Biologie in der Sekundarstufe II: Ökologie - Die Untersuchung von inter- und intraspezifischen Wechselbeziehungen in Populationen

1. Thema der Unterrichtsreihe

Hier sind wir Chef, hier können wir sein! Der steinige Weg zum Erfolg. – Die Untersuchung von inter- und intraspezifischen Wechselbeziehungen in Populationen: von Konkurrenz bis Kooperation.

2. Sachanalyse und Einordnung der Stunde in die Unterrichtsreihe

Die vorliegende Reihenplanung basiert auf den Richtlinien für die Sekundarstufe II – Gymnasium/Gesamtschule in Nordrhein-Westfalen; dort heißt es: „Leitgedanke des Bereiches I [des Inhaltsfeldes ‚Ökologische Verflechtungen und nachhaltige Nutzung‘] ist, dass Leben nicht ausschließlich auf der Ebene isolierter Einzellebewesen betrachtet werden darf, sondern erst in komplexen Beziehungsgefügen auf den Organisationsebenen von Populationen und Ökosystemen erfassbar ist. Die Schülerinnen und Schüler sollen an konkreten Fallbeispielen die vielfältigen Abhängigkeiten von Organismen und Populationen von belebter und unbelebter Umwelt erkennen.“^[1]

Das zugrundeliegende Reihenthema „Biotische Faktoren“ umfasst die vielfältigen Beziehungen, welche Lebewesen mit anderen Lebewesen eingehen. Die Schülerinnen und Schüler (nachstehend „SuS“) haben sich bereits mit intra- und interspezifischen Beziehungen, mit Konkurrenz und verschiedenen symbiontischen Lebensweisen befasst. In der Vorstunde wurden die verschiedenen Formen des Parasitismus erarbeitet und am Beispiel des Kleinen Leberegels die Merkmale und der Lebenszyklus eines Endoparasiten besprochen.

Die ökologische Bedeutung des Parasitismus wird schnell offensichtlich, wenn man berücksichtigt, „dass mehr als 50% aller Lebewesen parasitär sind oder zumindest eine parasitische Phase in ihrem Leben haben.“^[2] In der Auseinandersetzung mit dem einzelligen Endoparasiten Plasmodium, welcher die gefährliche Infektionskrankheit „Malaria“ beim Menschen verursacht, sollen sich die SuS in der aktuellen Stunde dieser Bedeutung bewusst werden und erkennen, dass auch der Mensch von der Gefahr des Parasitenbefalls nicht ausgenommen ist. Plasmodien werden durch die Stechmücken-Gattung Anopheles übertragen, indem sie während der Blutmahlzeit durch den Speichel der Mücke in den menschlichen Organismus gelangen.

Malaria gehört weltweit zu den wichtigsten vektorbedingten Krankheiten. Im Jahre 2001 lebten in 101 Staaten und Territorien 2,4 Milliarden Menschen oder 40% der Weltbevölkerung in malaria-gefährdeten Gebieten, 400-500 Millionen werden jährlich neu infiziert und über eine Million Menschen, meistens Kinder unter fünf Jahre, sterben jedes Jahr an einer Malaria-Infektion.^[3] In jüngster Zeit wurde ein Wiederaufleben der Malaria in vielen Teilen der Welt beobachtet, weshalb die exemplarische unterrichtliche Behandlung dieser Thematik aktueller denn je erscheint. Verschiedene Faktoren wie die Zunahme der Weltbevölkerung und des weltweiten Tourismus, die zunehmende Resistenz des Krankheitserregers gegen Medikamente, die wachsende Armut (etwa in Osteuropa), die Massenbewegung von Flüchtlingen und heimatlosen Menschen, zerrüttete Gesundheitssysteme, aber auch Veränderungen von Temperatur, Niederschlag und Luftfeuchtigkeit werden als potenzielle Gründe für die zunehmenden Krankheitsfälle angeführt.^[4]

Die SuS lernen zunächst den komplizierten Lebenszyklus des Malariaerregers Plasmodium kennen und erfassen, dass dieser für die sichere Fortpflanzung und das Auffinden eines Wirts sinnvoll ist. Durch das ausgewählte Beispiel wird deutlich, wie wichtig das Funktionieren interspezifischer Beziehungen für die Verbreitung und Erhaltung einer Art ist. Für den Parasiten sind spezielle Anpassungen an den Wirtsorganismus die Grundvoraussetzung, um in diesem Lebensraum für längere Zeit überleben zu können. Nach Erarbeitung dieser essentiellen Grundlagen sollen die SuS Möglichkeiten erfolgreicher Bekämpfungs- und Vorbeugungsmaßnahmen in Bezug auf die Malaria überlegen und diese erörtern. Besonders vor dem Hintergrund steigender Infektionszahlen und einer drohenden weitflächigen Ausbreitung erscheint diese Auseinandersetzung nicht zuletzt in punkto Eigenverantwortlichkeit als überaus sinnvoll.

Aus Gründen der didaktischen Reduktion wird auf die Differenzierung der verschiedenen Plasmodien- bzw. Anophelesarten verzichtet und verallgemeinernd von „Plasmodium“ als Erreger und der „Anopheles-Mücke“ als Überträger gesprochen. Ebenso werden die selektiven Vorteile der heterozygoten Sichelzellanämie, die die Betroffenen vor schweren Verlaufsformen der Malaria schützt, nicht explizit thematisiert.

Die der Unterrichtsreihe zugrundeliegenden Lerninhalte gliedern sich in folgende Doppel- und Einzelstunden:

1. Stunde (ES) Wer jagt denn da in meinem Revier? – Kennenlernen von interspezifischen Beziehungen, Konkurrenzvermeidung und Konkurrenz-Ausschluss-Prinzip am Beispiel des Beutespektrums von Habicht und Sperber im Vergleich.
2. Stunde (DS) Liebe deinen Nächsten wie dich selbst! – Die verschiedene Formen der Symbiose (Ekto- und Endosymbiose) werden arbeitsteilig durch je zwei Gruppen erschlossen und abschließend in der Form eines Gruppenpuzzles zusammengeführt.
3. Stunde (ES) Ameisen suchen ein Zuhause: die Symbionten-WG – In Form von kurzen Präsentationen stellen die SuS eingängige Vertreter beider Formen der Symbiose vor (u.a. die „Ameisenpflanze“Myrmecodia). Ein kurzer Lehrfilm bündelt abschließend die bereits erworbenen Kenntnisse und fasst die wichtigsten Aspekte wiederholend zusammen.
4. Stunde (DS) „Der Räuber lebt vom Kapital, der Parasit von den Zinsen.“^[5] – Unterscheidung nach der Lebensweise in Halb- und Vollparasiten sowie nach dem Aufenthaltsort in Ekto- und Endoparasiten. Beispielhaft wird der Lebenszyklus des Kleinen Leberegels mit Zwischenwirten (Schnecke und Ameise) und Endwirt (Schaf) sowie dem Menschen als Fehlwirt arbeitsteilig erschlossen.
5. Stunde (ES) Todkrank aus dem Urlaub: Wie kann ich mich schützen? – Malaria als Beispiel einer durch einzellige Endoparasiten hervorgerufenen Infektionskrankheit. Über den Lebenszyklus von Plasmodium entwickeln die SuS geeignete Behandlungs- und Präventionsmaßnahmen und überprüfen sie abschließend im Rahmen eines Experten-Hearings auf Plausibilität.
6. Stunde (ES) Jedem das seine und mir das meiste! – Vorstellung intraspezifischer Beziehungen anhand verschiedener Mechanismen der Konkurrenzvermeidung wie Revierbildung, Jugend- und Altersformen, Sexualdimorphismus und Einsatz von Pheromonen innerhalb einzelner Tierarten. Die Teilbereiche werden von den SuS in Kurzreferaten vorgestellt.
7. Stunde (DS) Schäfchen zählen leicht gemacht! – Das Wachstum von Populationen wird mit Hilfe eines Computerprogramms zur Erstellung von Wachstumskurven, Wachstumsraten und Kapazitätsgrenzen simuliert und mit adäquaten Arbeitsaufträgen verknüpft.
8. Stunde (ES) Fortpflanzungspotenzial vs. Durchsetzungsvermögen – And the winner is… Unterscheidung zwischen K- und r-Strategen durch exemplarische gruppenteilige Erarbeitung und Präsentation je eines typischen Vertreters, wobei auf den relativierenden Aspekt der eher restriktiv gebrauchten Strategiebegriffe besonders eingegangen wird.
9. Stunde (DS) Ich hab dich zum Fressen gern! – Mit Hilfe des bereits bekannten Simulationsmoduls werden verschiedene Konstellationen zur Darstellung der Räuber-Beute-Beziehung angenommen und durch die SuS analysiert. Auf Basis der Simulationen werden die dichteabhängigen und dichteunabhängigen Faktoren abgeleitet sowie die Lotka-Volterra-Regeln formuliert.
10. Stunde (ES) „Blätterzupfer“ in der Savanne: ein Beruf mit Tradition – Die SuS lernen den Begriff der „Ökologischen Nische“ sowie die Nischenerschließung durch unterschiedliche Nutzung kennen und begreifen die Spezialisierung der Arten als Mittel zur Vermeidung interspezifischer Konkurrenz.

3. Thema der Unterrichtsstunde

Todkrank aus dem Urlaub: Wie kann ich mich schützen? – Malaria als Beispiel einer durch einzellige Endoparasiten hervorgerufenen Infektionskrankheit.

4. Ziele der Unterrichtsstunde

Übergeordnetes Stundenziel:

Die SuS sollen die Infektionskrankheit „Malaria“ als eine nach wie vor aktuelle und gefährliche Erkrankung des Menschen einstufen, indem sie den endoparasitären Lebenszyklus des Erregers Plasmodium grafisch darstellen und auf dieser Grundlage zweckdienliche Behandlungs- oder Therapiemaßnahmen entwickeln.

Teilziele: Die SuS sollen…

- auf der Basis eines konfrontativen Expertenhearings sinnvolle Fragestellungen für den weiteren Stundenverlauf entwickeln.
- notwendige Voraussetzungen aufzeigen, um der zentralen Frage nach möglichen Behandlungsmethoden der Erkrankung nachgehen zu können.
- eine grafische Darstellung des Lebenszyklus von Plasmodium mit Hilfe eines Informationstextes erstellen und diese anschließend mit Hilfe eines kurzen Vortrags erläutern.
- aus dem erarbeiteten Lebenszyklus Schlüsse für potenzielle Behandlungsmethoden ziehen und diese unter Einbeziehung ihrer Wirkungsweise dem Kurs darlegen.
- die gesammelten Behandlungsmethoden kritisch auf Plausibilität hin überprüfen und bezüglich ihrer Anwendbarkeit beurteilen.
- anhand des abschließenden Expertenberichts folgern, dass die Therapie im konkreten Fall durch eine Chinin-Medikation in Tablettenform erfolgte.

5. Kompetenzbezüge der Lernziele

Anwendung der Kenntnisse über Phänomene und Sachzusammenhänge sowie über Begriffe, Modelle, Theorien etc. (EPA: 1.1.1, S. 5); Verknüpfung und Systematisierung von Kenntnissen (EPA: 1.1.1, S. 5); Beschreiben und Erklären biologischer Phänomene (EPA: 1.1.2, S. 6); Bildung und Überprüfung von Hypothesen (EPA: 1.1.2, S. 6); Veranschaulichung von Sachverhalten mit Hilfe von Symbolen, Formeln, Gleichungen, Tabellen, Diagrammen, graphischen Darstellungen, Skizzen, Simulationen (EPA: 1.1.2, S. 6); Analyse und Interpretation von Texten (EPA: 1.1.2, S. 6); sachgerechte Analyse von Problemen und Entwicklung von Lösungsstrategien (EPA: 1.1.2, S. 7); angemessene Verwendung von Sprache, auch Fachsprache (EPA: 1.1.3, S. 7); Reflexion und Bewertung der Tragweite, Grenzen und gesellschaftlichen Relevanz biowissenschaftlicher Erkenntnisse und Methoden (EPA: 1.1.4, S. 7)

6. Bedingungsanalyse

Nach einer kurzen Hospitationsphase unterrichte ich seit Beginn dieses Schuljahres im GK Biologie der Jahrgangsstufe 12. Der relativ kleine Kurs setzt sich aus insgesamt 15 Schülerinnen und Schülern zusammen, davon 6 Mädchen und 9 Jungen, was einer besonders intensiven Zusammenarbeit der Lerngruppe besonders in kooperativen Phasen zugutekommt. Zudem ermöglicht die geringe Kursgröße den variantenreichen Medieneinsatz, insbesondere EDV-basierte Lern- und Präsentationssoftware sowie Simulationsprogramme (vgl. Reihenplanung). Die Wochenstundenzahl des Biologieunterrichts in der Oberstufe beträgt drei Stunden, wobei grundsätzlich nach dem Doppelstundenraster verfahren wird. Dies bietet vor allem im Hinblick auf forschend-entwickelnde Unterrichtsverfahren einen enormen Vorteil, da durch die zeitliche Entzerrung ein regelmäßiges Vorgehen nach dieser Methode gewährleistet ist.

[...]

^[1] Ministerium für Schule und Weiterbildung, Wissenschaft und Forschung des Landes Nordrhein-Westfalen 1999, S. 28.

^[2] Lucius 2008, S. 3.

^[3] Vgl. McMichael 2001.

^[4] Vgl. http://lbs.hh.schule.de/…

^[5] zitiert nach: Charles Sutherland Elton (1900-1991), britischer Ökologe und Zoologe