Arbeitsblatt: Mutation Simulationsspiel

Simulationsspiel Birkenspanner Name: Datum: Lernziele: Ich kann experimentelle Daten sammeln, grafisch darstellen und interpretieren. Ich kann in Kleingruppen kooperativ arbeiten und die Ergebnisse besprechen. Einleitung Im 19. Jahrhundert, während der Industrialisierung in England, veränderte sich die Umwelt dramatisch. Die Luftverschmutzung führte dazu, dass viele helle Bäume durch den Russ dunkel wurden. Der Birkenspanner zeigt in seiner Population eine natürliche genetische Variation: Es gibt helle und dunkle Varianten. Diese Unterschiede entstehen durch Mutationen in den Genen, die für die Flügelfarbe verantwortlich sind. Diese Mutationen sind zufällig aufgetreten. Vor der Industrialisierung waren dunkle Birkenspanner selten, da sie auf hellen Baumstämmen auffällig und leichter für Fressfeinde zu erkennen waren. Eine Mutation, die zur dunkleren Farbe führte, war daher zunächst ein Nachteil. Beantworte folgende Fragen: 1. «Was passiert mit der Birkenspannerpopulation, wenn die Bäume dunkel werden?» 2. «Wie verändert sich die Population, wenn Umweltgesetzte eingeführt werden und die Bäume wieder hell werden.» Was ist deine begründete Vermutung: Tabelle für die Datenerfassung Tabelle 1: Anzahl Birkenspanner Jahr Helle Birkenspanner Dunkle Birkenspanner 0 x2 1 x2 x2 2 x2 x2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 x2 Gesamtpopulation 20 Auswertung Überprüfe deine Vermutung anhand der Ergebnisse deiner Simulation. Erstelle eine schriftliche Auswertung (3 – 4 Sätze), in der du darlegst: Ob und warum deine Vermutung zutraf. Welche Unterschiede es zwischen der Vermutung und den tatsächlichen Ergebnissen gab. Hier kannst du den hellen und dunklen Birkenspanner eine Farbe zuweisen, damit das Diagramm übersichtlicher bleibt. Gruppe 1: a. Übertrage deine Ergebnisse in das Diagramm b. Übertrage die Ergebnisse der anderen Gruppe in das Diagramm (benutze dafür verschiedene Farben) Helle Birkenspanner Farbe: Dunkle Birkenspanner Farbe: Gruppe 2: Helle Birkenspanner Farbe: Dunkle Birkenspanner Farbe: Hier hast du Platz für Notizen: Beantworte die folgenden Fragen jeweils mit 1 – 2 Sätzen. c. Können Mutationen auch Vorteile bringen, falls ja warum? d. Warum war die Mutation, die zur dunklen Flügelfarbe führte, vor der Industrialisierung eher ein Nachteil, während sie während der Industrialisierung plötzlich von Vorteil war? e. Was wäre passiert, wenn es keine Mutation zur dunklen Flügelfarbe gegeben hätte? Wie hätte sich die Population deiner Meinung nach verändert? f. Wenn Mutationen immer schlecht wären, was hätte dann mit den dunklen Birkenspannern während der Industrialisierung passieren müssen? Warum ist das nicht der Fall? Zusatz: Erfinde eine eigene Spielform. Ändere dazu die Spielregeln ab. Halte deine Regeln fest und spiele das Spiel erneut. Wie verändert sich die Population? So wie du es erwartet hast? Tipp: Man könnte z.B. einen neuen Fressfeind (Würfel) einführen, oder das Würfelergebnis anpassen. Spielanleitung Umweltbedingungen: Bäume sind hell (helle Birkenspanner sind besser angepasst). Bäume werden dunkler durch Industrialisierung (dunkle Birkenspanner sind besser angepasst). Umweltverschmutzung wird reduziert, Bäume werden wieder heller (helle Birkenspanner sind erneut besser angepasst). Helle Birkenspanner: Dunkle Birkenspanner: Weisse Bäume: 1 – 4 überleben 5 – 6 sterben Weisse Bäume: 1 – 2 überleben 3 – 6 sterben Schwarze Bäume: 1 – 2 überleben 3 – 6 sterben Schwarze Bäume: 1 – 4 überleben 5 – 6 sterben Weisse Bäume: 1 – 4 überleben 5 – 6 sterben Weisse Bäume: 1 – 2 überleben 3 – 6 sterben Fortpflanzung: Für jeden Würfel, der überlebt, wird ein «Nachwuchswürfel» derselben Farbe hinzugefügt. Spielanleitung à Für LP Vorbereitung: Material: Die 20 Würfel repräsentieren Birkenspanner 10 weisse Würfel (helle Birkenspanner) à nur 5 pro Gruppe 10 schwarze Würfel (dunkle Birkenspanner) à nur 5 pro Gruppe Ersatzwürfel Tabelle zur Datenerfassung Optional: Ereigniskarten für Umweltbedingungen. Gegebenheiten: Die Situation einer Birkenspannerpopulation wird im Spiel vereinfacht dargestellt. Es wird nur mit 20 Modellbirkenspanner, die eine Birkenspannerpopulation repräsentieren, gespielt. Zeitverlauf: Eine Runde entspricht einem Jahr. Spiele insgesamt 15 Runden. Aktionen pro Runde: Würfle mit allen Würfeln. Die Augenzahl entscheidet über das Schicksal der Individuen. --- Vielleicht nur der untere Teil, oben kann man sagen Umweltbedingungen: Ich sage wann Umweltverschmutzung Sicherung kommt à neue Regel à Bild an WT Sie sollen mit einem Leuchtstift markieren, wo sie sind, wenn die Umweltveränderungen eintreten. Runde 1 – 5: Bäume sind hell (helle Birkenspanner sind besser angepasst). Runde 6 – 10: Bäume werden dunkler durch Industrialisierung (dunkle Birkenspanner sind besser angepasst). Runde 11 – 15: Umweltverschmutzung wird reduziert, Bäume werden wieder heller (helle Birkenspanner sind erneut besser angepasst). Helle Birkenspanner (weisse Würfel): Runde 1 – 5: 1 – 4 überleben 5 – 6 sterben Runde 6 – 10: 1 – 2 überleben 3 – 6 sterben Runde 11 – 15: 1 – 4 überleben 5 – 6 sterben Dunkle Birkenspanner (schwarze Würfel): Runde 1 – 5: 1 – 2 überleben 3 – 6 sterben. Runde 6 – 10: 1 – 4 überleben 5 – 6 sterben. Runde 11 – 15: 1 – 2 überleben 3 – 6 sterben Fortpflanzung: Für jeden Würfel, der überlebt, wird ein «Nachwuchswürfel» derselben Farbe hinzugefügt. Spielanleitung: Vorgehen Schritt 0 – Vorbereitung der Spielausgangslage Zu Beginn des Spiels haben wir 10 weisse Würfel (helle Birkenspanner) und 10 schwarze Würfel (dunkle Birkenspanner). Diese repräsentieren die Ausgangspopulation. Schritt 1 – Würfeln der Überlebenswahrscheinlichkeit Es wird mit allen Würfeln gleichzeitig gewürfelt (Falls du weniger hast, würfle sie nacheinander). Die Überlebenswahrscheinlichkeit hängt von der aktuellen Umwelt ab. Schritt 2 – Aufzeichnung der Überlebenden Die Anzahl der überlebenden hellen und dunklen Birkenspanner wird in der Tabelle festgehalten. Dies dokumentiert die Populationszusammensetzung nach jeder Runde. Schritt 3 – Fortpflanzungsrunde Für jeden überlebenden Würfel wird ein zusätzlicher Würfel derselben Farbe in die Population eingefügt. Die Population wächst so, dass sich die Überlebenden vermehren. Die neuen Würfel repräsentieren den Nachwuchs. Weiterspielen Die Schritte 1 – 3 werden insgesamt 15 Runden lang wiederholt. Achte auf die Umweltbedingungen! Umweltbedingungen: 1. Bäume sind hell (helle Birkenspanner sind besser angepasst). 2. Bäume werden dunkler durch Industrialisierung (dunkle Birkenspanner sind besser angepasst). 3.Umweltverschmutzung wird reduziert, Bäume werden wieder heller (helle Birkenspanner sind erneut besser angepasst). (Zusatzblatt für die schnellen SuS) Wie ein Experiment die Evolution sichtbar machte – Die Forschung von H.B.D. Kettlewell In den 1950er Jahren führte der britische Wissenschaftler Henry Bernard Davis Kettlewell (1907–1979) ein berühmtes Experiment durch. Seine Forschung drehte sich um den Birkenspanner (Biston betularia) – genau die Art, mit der ihr in eurem Simulationsspiel arbeitet. Warum sind Birkenspanner ein gutes Beispiel für Evolution? Vor der Industrialisierung waren fast alle Birkenspanner hell gefärbt. In stark verschmutzten Gebieten Englands tauchten aber plötzlich viele dunkle Birkenspanner auf. Eine Mutation hatte ihre Flügelfarbe verändert, sodass sie auf den verrussten Baumstämmen besser getarnt waren. Dadurch überlebten mehr dunkle Birkenspanner, während die hellen von Vögeln gefressen wurden. Kettlewell wollte herausfinden, ob dieser Wandel tatsächlich mit der Tarnung und der natürlichen Selektion zu tun hatte. Das Experiment – Wie man Evolution beobachtet Kettlewell führte ein grosses Feldexperiment durch: Er markierte und setzte helle und dunkle Birkenspanner in verschiedenen Waldgebieten aus – einmal in einem verschmutzten Wald mit dunklen Bäumen und einmal in einem sauberen Wald mit hellen Bäumen. Nach einiger Zeit fing er Birkenspanner wieder ein, um zu sehen, welche Farbvariante überlebt hatte. Ergebnis: In den verschmutzten Wäldern überlebten mehr dunkle Birkenspanner, in den sauberen Wäldern mehr helle. Das war einer der ersten experimentellen Beweise für natürliche Selektion in Aktion – genau das, was Charles Darwin fast 100 Jahre zuvor vorhergesagt hatte! Was hat das mit Mutationen zu tun? Die dunkle Färbung der Birkenspanner entstand durch eine zufällige Mutation im Erbgut. Diese Mutation hatte zunächst keinen Vorteil. Erst als sich die Umwelt änderte (Bäume wurden dunkler), wurde sie plötzlich ein Vorteil. Wäre die Mutation nicht aufgetreten, hätte es keine dunklen Birkenspanner gegeben – und die Art hätte sich schlechter anpassen können. Als die Umweltverschmutzung zurückging, wurde die dunkle Mutation wieder nachteilig – Mutationen sind also nicht per se gut oder schlecht, sondern ihr Wert hängt von der Umgebung ab.