Bannerbild (Quelle: SWR – Screenshot aus der Sendung) (Foto: SWR – Screenshot aus der Sendung)

total phänomenal · Tiere

Klebekünstler | Unterricht

STAND
Autor/in
Carola Backfisch
Alexandra Scheich

Leitgedanken zum Kompetenzerwerb für die Biologie

„Neben den Aufgaben, den Schülerinnen und Schülern Wissen über Lebewesen zu vermitteln und sie zur Wertschätzung der Natur anzuleiten, ist es [...] ein wesentliches Ziel des Biologieunterrichts, ihnen wichtige Erkenntnisse und Entwicklungen in den Biowissenschaften durchschaubar und verständlich zu machen.“ (Bildungsplan Gymnasium Baden-Württemberg 2004, Seite 202).Der Biologieunterricht darf sich nicht im bloßen Erlernen von Fakten erschöpfen, sondern soll als erklärender Unterricht auf grundlegende Prinzipien und Gesetzmäßigkeiten sowie auf Kenntnisse und Methoden der anderen Naturwissenschaften zurückgreifen. (Bildungsplan Gymnasium Baden-Württemberg 2004, Seite 202)

Mikroskopisch vergrößerte Aufnahme vom Haftorgan einer Stubenfliege. Man sieht eine der beiden Krallen sowie Polster mit feinen Härchen. (Foto: SWR – Screenshot aus der Sendung)
Haftorgan der Fliege in Vergrößerung SWR – Screenshot aus der Sendung Bild in Detailansicht öffnen
Vergrößerung der Härchen am Fliegenfuß SWR – Screenshot aus der Sendung Bild in Detailansicht öffnen
Fliege und Wanze auf einer Wanzenpflanze SWR – Print aus der Sendung Bild in Detailansicht öffnen

Bezüge zum Bildungsplan

(anhand des Bildungsplans für Gymnasien in Baden-Württemberg; dies gilt entsprechend für die Schulen der anderen Bundesländer)Die Sendung zeigt Beispiele, wie verschiedene Lebewesen in der Lage sind, sogar auf glatten Oberflächen zu haften und wie Wissenschaftler am Max-Planck-Institut in Stuttgart-Vaihingen diese phänomenalen Haftkräfte erforschen. Die Sendung eignet sich gut, um einige der grundlegenden Prinzipien der Biologie bewusst zu machen oder zu vertiefen, zum Beispiel in den Klassenstufen 5/6 und 9/10:

  • Angepasstheit von Lebewesen in Bau und Lebensweise: Haftorgane bei Insekten, Geckos,... beziehungsweise Klebefallen verschiedener Lebewesen (Spinnen, insektenfressende Pflanzen,...)
  • Struktur und Funktion: Der Bau der Haftorgane steht in direktem Zusammenhang mit deren Funktion – Umfangvergrößerung der Haftorgane durch feinste Härchen führt zu besserer Haftung.
  • Wechselwirkungen zwischen Lebewesen: Lebewesen beeinflussen sich gegenseitig und sind voneinander abhängig – zum Beispiel Symbiose zwischen einer Wanzenart und der Wanzenpflanze.

In Bezug auf die Methodenkompetenz eignen sich die Sendungen hervorragend zum Üben aufmerksamen Zuhörens und Beobachtens mit anschließender Informationssicherung.

Für die Klassenstufe 5/6 des Gymnasiums kann die Sendung beispielsweise eingesetzt werden, um

  • „Phänomene aus der belebten Natur zu beschreiben und einfache Erklärungen zu finden.“ (Bildungsplan Gymnasium Baden-Württemberg 2004, S.205)
  • „Angepasstheiten an den Lebensraum durch Abwandlung von Körperbau [...] an konkreten Beispielen zu erläutern.“ (Bildungsplan Gymnasium Baden-Württemberg 2004, S.205)
  • anhand der Zugehörigkeit verschiedener Klebekünstler zu unterschiedlichen Gruppen von Lebewesen den Formenreichtum und die Vielgestaltigkeit der Lebewesen aufzuzeigen.

Da Klebekünstler aus verschiedenen Tiergruppen dargestellt werden, kann die Sendung im Anschluss an die Behandlung der unterschiedlichen Tiergruppen zur Vertiefung und Wiederholung eingesetzt werden.Aufgrund mangelnder physikalischer und chemischer Grundkenntnisse kann in dieser Klassenstufe nicht auf die genaue Funktionsweise der Haftorgane eingegangen werden.

Für die Klassenstufe 9/10 des Gymnasiums eignet sich die Sendung dazu,

  • das Verständnis der Lebensphänomene durch Betrachtungen modellhaft auch auf molekularer Ebene zu vertiefen. (Bildungsplan Gymnasium Baden-Württemberg 2004, S.204)
  • „Erkenntnisse und Betrachtungsweisen anderer Naturwissenschaften zum Verständnis nutzen.“ (Bildungsplan Gymnasium Baden-Württemberg 2004, S.203)
  • den Schülerinnen und Schüler das Forschungsgebiet der Bionik, bei dem es um die technische Nachahmung der Natur geht, vorzustellen.
  • Beispiele von Wechselwirkungen zwischen Lebewesen wie Symbiose und Parasitismus kennen zu lernen und diese als Anpassung an ihre Umwelt zu begreifen.
Sicht durch eine Glasscheibe auf einen Gecko, der diagonal an der Scheibe hängt. (Foto: SWR – Screenshot aus der Sendung)
Phänomenale Haftkraft: Geckos klettern an der glatten Scheibe. SWR – Screenshot aus der Sendung Bild in Detailansicht öffnen
Der Gecko rollt seine Zehen nach außen auf, um sie abzulösen. SWR – Print aus der Sendung Bild in Detailansicht öffnen

Unterrichtsvorschlag

Ein möglicher Stundeneinstieg ist die Fragestellung, wie es Geckos und vielen Insektenarten gelingt, an glatten Wänden hochzugehen beziehungsweise kopfüber an der Decke zu spazieren. Im Idealfall wird diese Fragestellung durch die Begegnung mit dem lebenden Objekt verbunden (Gecko oder Stubenfliege aus der Tierhandlung). Dies steigert sicherlich die Motivation, sich mit der Thematik zu beschäftigen. In diesem Zusammenhang sollte beachtet werden, dass auch auf die Lebensweise der mitgebrachten Tierarten eingegangen wird. Alternativ zum lebenden Objekt können natürlich auch geeignete Abbildungen eingesetzt werden. Nun sollten die Schüler die Möglichkeit haben, selbständig Hypothesen aufzustellen. Neben den in der Sendung genannten Klebemechanismen könnten folgende Vorschläge genannt werden: Saugnäpfe / chemische Kleber / feine Häkchen

Im Anschluss werden die Hypothesen der Schüler anhand der Sendung mit den Forschungsergebnissen der Wissenschaftler des Max-Planck-Institutes überprüft. In einer an den Film anschließenden Diskussion werden Vor- und Nachteile aller genannten Klebemechanismen erörtert:

  • Saugnäpfe scheiden aus, da sie auf rauen und staubigen Oberflächen niemals randdicht aufsetzen und haften bleiben können.
  • chemische Kleber bräuchten Zeit zum Aushärten; außerdem bekäme das arme Tier kein Bein mehr hoch.
  • feine Häkchen scheiden aus, da sie auf sehr glatten Oberflächen wie Glas keinen Halt finden.
  • zwischenmolekulare Wechselwirkungen wie zum Beispiel Van-der Waals-Wechselwirkungen funktionieren sowohl auf rauen als auch auf glatten Oberflächen; im Gegensatz zum chemischen Kleber ist die Haftung in diesem Fall reversibel.

Dieser Unterrichtsgang entspricht dem für alle Naturwissenschaften typischen Vorgehen: beobachten, Hypothesen aufstellen und überprüfen, Erkenntnisse formulieren.

Arbeitsblätter

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Klebekünstler

Die glatte Wand hochgehen: Geckos können das! Fliegen laufen kopfüber von der Decke hängend. An Spinnennetzen und fleischfressenden Pflanzen bleiben selbst große Insekten kleben. Welche Patente stecken hinter diesen phänomenalen Haftkräften? Das versuchen Wissenschaftler am Max-Planck-Institut in Stuttgart-Vaihingen zu ergründen. Sie sind den mikroskopischen Strukturen an den Füßen der Klebekünstler auf der Spur und entwickeln technische Anwendungen nach dem Vorbild der Natur. Wie die Haftorgane beschaffen sind und wie sie funktionieren, zeigen 3D-Animationen. Extreme Zeitlupenaufnahmen lassen erkennen, dass an der Kannenpflanze selbst der beste Insektenfuß keinen Halt mehr findet. Auch wird erst in der Verlangsamung deutlich, wie Geckos ihre phänomenale Haftkraft bei Bedarf wieder aufheben können.

Planet Schule: Total phänomenal - Klebekünstler WDR Fernsehen

Saugstark

Saugnäpfe sind überall – an der Badematte ebenso wie an der Halterung für das Navigationssystem im Auto. Auch in der Industrie nutzt man das Prinzip, mittels Unterdruck Teile anzuheben oder vorübergehend zu fixieren. Was wir aber erst seit wenigen hundert Jahren können, hat die Natur schon seit Jahrmillionen im Programm. So finden sich selbst im Badesee saugstarke Kreaturen: Die Männchen des Gelbrandkäfers heften sich mit ihren ganz besonderen Füßen an die Panzer der Weibchen, um sie zu begatten. Blutegel lassen sich nur schwer von ihren Opfern abschütteln. Noch raffiniertere Mechanismen finden sich im Meer: Manche Fische hängen sich dank einer Saugplatte an größere Tiere und lassen sich von ihnen durch die Ozeane ziehen. Kraken besitzen tausende Saugnäpfe und können die Erzeugung von Unterdruck in jedem einzelnen dieser Saugnäpfe gezielt steuern. Forscher am Max-Planck-Institut in Stuttgart-Vaihingen studieren all diese tierischen Saugmechanismen. Ihre Forschungsergebnisse liefern wichtige Ansatzpunkte für entsprechende technische Umsetzungen.

Planet Schule: Total phänomenal - Saugstark WDR Fernsehen

Winzlingen auf der Spur

Um mysteriöse Todesfälle aufzuklären, braucht man kriminalistischen Spürsinn und ein gutes Mikroskop. Das Instrument gewährt uns Einblicke in einen Mikrokosmos, der dem menschlichen Auge verborgen bleibt. Der Kriminalbiologe Mark Benecke hofft, in diesem Mikrokosmos Hinweise auf Todeszeit oder Todesumstände eines Opfers zu finden. Seine „Zeugen“ sind Insekten, die er an und in Leichen findet und die er mithilfe des Mikroskops genau untersucht und bestimmt. Damit ist er dem Täter auf der Spur!

Planet Schule: Total phänomenal - Winzlingen auf der Spur WDR Fernsehen

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Carola Backfisch
Alexandra Scheich