Warum hat der Wüstenfuchs im Vergleich zu seinen nördlicheren Artgenossen am Polarkreis so große Ohren? Und warum ist der Kaiserpinguin so viel größer als seine Verwandten am Kap Hoorn? Fragen wie diese, deren alltägliche Relevanz durchaus in Zweifel gezogen werden darf, stellen sich spätestens Montagmorgen um 7:55 Uhr im Biologieunterricht der Klasse 11 mit sechs Wochenstunden – Thema: Ökologie. Die Schüler*innen erhielten die Aufgabe anhand des Abkühlungsverhaltens von Kartoffeln unterschiedlicher Größe die Bergmann‘sche und Allen‘sche Regel nachzuweisen. Hierzu wurden zunächst vier Kartoffeln in zwei verschiedenen Größen ausgewählt und mit Ohren aus Kupferblech, ebenfalls in zwei verschiedenen Maßen (groß/klein), bestückt. Dabei erhielten je eine kleine und eine große Kartoffel Ohren einer Größenklasse. Die so entstandenen Tiere wurden von den Schülern liebevoll benannt: so wurden neben Jerry (kl. Kartoffel kl. Ohren) und Ellie (gr. Kartoffel gr. Ohren), auch Peppa (gr. Kartoffel kl. Ohren) und Dumbo (kl. Kartoffel mit gr. Ohren) „geschaffen“.
Früher hätten die Schüler zur Erhebung der Messwerte manuell Temperaturen ermitteln und in ein Diagramm abtragen müssen. Doch dadurch, dass ihnen CAS-Taschenrechner zur Verfügung stehen, konnte diese Aufgabe automatisiert werden; so musste der Messfühler lediglich mit dem Rechner verbunden und in die Kartoffel eingebracht werden. Die ermittelten Messwerte wurden nun schon in Diagrammform für die Schüler dargestellt: Jerry (Abb. 1), Ellie, Dumbo (Abb. 3), Peppa.
Anhand dieser Graphen konnte durch die Schüler*innen problemlos eine Auswertung durchgeführt werden, indem Abkühlungsraten bestimmt wurden. Diese lag für Dumbo am höchsten bei 0,9 K/min, am zweithöchsten bei Jerry mit 0,53 K/min, am dritthöchsten bei Ellie mit 0,48 K/min; am langsamsten kühlte sich Peppa bei 0,37 K/min ab.
Aus diesen Gegebenheiten konnten die Schüler*innen ein Muster im thermischen Verhalten im Zusammenhang mit der Größe des Körpers und der Größe der Körperanhänge und damit sowohl die Allen‘sche, als auch die Bergmann‘sche Regel ableiten. Die erstgenannte Regel besagt, dass Tiere einer Art, welche größere Körperfortsätze besitzen besser Wärme abgeben (=schneller auskühlen) als Tiere mit kleineren Körperanhängen. Letztere Regel stellt eine Korrelation zwischen Wärmeabgabe, Volumen und Körperoberfläche fest: so kühlen Tiere einer Art, welche ein höheres Verhältnis von Körperoberfläche zu Volumen besitzen, schneller aus, als Tiere, die ein geringeres Verhältnis derselben haben.
Aus dieser rein rechnerischen Feststellung lassen sich Rückschlüsse auf die Verbreitung einer Art ziehen: Die Frage, warum der Wüstenfuchs ungleich größere Ohren besitzt als seine Artgenossen am Polarkreis ist damit ebenso geklärt, wie der Größenunterschied zwischen Kaiser- und Humboldt-Pinguin.
Phänomene wie diese verlässlich und leicht darzustellen ist im Unterricht für die Schüler*innen von immenser Wichtigkeit um Zusammenhänge verstehen und bildhaft nachvollziehen zu können. Deshalb ist der Gebrauch von CAS-Rechnern mit daran anzuschließenden Vernier-Sonden mittlerweile unerlässlich, um den Schüler*innen die besten Möglichkeiten zu gewährleisten, selbstständig erste wissenschaftliche Daten zu erheben und Experimente zur Überprüfung von Sachverhalten zu planen.
Autoren: Jan Hillebrandt, Friedemann Staemmler (11BiZ, bei Frau Honka)
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