Was machen unsere Tiere im Winter?

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1 Was machen unsere Tiere im Winter? [Biologie - Winterschlaf] Klassenstufe Oberthemen Unterthemen Anforderungsniveau Durchführungsniveau Durchführung Grundschule Sek. 1 Kulturphänomene Mensch, Tier, Pflanze 45 min 90 min von Dr. Evi Derouet-Hümbert I Inhaltsverzeichnis II Einleitung Seite 2 III Didaktischer Ansatz Seite 2 IV Einführung Winterschlaf Seite 3 V Aufgaben Seite 10 VI Quellenangaben Seite 11 Seite 1 von 11

2 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; Abnahme des Lichtes geringe Wasseraufnahme; Nahrungsmangel) 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) Seite 2 von 11

3 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). Seite 3 von 11

4 (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. Seite 4 von 11

5 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 Seite 5 von 11

6 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 auf nur noch 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 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 Seite 6 von 11

7 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 Seite 7 von 11

8 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. Seite 8 von 11

9 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. Seite 9 von 11

10 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? Seite 10 von 11

11 VI Quellenangaben Martin Eisentraut: Der Winterschlaf mit seinen ökologischen und physiologischen Begleiterscheinungen. Jena Linksammlung (Lehrer) Seite 11 von 11