Symbiosen mit Mikroben

Symbiosen mit Mikroben

Unterricht Biologie | Ausgabe Nr. 443/2019

Mikroben sind in der Natur überall zu finden. Als typische Infektions- und Krankheitserreger bekannt, werden sie in der Regel mit schädlichen Eigenschaften in Verbindung gebracht. Mikroben sind aber besser als ihr Ruf!

Inhaltsverzeichnis
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Sonnenlicht scheint in einen Nadelwald.
Symbiosen mit Bakterien und Archaeen als Voraussetzung allen Lebens erkennen Mikroben, die Basis unseres Lebens
Beitrag aus Zeitschrift Unterricht Biologie Fachwissen Schuljahr 5-13

Bei der Frage, wie das Leben auf der Erde entstanden ist, ist nur eines gewiss: am Anfang waren Mikroben. Mindestens 1,5 Milliarden Jahre lang waren Bakterien und Archaeen die alleinigen Lebewesen auf unserem Planeten. Später entstanden aus ihnen eukaryotische Vielzeller, an denen sich die Evolution von Pflanzen und Tieren anschloss. Bis heute ist ein Leben auf der Erde nur zusammen mit Mikroben möglich. Grund genug, Mikroben nicht nur als Krankheitserreger zu sehen, sondern einmal im Unterricht als das zu beleuchten, was sie vor allem sind: die Basis unseres Lebens.

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Wiese mit rotem Klee.
Die Eiweißproduktion von Hülsenfrüchtlern als Symbiose mit Bakterien verstehen Nützliche Knöllchen
Beitrag aus Zeitschrift Unterricht Biologie Unterricht (45-90 Min) Schuljahr 5-6

Kohlenhydrate, Eiweiße und Fette sind die Grundnährstoffe einer ausgewogenen Ernährung. Eiweiße finden sich vor allem in tierischen Lebensmitteln. Sie sind in pflanzlichen Nahrungsmitteln nur gering enthalten. Die Schülerinnen und Schüler erlernen anhand von Interview und Comic, warum die Knöllchenbakterien als Stickstofffixierer für die Hülsenfrüchtler unerlässlich sind. Gleichzeitig erkennen sie durch eigene Lebensmittelrecherche die Bedeutung der Stockstofffixierung für die eigene Ernährung.

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Durch grüne Blätter scheint Sonnenlicht.
Die zwei Wege der Landbesiedlung von Flechten und Pflanzen gegenüberstellen Mit Symbiosen ans Land
Beitrag aus Zeitschrift Unterricht Biologie Unterricht (45-90 Min) Schuljahr 5-13

Der Landgang der Pflanzen ist als Teil der Evolutionsgeschichte ein fester Bestandteil des Unterrichts. Dass die Anpassung an den neuen Lebensraum erst durch Symbiosen mit Mikroben und Pilzen möglich wurde, wird jedoch selten vermittelt. Im Vergleich mit Flechten, als Musterbeispiel für Symbiose, arbeiten die Schülerinnen und Schüler die Vorteile von Endosymbiosen heraus. Sie erkennen die Schlüsselrolle der Endosymbionten als Stickstofffixierer und erkennen sie anhand zahlreicher Beispiele als allgegenwärtig.

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Wachstum von gram-negativen Bakterien auf einer Agar-Platte.
Symbiose als regulierbaren Zustand bei Stummelschwanzsepien erläutern Tarnung mit Taschenlampe
Beitrag aus Zeitschrift Unterricht Biologie Unterricht (45-90 Min) Schuljahr 10-10

Die Symbiose zwischen Leuchtbakterien und Stummelschwanzsepien ist sehr flexibel. Die Bakterien tauschen optimale Lebensbedingungen im Wirt gegen Biolumineszenz, welches von der Sepie zur Jagd genutzt wird. In diesem Unterrichtsmodell erarbeiten die Schülerinnen und Schüler, dass Zelldichte von beiden Organismen gemessen und als regulierbarer Mechanismus für Biolumineszenz verwendet werden kann. Zudem wird die Gegenschattierung als universelles Tarnprinzip herausgestellt.

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Kopf einer männlichen Hornisse in Nahaufnahme.
Antibiotika aus symbiotischer Leistung zur Infektionsabwehr nutzen Bakterien schützen Grabwespen
Beitrag aus Zeitschrift Unterricht Biologie Unterricht (45-90 Min) Schuljahr 11-13

In Symbiose können Bakterien ihren Wirt nicht nur durch Nährstoffe, sondern auch durch die Produktion von Antibiotika unterstützen. So schützt Streptomyces philanthi die Larven des Europäischen Bienenwolf seit 70 Millionen Jahren durch eine variable Mischung verschiedener Antibiotika. Die Schülerinnen und Schüler lernen wie eng die Lebenszyklen von Streptomyceten und Grabwespen in Symbiose aufeinander abgestimmt sind. Ihnen wird zudem die natürlich Herkunft von Antibiotikum erläutert und die Problematik von Antibiotikaresistenzen in der Medizin näher gebracht.

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Sonnenlicht scheint in einen Nadelwald.
Groß durch Cyanobakterien
Beitrag aus Zeitschrift Unterricht Biologie Abitur & Prüfung Schuljahr 11-13

Flechten werden in der Systematik der Pilzart zugeordnet, die hauptsächlich für ihre Flechtform verantwortlich ist. Neben dieser beeinflussen auch andere Symbiosepartner, wie Cynobakterien, Form und Funktion der Flechte. So können auch sehr nah verwandte Flechten ganz unterschiedlich aussehen. In den Aufgaben werden zwei nah verwandte Flechten-Gattungen, Trapelia und Placopsis, hinsichtlich Aufbau, Funktion und Lebensraum verglichen. Mittels eines Dendrogramm betrachten die Schülerinnen und Schüler ihre verwandtschaftliche Beziehung und ziehen Rückschlüsse auf die evolutionäre Entstehung beider Gattungen.

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Wiese mit rotem Klee.
Ohne Rhizobien kein Sex
Beitrag aus Zeitschrift Unterricht Biologie Abitur & Prüfung Schuljahr 7-13

Die Schmetterlingsblütler Crotalaria bilden in Symbiose mit Rhizobien das gifitge Alkaloid Monocrotalin. Es schützt sie vor Fressfeinden, wie Fadenwürmern oder Weidetieren. Der Crotalaria-Falter bezieht hingegen aus dem Alkaloid Schutz wie auch seinen Sexuallockstoff. In den Aufgaben wird die Monocrotalinsynthese im Detail und ihre Abhängigkeit vom Nitrat-Gehalt im Boden beleuchtet. Die Lernenden setzen sich mit der Auswirkung der Synthese auf das gesamte Ökosystem auseinander und lernen die Bedeutung für Ökonomie und Ökologie gegeneinander abzuwägen.

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Jugendliche nutzt ein Tablet im Biologieunterricht.
Biologische Prozesse im phänomengestützten Unterricht visualisieren Videos zum Lehren und Lernen
Beitrag aus Zeitschrift Unterricht Biologie Methode & Didaktik Schuljahr 5-13

Videos sind bei Erwachsenen und Jugendlichen gleichermaßen als Informations- und Kommunikationstool sehr beliebt. Hauptsächlich werden Videos im unterrichtlichen Kontext zur Visualisierung von Inhalten genutzt. Jedoch kann für das Medium Video auch ein neuer beziehungsweise erweiterter Zugang geschaffen werden, durch welchen Videos auch als Lehr- und Lernmedium wahrgenommen und genutzt werden.