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Homepage > Aktivitäten > Nachhaltigkeit > Der Ozean, mein Planet und ich! > 2: Der Ozean als Lebensraum > Die Störanfälligkeit der Ökosysteme

2.6: Die Störanfälligkeit der Ökosysteme

Autor/inn/en:
Publikation: 29.5.2017
Lernstufe: 3
Übersicht: Die Schüler arbeiten mit einem Modell eines Ökosystems. Wirkt von au­ßen ein Störfaktor, bricht das Ökosystem (teilwei­se) zusammen. Beispiele für Störfaktoren: Einführen invasiver Arten, massenhaftes Entfernen einer Art, Veränderung der Vermehrungsrate, Veränderung der Anzahl der ge­jagten Tiere.
Angestrebte Kenntnisse:
  • Ökosysteme sind sehr empfindlich. Jeder Störfaktor hat Auswirkungen auf das gesamte Nahrungsnetz.
Wortschatz: Gleichgewicht, Störanfälligkeit, Störfaktor, Stabilität, starke Vermehrung
Dauer: 1 Stunde 30 Minuten
Material: Für die Klasse: Für jede Schülergruppe:
Herkunft: La main à la pâte, Paris

Ausgangsfrage

Zu Beginn der Stunde werden die Erkenntnisse der vorherigen Stunde bespro­chen. Anschließend wird die Klasse wieder in Gruppen aufgeteilt. Der Lehrer händigt ihnen die in der vorherigen Stunde konstruierten Nahrungsnetze aus. Anschließend fragt er: "Was würde eurer Meinung nach passieren, wenn man ein Element dieses Nahrungsnetzes verändern würde? Wenn man zum Beispiel ein neues Raubtier einbringen würde oder wenn man zu viele Lebewesen einer Art entnehmen würde (bis an den Rand des Aussterbens)?". Die Klasse debat­tiert eine Weile über diese Frage.

Debatte

Der Lehrer wird konkreter: "Was würde passieren, wenn in den verschiedenen Beispielen des Arbeitsblattes 21 (Nahrungsnetze) die mit einem Kreuz gekenn­zeichnete Art verschwinden würde? Was würde zum Beispiel passieren, wenn die Silbermöwe im Beispiel A verschwindet? Könnten sich dann einige Arten stark vermehren und andere Arten wiederum verschwinden? Könnte es zu einem Dominoeffekt kommen?". Jede Gruppe verfasst einen kurzen Text, in dem sie erklärt, was ihrer Meinung nach passieren wird.

Pädagogische Anmerkung

  • Natürlich handelt es sich hier um vereinfachte Modelle, und die Überle­gungen der Schüler können nur grob wiedergeben, was tatsächlich pas­sieren würde, wenn die genannten Arten verschwinden würden. Beispiel Meersalat: Auch die Wassertemperatur und chemische Substanzen füh­ren dazu, dass er sich an manchen europäischen Küsten stark verbrei­tet. Trotzdem ist es interessant, die Schüler über solche vereinfachten Situationen nachdenken zu lassen, allein damit sie begreifen, wie zer­brechlich das Gleichgewicht solcher Nahrungsnetze ist.
  • Der Lehrer kann die Schüler auch fragen, ob sie sich vorstellen können, was zum Aussterben der Art mit dem Kreuzchen geführt haben könnte. Bei der Seezunge im Szenario C könnte die Ursache Überfischung sein. Im Szenario D könnte Wasserverschmutzung die Ursache für das Ver­schwinden des Meersalats sein.
  • Wenn die Schüler diese Aufgabe sehr schnell erledigen, kann der Lehrer sich weitere Situationen ausdenken, die ein Ökosystem aus dem Gleich­gewicht bringen.

Modellierung eines vereinfachten Ökosystems

Nun schlägt der Lehrer vor, ein Ökosystem mit nur zwei Arten zu betrachten – einem Raubtier und einem Beutetier (Jäger und Beute). Als Beispiel nehmen wir hier die Garnele als Beute und den Rochen als Jäger. Jede Art wird durch eine Farbe und eine geometrische Form gekennzeichnet (blaue Dreiecke für die Ro­chen, orange Kreise für die Garnelen). Bei den Jungtieren sind die Dreiecke und Kreise kleiner und deren Farbe heller. Der Lehrer projiziert die "Simulation 1" des Arbeitsblattes 22 (Modell eines einfachen Ökosystems) an die Wand. Es sind dort die Bedingungen für das Gleichgewicht des Ökosystems beschrieben. Die Bedingungen werden gemeinsam durchgelesen und besprochen.

Modell eines Ökosystems

Abb. 1: Nach fünf Schritten ist das Ökosystem wieder im Gleichgewicht. Die Rochen werden durch blaue Dreiecke dargestellt (groß und dunkelblau: ausgewachsene Rochen, klein und hellblau: junge Rochen), Garnelen durch orange Kreise (groß und dunkelorange: ausgewachsene Garnelen, klein und gelb: junge Garnelen).

Der Lehrer und die Schüler gehen gemeinsam einen kompletten Zyklus des Ökosystems durch. Sie befolgen dabei die fünf im Arbeitsblatt 22 erwähnten Regeln. Der Lehrer erklärt den Schülern genau, welche Farben und Formen verwendet werden müssen und stellt sicher, dass die Schüler alle Begriffe ver­standen haben. Am Ende eines kompletten Zyklus ist das Ökosystem wieder in seine Ausgangssituation zurückgekehrt. Solch ein Ökosystem nennt man stabil. Man sagt auch: Das Ökosystem ist im Gleichgewicht.

Pädagogische Anmerkung

Wenn der Lehrer keine oder nicht genügend Spielmarken auftreiben konnte, kann jeder Schritt der Simulation auch auf einer kleinen Tafel nachvollzogen werden. Für jeden Schritt muss dann die Anzahl der Individuen der einzelnen Populationen notiert werden: erwachsene Garnelen, junge Garnelen, er­wachsene Rochen, junge Rochen.


Wissenschaftliche Anmerkung

Diese Modellierung verdeutlicht auf anschauliche Weise den Begriff des Gleichgewichts eines Ökosystems. In Wirklichkeit ist die Situation natürlich viel komplexer. Ein Garnelenweibchen legt Tausende Eier, von den Jungtieren überlebt aber nur eine Handvoll. Daher die "Abkürzung" im Arbeitsblatt 22 (Modell eines einfachen Ökosystems). In Wirklichkeit erfolgen die einzelnen Schritte auch nicht hintereinander; alles geschieht gleichzeitig. Für die Schüler wäre eine solche Simulation nicht mehr handhabbar, für Wissen­schaftler allerdings auch nicht. Der Zeitraum (drei Monate) ist auch eher symbolisch als wissenschaftlich genau.

Die Regeln sind so gewählt worden, dass die Ausgangssituation schnell wie­der erreicht wird – falls das Ökosystem im Gleichgewicht ist. Es ist daher unerlässlich, dass die Regeln genauestens befolgt werden. Also zum Beispiel nicht "Jeder Rochen frisst 1/8 der erwachsenen Garnelen" durch "Jeder Ro­chen frisst 4 erwachsene Garnelen" ersetzen. Die Rochen dürfen auch keine Garnelenbabys fressen, auch wenn es eine Hungersnot gibt. Auch wenn sie unrealistisch erscheinen mögen, aber so sind nun mal die Regeln dieser Mo­dellierung.

Im zweiten Teil der Modellierung wird auf die Zerbrechlichkeit des Gleichge­wichts eines Ökosystems eingegangen. Es werden zwei verschiedene Situatio­nen durchgespielt. Der Lehrer zeigt den Schülern nun die "Simulation 2" des Arbeitsblattes 22: Wegen Überfischung sind alle großen Garnelen verschwun­den, nur die kleinsten sind noch übriggeblieben. Die Rochen müssen nun mehr Garnelen fressen (weil die Garnelen kleiner sind), um zu überleben bzw. gesund zu bleiben. Die dritte Regel lautet nun: Es wird ein Babyrochen geboren, wenn die Rochen (alle zusammen) 16 Garnelen verschlungen haben. "Was meint ihr, was passieren wird?"

Die naheliegende Antwort lautet: Es wird einen Rückgang der Rochenpopula­tion geben. Sobald der Lehrer das Gefühl hat, dass die Schüler die Regeln gut verstanden haben, kann er die Gruppen auffordern, selbstständig ihre Hypo­thesen zu überprü­fen. Anschließend kann die Modellierung mit der gesamten Klasse wiederholt werden.

Das Ökosystem bei Überfischung

Abb. 2: Das Ökosystem bei Überfischung: Die Rochen sterben aus, während sich die Garnelen stark vermehren.

Pädagogische Anmerkung

Die Schüler müssen sich das Ergebnis jedes Zyklus nicht im Kopf vorstellen, aber ein bisschen Kopfrechnen, um herauszubekommen, was bei den einzel­nen Schritten herauskommt, kann nicht schaden. Ohne Taschenrechner wird es aber wahrscheinlich nicht gehen, wenn die Divisionen komplizierter werden.


Schüler mit dem Ökosystemmodell

Abb. 3: Schüler mit dem Ökosystemmodell [1]

Der Lehrer schlägt nun vor, wieder zur Ausgangssituation zurückzukehren und eine andere Regel zu ändern (es sollte immer nur eine Regel geändert werden). Er zeigt den Schülern die "Simulation 3" des Arbeitsblattes 22: Wegen der Ver­änderungen ihrer Umwelt (Wasserverschmutzung, Versauerung der Meere, Tem­peraturerhöhung des Wassers) vermehren sich die Garnelen schlechter. Die erste Regel lautet nun: Nur jedes zweite Garnelenpaar bekommt ein Garnelen­baby. "Was wird passieren?". Die zu erwartende Antwortet lautet: "Die Garne­lenpopulation wird zurückgehen". Die richtige Antwort ist völlig kontraintuitiv: Es sind die Rochen, die verschwinden – auch wenn wir die Garnelenpopulation beeinflussen. Die Schüler überprüfen ihre Hypothesen, indem sie selbstständig drei oder vier Zyklen durchspielen.

Das Ökosystem bei verminderter Vermehrung der Garnelen

Abb. 4: Das Ökosystem bei einer verminderten Vermehrung der Garnelen: Die Garnelenpopulation ist kleiner geworden, die der Rochen aber auch.

Mögliche Erweiterung: Dosenwerfen zur Veranschaulichung des Gleichgewichts eines Ökosystems

Man kann das Gleichgewicht eines Ökosystems auch anschaulicher darstellen: Die Bildkarten aus dem Arbeitsblatt 21 (Nahrungsnetze) können zum Beispiel auf Dosen geklebt werden. Anschließend stapelt man die Dosen, und zwar so, dass die Produzenten und Primärverbraucher von Nahrung unten stehen und die Raubtiere (Jäger) oben. Anschließend entfernt man die eine oder andere Dose (= das eine oder andere Element des Netzes), entweder per Zufall oder gezielt, so lange, bis der Stapel zusammenbricht.

Zusammenfassung

Die Klasse erarbeitet gemeinsam eine Schlussfolgerung.

Beispiel für eine Zusammenfassung:

Lebewesen sind Teil eines Nahrungsnetzes. In diesem Nahrungsnetz besteht normalerweise ein Gleichgewicht zwischen den Arten. Wenn einige Arten des Nahrungsnetzes verschwinden oder neue eingeführt werden, oder sich die Zahl der Jungtiere ändert, ist das gesamte Nahrungsnetz nicht mehr im Gleichgewicht – das gesamte Ökosystem ist gestört.


Fußnote

1: Abb. 3: 3. Klasse von Séverine Bonaric-Gros (Montpellier)

Letzte Aktualisierung: 16.8.2021

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