Winterschlaf,Tiere im Winter, Sek1

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Winterschlaf,Tiere im Winter, Sek1
Versuchsanleitung
VAD_Biologie_Winterschlaf.doc
Was machen unsere Tiere im Winter ?
[Biologie - Winterschlaf]
Klassenstufe
Oberthemen
Unterthemen
Anforderungsniveau
Durchführungsniveau
Grundschule
Sek. 1
Kulturphänomene
Mensch, Tier, Pflanze
●
■
Durchführung
45 min
90 min
von Dr. Evi Derouet-Hümbert
I
Inhaltsverzeichnis
II
III
IV
V
VI
Einleitung
Didaktischer Ansatz
Einführung „Winterschlaf“
Aufgaben
Quellenangaben
Seite 2
Seite 2
Seite 3
Seite 10
Seite 11
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Versuchsanleitung
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II
Einleitung
Die meisten unserer einheimischen Tiere verändern ihre Lebensweise während der
Wintermonate nur geringfügig. Solche Tiere sind winteraktiv. Da im Winter die
Temperaturen sinken und das Nahrungsangebot abnimmt, wechseln einige von ihnen ihr
Fell (Sommer-/Winterfell) um den Körper besser vor Auskühlung schützen zu können.
Einige Tiere, die den klimatischen Veränderungen nicht gewachsen sind verlassen jedes
Jahr im Herbst unsere Region um im nächsten Frühjahr wieder zu kommen (Zugvögel).
Wieder andere Tiere, die solch große Distanzen nicht problemlos überwinden können,
leben während der kalten Monate vollkommen anders als im Sommer. Die Art und Weise
in der diese Lebewesen verschiedenster Gattungen die kalte Zeit des Jahres verbringen,
bezeichnet man als „Überwinterung“ oder auch Hibernation. Dieser Begriff bezieht sich
sowohl auf die Überwinterung in gemäßigten, wie auch in kalten Klimazonen.
III
Didaktischer Ansatz
Das Thema „Winterschlaf“ ist im Bildungsplan für Grundschulen der Kompetenzstufe
„Kulturphänomene und Umwelt: Mensch Tier und Pflanze“ zugeordnet. Für Sek. 1 wird
dieses Thema erneut aufgegriffen und um verschiedene Punkte ergänzt. So sollen die
Schülerinnen und Schüler veränderte Lebensbedingungen im Herbst und im Winter an der
Darstellung der Überwinterung von Tieren und Pflanzen; sowie Maßnahmen zum
Tierschutz im Winter kennenlernen. Inhaltlich lassen sich die Lernziele wie folgt gliedern:
− Veränderte Lebensbedingungen
(Rückgang der Temperaturen;
Nahrungsmangel)
Abnahme
des
Lichtes
geringe
Wasseraufnahme;
− Überwinterung von Pflanzen
(Blattfall; Knospenbildung; Einziehen oberirdischer Sprossteile; Speicherorgane: Stamm,
Zwiebel, Knolle, Erdstengel, Wurzel )
− Überwinterung von Tieren
(Haarwechsel (Sommer-, Winterfell); Aufbau eines Fettpolsters; Sammeln von Vorräten;
Vogelzug: Auslösung des Zugtriebes; Orientierungshilfen; Flugwege; Flugziele; Erforschung des
Vogelzuges, Gefahren für die Zugvögel; Schutzmaßnahmen; Winterruhe; Winterschlaf;
Winterstarre)
− Tierschutz
(Wild- und Vogelfütterung; Überwinterungshilfen für Tiere)
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IV
Sachanalyse „Winterschlaf“
Der Winterschlaf ist eine viele Wochen anhaltende Schlafperiode in einem frostsicheren
Zufluchtsort. Viele Säugetiere, insbesondere in gemäßigten und polaren Klimazonen
nehmen ihn zum Überleben der nahrungsarmen, kalten Zeit ein. Je nach Tierart können
bei den Winterschläfern sehr unterschiedliche körperliche Veränderungen auftreten. Allen
gemeinsam sind jedoch eine erhebliche Senkung der Stoffwechselaktivität, sowie eine
Verlangsamung von Atmung und Herzschlag.
Das Herz des Backenhörnchens schlägt in dieser Phase nicht 200- bis 300-mal pro Minute
wie im Sommer, sondern nur 20- bis 30-mal. Fledermausherzen schlagen normal 240 bis
450 Schlägen pro Minute, im Winterschlaf hingegen noch 18 bis 80 mal. Auch die
Atempausen können bei Winterschläfern bis zu 60 min betragen, bei Fledermäusen sogar
bis zu 90 min, danach atmet das Tier mehrmals in schneller Folge.
Die Körpertemperatur fällt fast auf Außentemperatur ab, wodurch der Energieverbrauch
des Tieres enorm sinkt. Wird eine bestimmte
Mindesttemperatur
erreicht,
tritt
die
Wärmeregulation wieder in Kraft, wobei unter
Energieverbrauch entweder die Körpertemperatur
auf dieser Höhe gehalten wird oder das Tier die
Normaltemperatur annimmt und sich aktiv
betätigt. Bei Fledermäusen funktioniert diese
Selbstregulierung nicht, so dass diese bei
Temperaturen unterhalb des Blutgefrierpunktes
(ca. -4°C) erfrieren. Durch die massiven
körperlichen Veränderungen ist es Tieren möglich monatelang in einem schlafähnlichen
Zustand verharren, ohne Nahrung aufzunehmen. Sie zehren in dieser Zeit von ihrer im
Herbst angefressenen Fettschicht oder von gesammelten Vorräten. Dabei ist der
Winterschlaf kein anhaltender Tiefschlaf. Vielmehr verläuft er in wechselnden Abschnitten
von langen Ruhe- und kurzen Wachphasen. In letzteren sind die Tiere durchaus aktiv,
setzen mitunter Kot und Urin ab oder wechseln den Schlafplatz.
Die Bereitschaft zum Winterschlaf entsteht einerseits durch innere (endogene) Faktoren
wie beispielsweise die Umstellung des Hormonhaushalts, andererseits spielen äußere
(exogene) Faktoren, insbesondere sinkende Außentemperaturen und Licht (kürzere Tage,
weniger intensives Licht im Winter) eine Rolle. Der Winterschlaf wird hauptsächlich durch
den Hypothalamus gesteuert und bewirkt eine reversible Veränderung von Warmblütlern
(homoiothermen) zu Kaltblütlern (poikilothermen).
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(1) Vorbereitungsphase und Einleitung in den Winterschlaf
Bereits im Herbst suchen die Winterschläfer Erdhöhlen und Baumstämme auf, welche
dann zum Schutz vor Kälte mit Stroh, Blättern, Wolle, Haaren oder auch Heu gepolstert
wird. Hier verbringen sie im sogenannten „Torpor“ (einem Zustand, den am besten mit
einem energetischen Sparzustand beschreiben kann) den Winter. Um den Körper vor
unnützer Auskühlung zu schützen rollen sie sich zusammen und schließen die Augen.
(2) Ernährung und Verdauung im Winterschlaf
Im Winterschlaf nehmen die Tiere abgesehen von den kurzen Wachphasen keine
Nahrung zu sich. Sie zehren von den im Herbst angefressenen Fettreserven. Dazu haben
Winterschläfer ein spezielles braunes Fettgewebe im Schulter- und Nackenbereich, das
der zusätzlichen Energierückgewinnung dient. Ausscheidungen sammeln sich im Enddarm
der Tiere und werden in den kurzen Wachphasen oder in der Aufwachphase
ausgeschieden.
(3) Dauer des Winterschlafes:
Rekordhalter unter den Winterschläfern ist der – wie der Name schon verrät – der
Siebenschläfer mit etwa sechs bis sieben Monaten. Als kürzere Schläfer sind der Hamster
mit zwei bis dreieinhalb Monaten und der Igel mit drei bis vier Monaten zu nennen.
Insgesamt variiert die Dauer stark von Tierart zu Tierart.
(4) Aufwachphase:
Genaue Gründe für das Erwachen der Tiere sind
noch
nicht
erforscht
Wecksignale
sind
möglicherweise
Stoffwechselprodukte
und
steigende
Umgebungstemperaturen.
Zum
Aufwachen muss der Organismus wieder
aufgewärmt werden. Dazu schüttet das vegetative
Nervensystem Hormone aus, die zum Abbau des
braunen
Fettgewebes
und
damit
zur
Energiefreisetzung führen. Diese Energie wird zur
Steigerung der Körpertemperatur verwendet
(zitterfreie Thermogenese). Ab einer Körpertemperatur von 15°C setzt Muskelzittern zur
weiteren Wärmeerzeugung ein. .Der Brust- und Kopfbereich mit den lebensnotwendigen
Organen werden schneller als die übrigen Körperteile erwärmt. Auch die Atmung steigert
sich mit dem Anstieg der Außentemperatur.
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Um die begrenzten Fettspeicher zu schonen, die Winterschläfer in der Aufwachphase
benötigen, sollten sie möglichst wenig gestört werden, weswegen beispielsweise viele
Fledermaushöhlen über den Winter für Besucher geschlossen.
Echte Winterschläfer Zu den "echten Winterschläfern" zählen beispielsweise
Murmeltiere, Sieben-, Garten- und Baumschläfer, Igel, Hamster und Fledermäuse.
Siebenschläfer ruhen von September bis Mai oder sogar
Juni in Erdlöchern, Felsspalten und Wurzelstöcken. Die
Schlafphasen betragen zwischen 20 und 29 Tage. Ihre
Körpertemperatur kann dabei auf 1 - 3°C absinken. Haben
sie einen wärmeren Unterschlupf gefunden, können jedoch
auch Siebenschläfer kürzere Wachphasen haben.
Murmeltiere verbringen 90% ihres Lebens in ihren unterirdischen Höhlen, sechs Monate
davon schlafend. Sie legen keine Nahrungsdepots an und müssen sich deshalb vor dem
Winterschlaf ausreichend Fettreserven anfressen (ca. 1 kg Fett pro 5 kg Körpergewicht).
Über den Winter verlieren sie dann wieder 30 - 50% ihres Körpergewichtes. Die
Körpertemperatur von Murmeltieren fällt von 39°C auf 7 - 9 °C, der Herzschlag sinkt von
100 auf manchmal nur 2 - 3 Schläge pro Minute, die Atempausen ziehen sich minutenlang
hin.
Murmeltiere halten sozialen Winterschlaf, pro Bau ruhen bis zu 20 Tiere und wärmen sich
gegenseitig. Bei Außentemperaturen von -5°C, kann die Temperatur im Winterbau in über
zwei Metern Tiefe durchaus 5 - 10°C betragen. Zur Isolierung werden jedes Jahr wieder
bis zu 15 kg Gras als Polstermaterial in den Bau eingetragen. Den Bau verschließen die
Murmeltiere mit einem langen "Zapfen" aus Erde, Steinen und Polstermaterial. Früher
wurden die hilflos schlummernden Murmeltiere ausgegraben, um Fleisch und Öl gegen
Gicht und Rheuma zu erbeuten.
Igel schlafen von November bis April, mit
regionalen Unterschieden. (Die europäischen
Igel halten Winterschlaf, doch ist dieser nicht
sehr tief. Gelegentlich wachen sie auf und
kommen aus ihrem Unterschlupf hervor, um
Nahrung zu suchen.) Ab einer Temperatur
von 15°C sucht der Igel sich ein
Winterquartier unter Laub- und
Komposthaufen, Holzstößen oder
Baumwurzeln. Der Stoffwechsel wird auf 1 2% des normalen Grundumsatzes gesenkt;
die Körpertemperatur sinkt von 34°C auf 1 –
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8°C, Herz auf 2 – 20 Schläge, die Atmung auf 1 - 8 Züge pro Minute. Sinkt die
Körpertemperatur unter 0°C, setzt die Wärmebildung ein. Die lebenswichtigen Organe und
Sinnesorgane funktionieren auch bei Kälte, weswegen der Igel auf Störungen reagieren
kann. Europäische Igel übertragen zahlreiche Krankheiten, die auch für den Menschen
gefährlich werden können; insbesondere Kinder sollten daher keine Igel anfassen. Auch
vor diesem Hintergrund ist das künstliche Überwintern von Igeln im Haus abzulehnen
Auch Feldhamster haben eine von längeren Wachphasen unterbrochenen Winterschlaf.
Goldhamster bleiben dagegen auch im Winter in der Wohnung putzmunter, da sie in der
Wärme nie die niedrige Schlaf auslösende Temperaturschwelle unterschreiten.
Fledermäuse suchen zum Winterschlaf Höhlen und Verstecke auf, in denen es nicht
kälter als 1 -2°C wird. Um den Winter zu
überstehen, legen sie im Herbst 20 - 30% an
Gewicht zu. Die kopfunter freihängenden
Fledermäuse hüllen sich in ihre Flughaut, um
Oberfläche
und
Wärmeverluste
zu
verringern. Ihre Herzfrequenz sinkt von 300 600 auf nur noch 18 - 80 Schläge pro
Minute. Die Körpertemperatur sinkt auf die
Umgebungstemperatur von meist nur
wenigen Grad Celsius ab. Es können
Atempausen von mehr als 60 Minuten
auftreten. Störungen können innerhalb von 30 - 60 Minuten zum energiezehrenden
Aufwachen führen. Die mangelnde Temperaturregulation, die durch Starrezustände
ausgeglichen wird, ist vermutlich ein Erbteil der relativ primitiven Säugetier(Insektenfresser-)Vorfahren der Fledermäuse. Einige Arten suchen den Bedingungen, die
sie sonst in den Winterschlaf bringen würden, durch Wanderzüge zu entgehen. Das ist vor
allem von der nordamerikanischen Roten Fledermaus bekannt geworden, die bis weit
nach Mittel- und Südamerika wandert und dann zum nordamerikanischen Sommer
zurückkehrt. Die Grundlagen der dazu nötigen Orientierungssysteme sind noch ganz
unklar.
Die Winterruhe
Im Gegensatz zum Winterschlaf findet man für die „Winterruhe“ nur wenige allgemein
gültige Merkmale und Informationen. Eine etwas veraltete Definition lautet: „Der
Unterschied zwischen einem Winterschläfer und einem Winterruher ist der, dass der
Schläfer wirklich mehrere Monate am Stück durchschlafen kann. Der Winterruher
hingegen muss immer wieder seinen Ruhezustand unterbrechen, um zu seinen
Nahrungsvorräten zu gehen und sich dort neu zu versorgen.“ Allerdings ist diese
Definition heute kaum noch haltbar. Experten streiten sich mittlerweile darüber, ob eine
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Unterscheidung überhaupt Sinn macht, wie sich am Beispiel des Braunbären – ein
typischer Winterruher – zeigen lässt:
Braunbären leben in Mischwäldern, offenen Ebenen und
Tundren. In nördlichen Regionen können sie ohne Winterruhe
nicht überleben und verbringen dort bis zu sieben Monaten in
ihrer Höhle in echtem Schlaf ohne Nahrungsaufnahme oder
Ausscheidung. In Mitteleuropa verlassen sie mehrfach die
Höhle über den Winter und bringen im Januar bis zu zwei
Jungbären zur Welt. Im warmen Zoo mit ständigem
Futterangebot halten Bären keine Winterruhe. Die Winterruhe
unterscheidet sich vom Winterschlaf, im Bereich der
Körpertemperatur und der Schlafphase: Die Körpertemperatur
der Tiere sinkt nicht so stark ab, darüber hinaus sind die Tiere des Öfteren wach und
wechseln dabei ihre Schlafposition. Auch das Sammeln von Nahrung vollzieht sich in den
Wachphasen.
Eichhörnchen halten ebenfalls Winterruhe. Um die
kalte Jahreszeit zu überstehen, legen sie im Herbst
einen Futtervorrat für den Winter an. Bucheckern,
Nüsse, Sämereien usw. werden eingegraben oder in
Baumhöhlen versteckt. Den Winter verbringt das
Eichhörnchen meist in seinem Kobel. Nur wenn es
Hunger hat, kommt es aus seinem Nest heraus und
bedient sich an seinen Vorräten.
Die Winterstarre
Die Winterstarre ist ein Zustand der nur bei
wechselwarmen Tieren auftritt, da diese ihre
Körpertemperatur
der
Umgebungstemperatur
anpassen. Sinken die Außentemperaturen stark, so
verfällt das Tier in eine Starre, in der sämtliche
Körperaktivitäten einschließlich der Reflexfunktionen
lahmgelegt werden. Um im Winter nicht zu erfrieren
suchen wechselwarme Tiere wie Reptilien und
Amphibien frostfreie Verstecke auf, in denen sie ihre
Körperfunktionen auf ein Minimum be-schränken,
um so in einem Starre-Zustand den Winter zu
überleben. Fische und Frösche überdauern im Schlamm bzw. am Bodengrund von
frostsicheren Seen und Weihern. Manche Insekten produzieren Glycerin, eine organische
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Verbindung, die gewissermaßen als Frostschutzmittel wirkt, so dass sie auch
Temperaturen unter dem Gefrierpunkt überleben können. Da diese Tiere aktiv nichts für
ihren Wärmehaushalt tun können, sind sie auf einen frostsicheren Unterschlupf
angewiesen. Unter Laub und Morast vergraben, verbringen sie den Winter erstarrt und
erwachen erst wieder mit den wärmenden Sonnenstrahlen im März oder April.
Vögel im Winter
Bis in das 19. Jahrhundert glaubte man, dass die
Vögel, die im Winter nicht zu sehen waren, in den
Winterschlaf fallen. Da man jedoch immer wieder
Weißstörche fand, die Pfeilspitzen, die aus
Zentralafrika in stammten in der Brust hatten, mussten
diese offensichtlich das Gebiet überflogen haben.
Genauere Aussagen zu den Flugrouten der
verschiedenen Vogelarten kann man erst seit etwa
100 Jahren machen, seitdem man Vögel beringt.
Findet man einen beringten Vogel, so sendet man den Ring an eine Vogelwarte zurück.
Um welche Vogelwarte es sich handelt, steht im Ring. Heute nutzt man bereits den
Satellitenempfang um Vögel, die mit entsprechenden Sendern ausgestattet werden
verfolgen zu können.
Man unterscheidet je nach Ihrem Verhalten im Winter folgende
Vogeltypen: Stand-, Strich- und Zugvögel, sowie Teilzieher.
Standvögel bleiben im Winter in unserer Region, weil sie in den
Wintermonaten ihre Nahrungsgewohnheiten entweder umstellen
oder den hiesigen Bedingungen optimal angepasst sind. Dazu zählt
auch die einheimische Meise. Hier überwintern können also nur
Vögel, die Samen, Körner oder Früchte fressen oder die mit
wenigen Insekten auskommen. Ihre Schnäbel sind der
Nahrungsaufnahme entsprechend angepasst!
Die meisten Zugvögel fliegen im Herbst nach Afrika. Dabei Spricht man von Teilziehern,
wenn nicht alle Vögel einer Art im Winter in andere Gebiete ziehen. Ausgesprochene
Insektenfresser haben bei uns im Winter keine Chance, es sei denn, die Insekten
"verstecken" sich z. B. hinter der Baumrinde und die Vögel sind in der Lage, mit Schnabel
oder Zunge an diese zu gelangen. Kleinere Insekten können Vögel im Winter auch an
vermodernden Blättern oder an Zweigen finden.
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Beim Vogelzug unterscheidet man zwischen dem
Herbstzug und dem Frühjahrszug, wobei die Vögel
bei ersterem in den Süden fliegen um ihr
Winterquartier zu beziehen, beim Frühjahrszug
fliegen sie zurück in ihr Brutgebiet. In der Regel
bewegen sich die Vögel hierbei seit Generationen auf
unveränderten Wegen. Ausgelöst wird der Vogelzug
durch z.B. hormonelle Einflüsse und die Abnahme
von Lichtstärke. Die Vögel befällt eine Zugunruhe.
Die Tagzieher unter den Vögeln orientieren sich an
der Sonne und an der Landschaft, die Nachtzieher
(u. a. Nachtigall, Nachtschwalben und viele
Grasmücken) an den Sternen. Laut verschiedener
Forscher spielt beim Vogelzug vor allem das
Magnetfeld der Erde eine wichtige Rolle um den
Vögeln bei der Orientierung zu helfen. Als Strichvögel
bezeichnet man die vagabundierenden Vogelarten,
die ihr Brutgebiet in ungünstigen Jahreszeiten nur
zeitweilig verlassen.
Die Karte zeit die Flugrouten verschiedener Vogelarten: der Weißstorch zum Beispiel fliegt
auf zwei ganz unterschiedlichen Routen nach Südafrika (Gibraltar und Bosporus). Aber
welche Vögel bleiben hier, welche fliegen nach Süden? Folgende einheimischen Vögel
überwintern hier und sind optimal an das karge Nahrungsangebot angepasst:
Habicht: Das Männchen bevorzugt Vögel von der Größe einer
Meise bis zur Größe eines Huhnes und erbeutet besonders häufig
Amseln, Stare, Tauben, Eichelhäher, Elstern und Krähen. Das
Weibchen schlägt eher mehr Kaninchen und Hasen als das
Männchen. Beide jedoch jagen Tauben, die sie im plötzlichen
Überraschungsangriff überrumpeln. Diese Art des Angriffes
bezeichnet man als Ansitzjagd, das heißt, sie sitzen auf einem Ast,
warten auf Beute und attackieren diese überraschend. .
Baumläufer: Ihr Schnabel ist Pinzetten-förmig dünn, lang und
gebogen und damit hervorragend geeignet um Kleintiere aus
Rindenritzen zu picken.
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Kernbeißer: Kirschkerne sind das Leibgericht. Um einen
Kirschkern zu knacken wird etwa die Kraft von 50 kg
benötigt. Sonst Früchte, hartschalige Samen und im Süden
auch Kerne der Oliven. Im Winter und im Frühling bilden
Knospen und junge Triebe die Hauptnahrung. Zusätzlich
bilden Insekten und deren Larven eine weitere
Nahrungsquelle.
Höckerschwan: Wasserpflanzen, Samen,
Sumpfpflanzen, frisches Gras.
Fichtenkreuzschnabel: Leben im Winter von
Samenschuppen von Fichten- und Tannenzapfen.
V
Aufgaben
1. Die SchülerInnen können erklären was Winterruhe, Winterschlaf und Winterstarre
bedeuten und sind in der Lage Tiere entsprechend ihrer Überwinterung
zuzuordnen.
2. Wie bereiten sich die verschiedenen Tiere auf die Überwinterung vor?
3. Worin unterscheiden sich Stand- und Zugvögel?
4. Wodurch wird der Vogelzug ausgelöst, wie orientieren sich die Vögel auf dem Weg
in den Süden?
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VI
Quellenangaben
Martin Eisentraut:
Der Winterschlaf mit seinen ökologischen und physiologischen Begleiterscheinungen. Jena 1956.
http://www.hyperlab.uni-muenster.de/
http://www.natur-lexikon.com/
http://www.tiere-online.de/
http://www.gartenfreunde.de/
http://www.wellermanns.de/
http://www.nabu.de/
http://www.birds-online.ch
http://www.dievoegeleuropas.de/
http://www.vogelruf.de/
Linksammlung (Lehrer)
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