dazu wird die Königin der Honigbienen als 'mehrjährig' bezeichnet. Die alte Hummelkönigin wird nach dem Schlüpfen der Jungköniginnen abgestochen (getötet). Da nur die jungen Königinnen überwintern (Winterruhe!) und nach dem Winter eigene Hummelkolonien gründen, ist somit kein Wintervorrat an Pollen und Nektar notwendig. Ein weiterer Unterschied zur Honigbiene ist, dass die Hummeln keinen Honig aus dem gesammelten Blütennektar herstellen. Was die Dunkle Erdhummel, wie alle Hummeln, gegenüber der Honigbiene auszeichnet, ist die Fähigkeit bereits bei niedrigeren Temperaturen als diese fliegen zu können. Daher können sie beispielsweise schon in den kühlen Morgenstunden mit ihren Sammelflügen beginnen.Ein weiterer Vorteil der Hummel gegenüber der Honigbiene ist die größere Sammelmenge, die pro Sammelflug erreicht werden kann, was sich durch ihre Körpergröße ergibt. © Svoboda & Hofer | Feb '14 11 | 16 D18054 AW! IB 01 FW_NQI P1 AS GH Feb'14 06 Übungserklärungen 06.1 Insekten-Rätsel Ameise - Formicidae Ich bin sehr sehr klein. Ich besitze 6 Beine. Mich gibt es in den Farben Schwarz, Braun und Rot. Für meine winzige Größe bin ich sehr stark. Ich kann etwa das 100-fache meines eigenen Körpergewichts tragen. Ich bin ein soziales Insekt. Meine Artgenossen und ich bauen oft große Hügel am Waldboden. In diesen Hügeln leben extrem viele Tiere, die so aussehen wie ich. Mit unseren kräftigen Mundwerkzeugen schneiden wir oft Blätter von Pflanzen ab und tragen diese in unser Nest. In Europa gibt es etwa 200 Ameisenarten, während weltweit an die 12000 Arten bekannt sind. Die Ameisen gehören innerhalb der Insekten zur Familie der Hautflügler (Hymenoptera). Alle bekannten Arten sind sozial, also in Staaten organisiert, welche oft aus mehreren Millionen Individuen bestehen können. Ameisen haben eine Vielzahl unterschiedlicher Lebensweisen entwickelt: von nomadischen 'Jägern' über 'Sammler' und 'Züchter', bis hin zu Arten, die Pilze als Nahrungsquelle kultivieren (Blattschneiderameisen!). Ameisenstaaten beeinflussen ihre Umwelt nachhaltig. Sie tragen erheblich zur Umschichtung der oberen Erdschichten bei, unterstützen den Abbau von pflanzlichem und tierischem Material, verbreiten Pflanzensamen oder regulieren als Räuber die Bestände anderer Tiere. Hautflügler (Bienen, Hummeln, Wespen,...) – Hymenoptera Wir besitzen 2 Flügelpaare, also insgesamt 4 Flügel. Sehr viele von uns leben in sogenannten 'Staaten'. Manche von uns sind sehr pelzig und können trotzdem fliegen. Oft sind auf unseren Körpern die Farben Gelb und Schwarz zu finden. Diese Farben sind bei uns meist in Form von Streifen zu finden. Viele von uns sind extrem wichtig für die Natur, weil wir sehr viele Pflanzen bestäuben. Leider stechen viele von uns auch, wenn wir geärgert werden. Manche von uns produzieren süßen und leckeren Honig der allen schmeckt. Die Ordnung der Hautflügler (Hymenoptera) ist äußerst vielfältig. Zu dieser Gruppe zählen, mit Ausnahme der Termiten, alle eusozialen Insekten. Eusoziale Insekten zeichnen sich durch folgende Eigenschaften aus: kooperative Brutpflege durch mehrere Tiere, gemeinsame Nahrungsbeschaffung bzw. –verteilung, Teilung des Verbandes in fruchtbare und unfruchtbare Tiere, das Zusammenleben mehrerer Generationen. Diese Ordnung hat eine besondere Bedeutung für die Pflanzenbestäubung und viele der Arten erreichen oft große Individuenzahlen. Die Gruppe der Hautflügler ist nach ihren meist durchscheinenden häutigen Flügeln benannt, von denen sie (wenn vorhanden) insgesamt 4 Stück besitzen. Von den weltweit etwa 100 000 Hautflüglerarten kommen in Europa etwa 10 000 vor. Schmetterlinge – Lepidoptera Wir besitzen 4 Flügel. Diese Flügel sind sehr groß und besitzen Schuppen. Oft sind unsere Flügel sehr bunt und haben wunderschöne Zeichnungen. Manchmal sieht es sogar so aus, als ob die Flügel Augen hätten. Unsere Flügel können wir über dem Körper senkrecht oder waagrecht zusammenklappen. Von uns gibt es Arten, die am Tag unterwegs sind, und andere, die lieber in der Dunkelheit fliegen. Wenn es regnet sind wir nicht gern unterwegs, weil das für unsere Flügel bzw. die Schuppen darauf nicht gut ist. Wir besitzen oft lange Saugrüssel, mit denen wir den süßen Nektar von Blüten trinken können. Die Insektenordnung der Schmetterlinge ist sehr auffällig und gut von den anderen Gruppen zu unterscheiden. Die Einteilung in die sogenannten 'Tagfalter' und 'Nachtfalter' ist leider, anders als der Name vielleicht vermuten lässt, nicht exakt möglich, da es bei jeder der beiden Gruppen auch Vertreter gibt ,die eben nicht am Tag bzw. in der Nacht unterwegs sind. Diese Begriffe wurden früher verwendet, wo die Tag- bzw. Nachtaktivität als Einteilungsmerkmal herangezogen wurde. Die Schmetterlinge bilden die zweitgrößte Insektenordnung. Von den weltweit etwa 140 000 beschriebenen Arten kommen in Mitteleuropa ungefähr 3 000 vor. © Svoboda & Hofer | Feb '14 12 | 16 D18054 AW! IB 01 FW_NQI P1 AS GH Feb'14 Zweiflügler – Diptera ('Fliegen' und 'Mücken') Wir besitzen 6 Beine und 2 Flügel. Viele von uns sind eher klein, aber manche Arten sehr groß und dünn. Oft werden wir als 'lästig' bezeichnet. Wir haben riesige Augen, die oft sogar verschieden gefärbt sind. Manche von uns können auf der Stelle 'schweben'. Unsere Nahrung nehmen viele von uns über unseren 'Saug-' bzw. 'Leckrüssel' auf. Einige Arten von uns stechen andere Tiere und sogar Menschen, um bei ihnen Blut zu saugen. Weltweit sind mehr als 120 000 Diptera-Arten beschrieben, wovon in Mitteleuropa etwa 9 000 Arten vorkommen. Wie der Name 'Zweiflügler' schon sagt, besitzen diese nur noch ein Flügelpaar. Das zweite Flügelpaar wurde in dieser Ordnung zu sogenannten 'Halteren' ('Schwingkölbchen') umgebildet und dient den Tieren zur Flugstabilisierung. Innerhalb der Diptera unterscheidet man die Gruppen der Fliegen (Brachycera) und Mücken (Nematocera). Zur ersten Gruppe zählen u.a. die Schwebfliegen und die Stubenfliege. Zur zweiten Gruppe zählen zum Beispiel die Stechmücken. Käfer – Coleoptera Wir haben 3 Beinpaare, also insgesamt 6 Beine. Unser Körper ist meistens sehr hart. Wir sind sehr oft ganz dunkel gefärbt oder glänzen sogar metallisch in den unterschiedlichsten Farben. Manche von uns sind sehr bunt, gestreift oder gepunktet. Unsere Flügel liegen die meiste Zeit oben an unserem Körper an und sind deshalb nicht immer gleich zu sehen. Greift man die zusammengelegten Flügel an, so sind diese oft sehr hart. Unsere Fühler (Antennen) sind manchmal länger als unser gesamter Körper. Manche von uns sind riesig und kämpfen sogar miteinander. Unsere Kinder (Larven) leben oft in toten oder lebenden Bäumen und hinterlassen dort sogenannte Fraßpuren. Eine gewisse Gruppe von uns wird 'Totengräber' genannt. Andere von uns lieben Mist (Kot) und heißen deshalb auch so. Die Ordnung der Käfer (Coleoptera) ist die mit Abstand artenreichste innerhalb der Insekten. Von den über 350 000 beschriebenen Käferarten kommen etwa 8 000 in Mitteleuropa vor. Ihre Kennzeichen sind stark verhärtete (sklerotisierte) Vorderflügel (Elytren), die die Hinterflügel und den Hinterleib teilweise oder ganz bedecken und die in der Mitte nicht überlappen. Ihre Mundwerkzeuge sind stets vom 'kauenden' Typ. Diese Ordnung hat beinahe alle Lebensräume besiedelt und die verschiedensten Lebensweisen für sich entdeckt. Eine Großzahl der sogenannten 'Schädlinge' stammen aus dieser Insektengruppe (z.B. Kartoffelkäfer und verschiedenste Borkenkäfer). Libellen - Odonata Wir besitzen 6 Beine. Unser Körper ist langgezogen. Unsere 4 Flügel sind oft dünn und lang. Wir sind meistens sehr bunt gefärbt. Unsere Augen sind manchmal riesig und sind oft als kleine 'Kugeln' links und rechts am Kopf zu erkennen. Die 4 Flügel können manche von uns nicht über dem Körper zusammenklappen. Deshalb sind die Flügel dieser Arten gut sichtbar, selbst wenn sie sich irgendwo hinsetzen. Wir können in der Luft an der Stelle stehen bleiben und sind sehr schnelle Flieger. Unsere Larven (Kinder) leben im Wasser, sind dort als Räuber unterwegs und deshalb gefürchtet. Innerhalb dieser Ordnung unterscheidet man die Unterordnungen der'Kleinlibellen' (Zygoptera) und 'Großlibellen' (Anisoptera). Die Unterteilung erfolgt allerdings nicht anhand der Größe der Libellen. Kleinlibellen besitzen in der Regel etwa 2 gleichgroße Flügelpaare. Bei Großlibellen sind die beiden Flügelpaare unterschiedlich groß. Eine weiter Unterscheidung betrifft den Sitz der Augen am Libellenkopf. Während sich die Augen bei Großlibellen beinahe berühren, sitzen sie bei Kleinlibellen weiter auseinander. Zusätzlich können fast alle Kleinlibellen ihre Flügel in Ruhestellung über dem Körper zusammenklappen, während die Großlibellen dies nicht können und ihre Flügel stets horizontal ausgestreckt halten. Von den weltweit über 5 500 beschriebenen Libellenarten kommen etwa um die 80 in Mitteleuropa vor. © Svoboda & Hofer | Feb '14 13 | 16 D18054 AW! IB 01 FW_NQI P1 AS GH Feb'14 Heuschrecken - Orthoptera Wir besitzen 6 Beine und 4 Flügel. Unsere Flügel legen wir über unserem 'Rücken' zusammen. Die Beine von uns sehen nicht alle gleich aus. Unsere Hinterbeine sind kräftig und ermöglichen es uns hoch und weit zu springen. Die Fühler können entweder kurz oder sehr lang sein. Mit unseren Flügeln oder Beinen können wir Geräusche erzeugen, mit denen wir uns untereinander verständigen. Vor allem im Sommer sind diese 'Gesänge' sehr oft, laut und weit zu hören. Wir leben meistens in bzw. auf Wiesen und sind braun oder grün gefärbt. Durch diese Farben fallen wir in unserer Umgebung nicht bzw. nur kaum auf. Unsere Kinder (Larven) sehen aus wie die erwachsenen Tiere, nur viel viel kleiner. Weltweit sind etwa 20 000 Heuschreckenarten beschrieben, wovon um die 80 in Mitteleuropa vorkommen. Innerhalb der Orthoptera unterscheidet man 2 Untergruppen: die 'Kurzfühlerschrecken' (Caelifera) und 'Langfühlerschrecken' (Ensifera). Die Unterteilung erfolgt anhand der unterschiedlichen Fühlerlängen. Sind die Antennen etwa körperlang oder länger als der Körper, so zählt die Art zu den Ensifera ('Langfühlerschrecken'). Falls die Antennen kürzer sind, ordnet man die Art den 'Kurzfühlerschrecken' zu. Ein zusätzliches Unterscheidungsmerkmal ist jenes der Lauterzeugung. Während 'Langfühlerschrecken' zirpen, indem sie spezielle Strukturen auf den beiden Vorderflügeln aneinanderreiben, erzeugen 'Kurzfühlerschrecken' das Zirpen durch das Aneinanderreiben von Strukturen am Hinterschenkel und Vorderflügel. Schmetterlingsraupe – Lepidoptera-Larve Ich besitze noch keine Flügel. Mein Körper sieht so aus wie ein 'Wurm'. Wenn ich erwachsen bin, besitze ich Flügel. Ich habe besonders viel Hunger und fresse am liebsten Blätter von Pflanzen. Auf diesen Blättern hinterlasse ich dann eindeutige Fraßspuren. Habe ich genug gefressen'verpuppe' ich mich und muss eine Weile warten. Während ich in meinem 'Kokon' bin, den ich selbst 'gebaut' habe, verändert sich mein Körper komplett. Nach dieser Umwandlung besitze ich dann Flügel und schlüpfe aus meinem Kokon. Die Raupe ist das eigentliche Fressstadium des Schmetterlings. Bei manchen ist es sogar das einzige, in dem sie überhaupt Nahrung zu sich nehmen. Die Falter dieser Arten leben dann nur für die Fortpflanzung und sterben schon bald nach ihrem Schlupf. Dadurch, dass sich das Körpervolumen der Raupen stark vergrößert, müssen sie sich mehrmals häuten, bis sie ihre endgültige Größe erreicht haben. Während der letzten Häutung wird der Körper der Raupen komplett umgewandelt (Metamorphose) und aus der Puppe schlüpft der ausgewachsene Schmetterling. Viele der Raupen sind stark behaart und manche von ihnen können sogar allergische Reaktionen beim Menschen auslösen (Raupen des Eichenprozessionsspinners!). © Svoboda & Hofer | Feb '14 14 | 16 D18054 AW! IB 01 FW_NQI P1 AS GH Feb'14 06.2 Der Stammbaum der Insekten 1. Schritt: 3-gliedriger Körper + 6 Beine Folgende Tiere besitzen diese Merkmale: Springschwanz, Großlibelle, Kleinlibelle, Eintagsfliege, Heuschrecke, Schabe, Sandlaufkäfer, Hummel, Ameise, Schmetterling, Nachtfalter, Grünes Heupferd Folgende Tiere scheiden aus: Kürbisspinne, Zecke 2. Schritt: Besitz von Flügeln Folgende Tiere besitzen diese Merkmale: Großlibelle, Kleinlibelle, Eintagsfliege, Heuschrecke, Schabe, Sandlaufkäfer, Hummel, Ameise, Schmetterling, Nachtfalter, Grünes Heupferd Folgendes Tier scheidet aus: Springschwanz 3. Schritt: Flügel waagrecht über dem Hinterleib zusammenfaltbar Folgende Tiere besitzen diese Merkmale: Heuschrecke, Schabe, Sandlaufkäfer, Hummel, Ameise, Schmetterling, Nachtfalter, Grünes Heupferd (Heuschrecke) Folgende Tiere scheiden aus: Großlibelle, Kleinlibelle, Eintagsfliege 4. Schritt: Vollständige Entwicklung (Ei, Larve, Puppe, Imago) Folgende Tiere besitzen diese Merkmale: Sandlaufkäfer, Hummel, Ameise, Schmetterling, Nachtfalter Folgende Tiere scheiden aus: Heuschrecke, Schabe, Grünes Heupferd © Svoboda & Hofer | Feb '14 15 | 16 D18054 AW! IB 01 FW_NQI P1 AS GH Feb'14 Quellen: Campbell NA, Reece JB (2006) Biologie. Pearson Studium, München Paulus HF: Vorlesung „Einführung in die Bestäubungsbiologie“ SS 2010 Penzlin H (2005) Lehrbuch der Tierphysiologie. 7.Auflage, Spektrum Akademischer Verlag, Heidelberg Außerdem: http://www.aktion-hummelschutz.de/biologie-hummeln http://www.bestaeubungsimker.de/49/Biologie.html http://www.bienenschade.de/Honigbienen/Sprache/Sinnesorgane%20Bienen.htm http://www.bienenwiki.de http://www.biologiedidaktik.at/Tiere/Grillen.html http://www.bionetworx.de/biomemorix_insekten/uebersicht.html http://www.farbimpulse.de/UV-statt-Rot-Wie-Honigbienen-Farben-sehen.169.0.html http://www.faunistik.net/DETINVERT/~METHODEN/SAMMELN/sammeln02.html http://www.die-honigmacher.de http://www.hydro-kosmos.de/libellen/libellen.htm http://www.insektenbox.de http://www.insektenbox.de/hautfl/erdhum.htm http://www.kindernetz.de/oli/tierlexikon http://www.ratgeber-insektenstiche.de/insekten http://www.schuelerlexikon.de/mobile_biologie/Insekten.htm http://www.spektrum.de/lexikon/biologie-kompakt/mundgliedmassen/7837 http://www.tierdoku.com http://www.weloennig.de/AesI.html http://www.wissen.de/lexikon/insekten © Svoboda & Hofer | Feb '14 16 | 16
