Bestäubung im virtuellen Labor: Kronröhre, Bestäuber, Samen

Der Versuch zur Bestäubung im virtuellen Labor macht aus der Untersuchung der Bestäubungssyndrome in der Biologie der US-Mittelstufe (NGSS) und in KS3-Biologie einen fairen Test für eine Unterrichtsstunde. Die Lernenden halten eine rote, duftlose, nektarreiche Blüte gleich und ändern nur ein Merkmal, die Kronröhre, von 5 mm auf 25 mm. Sie notieren die Besucher, die Besuche pro Tag und den Samenansatz. Die Daten zeigen, dass Besuche und erfolgreiche Fortpflanzung nicht dasselbe sind, und führen so zur Koevolution. Alle Werte unten wurden in der Simulation abgelesen.

Lehrplanbezug

• NGSS MS-LS1-4 (US-Standard): wie spezialisierte Pflanzenstrukturen die Wahrscheinlichkeit erfolgreicher Fortpflanzung beeinflussen.
• NGSS HS-LS4-4 (US-Standard): Natürliche Selektion führt zu Angepasstheit (die Erweiterung zur Koevolution).
• England KS3 Science: Fortpflanzung bei Pflanzen, einschließlich Blütenbau und Insektenbestäubung.
• Cambridge IGCSE Biology (0610): geschlechtliche Fortpflanzung bei Pflanzen, insektenbestäubte Blüten.

Simulic ist weder mit NGSS noch mit dem Department for Education oder Cambridge International verbunden und wird von ihnen nicht unterstützt.

Vor dem Experiment (5 min)

Lassen Sie die Lernenden sich auf eine Vorhersage festlegen, auf Papier oder als Frage 1 des Klassenlinks:

„Eine rote, duftlose Blüte mit viel Nektar. Ihre Kronröhre wird länger, von 5 mm auf 25 mm. Was passiert mit der Zahl der Besuche durch Bestäuber?“

Viele Lernende erwarten, dass eine längere Röhre mehr Tiere anlockt.

Durchführung in der Simulation

1. Stellen Sie im Reiter Blüten und Bestäuber (er öffnet zuerst) Blütenfarbe auf Rot, Duft auf Kein Duft und Nektar je Blüte auf 10 µL. Lassen Sie Blüten öffnen sich auf Am Tag und Fortpflanzungssystem auf Nur Fremdbestäubung (selbstinkompatibel).
2. Stellen Sie Länge der Kronröhre auf 5 mm. Notieren Sie die Beschriftung Besuch: … % unter Biene, Tagfalter und Kolibri: die Wahrscheinlichkeit, dass ein vorbeikommendes Tier die Blüte besucht.
3. Klicken Sie auf 10 Tage simulieren (Mittel). Notieren Sie aus der neuen Zeile der Ergebnistabelle Besuche (pro Tag) und Samenansatz.
4. Wiederholen Sie die Schritte 2–3 für 10, 15, 20 und 25 mm.
5. Berechnen Sie die prozentuale Abnahme der Besuchswahrscheinlichkeit des Kolibris von 15 mm auf 25 mm.

Röhre (mm)	Biene (%)	Tagfalter (%)	Kolibri (%)	Besuche pro Tag	Samenansatz (%)
5
10
15
20
25

Erwartete Ergebnisse

Die Besuchswahrscheinlichkeiten sind durch den Bau der Blüte festgelegt. Besuche und Samenansatz sind zufällig: Die Tabelle zeigt unseren Durchgang und dahinter die mittleren 99 % von 5000 Durchgängen des Simulationsmodells.

Röhre (mm)	Biene	Tagfalter	Kolibri	Besuche pro Tag	Samenansatz
5	5 %	42 %	62 %	53,8 (45–62)	10 % (7–14)
10	3 %	40 %	62 %	41,1 (41–57)	8 % (7–13)
15	2 %	21 %	62 %	40,3 (31–46)	11 % (9–14)
20	2 %	1 %	49 %	20,8 (18–30)	8 % (7–13)
25	2 %	0 %	7 %	5,1 (3–11)	3 % (2–6)

• Die Besuche nehmen ab, sobald die Röhre die jeweilige Rüssellänge überschreitet: Tagfalter (etwa 15 mm) fallen zwischen 10 und 20 mm weg, Kolibris (Schnabel etwa 22 mm) zwischen 20 und 25 mm.
• Der Samenansatz folgt nicht den Besuchen. Von 5 bis 20 mm halbieren sich die Besuche ungefähr, doch der Samenansatz bleibt bei etwa 10 %. An einer kurzen Röhre berühren Tagfalter und Kolibris wenig Pollen. Bei 20 mm passt die Röhre zum Schnabel des Kolibris, daher drückt sein Kopf gegen Staubbeutel und Narbe, und jeder Besuch überträgt mehr Pollen.
• Bei 25 mm trinken selbst Kolibris nur selten, und der Samenansatz fällt auf etwa 3 %.

Fragen für die Lernenden

1. (Vorhersage, nach dem Versuch erneut gestellt) Was passiert mit den Besuchen, wenn die Kronröhre länger wird?
2. Welche Variable muss in diesem Versuch gleich bleiben?
3. Wie hoch ist der Samenansatz bei einer Röhre von 20 mm?
4. Um wie viel Prozent sinkt die Besuchswahrscheinlichkeit des Kolibris von 15 mm auf 25 mm?
5. Erklären Sie, warum der Samenansatz von 5 bis 20 mm stabil bleibt, bei 25 mm aber einbricht.

Antworten für Lehrkräfte: (1) Die Besuche nehmen ab, bis bei 25 mm fast keine mehr stattfinden. (2) Nektar je Blüte (ebenso Farbe, Duft, Öffnungszeit). (3) Akzeptiert 6–15 % (8 % in unserem Durchgang). (4) Akzeptiert 86–91 %: (62 − 7) ÷ 62 × 100 = 89 %. (5) Tagfalter besuchen eine 20-mm-Röhre nicht mehr, aber sie übertrugen ohnehin wenig Pollen; der Kolibri trinkt weiterhin und überträgt, gegen Staubbeutel und Narbe gedrückt, mehr Pollen pro Besuch. Bei 25 mm ist die Röhre länger als sein Schnabel.

Häufige Fehlvorstellungen

• „Mehr Besuche bedeuten mehr Samen.“ Entscheidend ist der Pollen, der auf Narben derselben Art gelangt.
• „Bienen bestäuben jede Blüte.“ Hier liegt die Besuchswahrscheinlichkeit der Biene nur bei 2–5 %. Stellen Sie bei 5 mm auf Blauviolett um, und sie springt auf 52 %: Unser Durchgang ergab 105 Besuche pro Tag, davon 84 durch Bienen, und 60 % Samenansatz.
• „Die Blüte bildet eine lange Röhre, um ihren Bestäuber auszuwählen.“ Pflanzen wählen nicht. Blüten, deren Form zu einem Bestäuber passt, bilden mehr Samen, daher breitet sich das Merkmal aus.

Erweiterung

• Reiter Koevolution: Lassen Sie Kronröhre – Rüssel des Nachtfalters, h² 0,50 und Kosten 0,20 eingestellt und klicken Sie fünfmal auf +10 Generationen. Beide Mittelwerte stiegen von 10 und 8 mm bis Generation 50 auf etwa 27 mm und bis Generation 100 auf 36,5 mm.
• Fortpflanzungssystem bei 25 mm: Wählen Sie Selbstbestäubung bei wenigen Besuchern. Der Samenansatz sprang in unseren Modelldurchläufen von etwa 4 % auf 49 %, doch Keimlinge aus Selbstbestäubung überleben nur halb so gut. Warum lohnt sich Fremdbestäubung trotzdem?

Häufige Fragen

Warum erhalten meine Lernenden unterschiedliche Besuche und Samenansätze?

Jedes vorbeikommende Tier besucht zufällig, und keine Einstellung wiederholt einen Durchgang; die Beschriftungen der Besuchswahrscheinlichkeit ändern sich nie. Der Bereich für Frage 3 galt in allen 20.000 Modelldurchläufen, die wir getestet haben.

Kann ich die Blüte für meine Lernenden voreinstellen?

Ja. Stellen Sie in den Startwerten des Klassenlinks Blütenfarbe auf Rot, Duft auf Kein Duft und Nektar je Blüte auf 10. Die Lernenden ändern dann nur Länge der Kronröhre.

Ersetzt das die Betrachtung echter Blüten?

Nein. Kombinieren Sie es mit einer Präparation oder mit Keimung im virtuellen Labor, dessen Simulation insekten- und windbestäubte Blüten präpariert.

Verwandte Simulationen und Leitfäden

Fortpflanzung der Blütenpflanzen – Präparation, Bestäubung, Ausbreitung und Keimung Natürliche Selektion – Kaninchenpopulation, Mutationen, Wölfe und Nahrung

Zur Selektion über Generationen siehe künstliche Selektion im virtuellen Labor.