Natura Oberstufe Stoffverteilung Rheinland-Pfalz (Word
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Natura Biologie Oberstufe (Ausgabe 2016, ISBN: 978-3-12-049131-6) Stoffverteilungsplan Biologie Oberstufe Stoffverteilungsplan und Planungshilfe zu Natura Biologie Oberstufe (Ausgabe 2016) für Gymnasien in Rheinland-Pfalz 1 Natura Biologie Oberstufe (Ausgabe 2016, ISBN: 978-3-12-049131-6) Stufenspezifische Hinweise: Oberstufe Zeit (Über das Grundfach hinausgehende Themen im Leistungsfach rot) Ziele und Inhalte laut Lehrplan Die Schülerinnen und Schüler Leitthema 1: Struktur und Funktion lebender Systeme Systeme des Lebendigen Überblick über die/Kenntnis der Systemebenen Moleküle, Zellen, Organismen und Biozönosen - Pro- und Eukaryonten - Ein- und Vielzeller: Lichtmikroskopische Übungen - Grundbaupläne von Tieren, Pflanzen und Pilzen - Ökologische Beziehungen in der Biozönose: Produzenten, Konsumenten, Destruenten Cytologische Grundlagen Überblick über den Bau der Zelle und grundlegende Wechselwirkungen mit der Umwelt/Kenntnis des Baus der Zelle und grundlegender Wechselwirkungen mit der Umwelt - Licht- und elektronenmikroskopischer Bau der Zelle und ausgewählter Zellorganelle Auswertung licht- und elektronen-mikroskopischer Bilder Biomembranen und ihre Modellierung Kompartimentierung Diffusion, Osmose, Plasmolyse, Turgor TRAUBEsche und PFEFFERsche Zellen als einfache Themen in Natura Oberstufe (978-3-12-049131-6) Basiskonzept: Struktur und Funktion .. 506 Basiskonzept: Kompartimentierung .... 508 Zelle, Gewebe, Organ .......................................... 18 Praktikum: Mikroskopieren von Zellen .................. 20 Lichtmikroskopie ............................................... 22 Eukaryotische Zellen ........................................... 26 EXTRA >> Zellwand .......................................... 27 Mitochondrien und Chloroplasten ......................... 28 Basiskonzept: Kompartimentierung ...................... 28 Material: Plastiden .............................................. 29 Prokaryotische Zellen ......................................... 30 EXTRA >> Cyanobakterien ................................. 31 Vom Einzeller zum Vielzeller ................................ 38 Praktikum: Heuaufguss ....................................... 39 Zelldifferenzierung ............................................. 40 Ernährung von Tieren und Pflanzen .................... 114 Grundbegriffe der Ökologie ................................ 356 Trophiestufen und ökologische Pyramiden ........... 390 Praktikum: Mikroskopieren von Zellen .................. Lichtmikroskopie ............................................... Elektronenmikroskopie ....................................... Methode: Gefrierbruchtechnik .............................. Eukaryotische Zellen ........................................... EXTRA >> Zellwand .......................................... Mitochondrien und Chloroplasten ......................... Basiskonzept: Kompartimentierung ...................... Material: Plastiden .............................................. Material: Zellforschung ....................................... Der Zellkern ....................................................... Cytoskelett ........................................................ 2 20 22 24 25 26 27 28 28 29 32 34 42 Natura Biologie Oberstufe (Ausgabe 2016, ISBN: 978-3-12-049131-6) - Modelle für Zellen aktive und passive Transportvorgänge, Carrier Molekulare Grundlagen Überblick über molekulare Strukturen und ihre Funktionen im Organismus/Kenntnis molekularer Strukturen und ihrer Funktionen im Organismus - Endomembransystem ......................................... Bau und Funktion einer Biomembran .................... Material: Modelle der Biomembran ....................... Diffusion und Osmose ......................................... Material: Einfluss der Temperatur auf Biomembranen .................................................. Praktikum: Osmose ............................................. Stoffdurchtritt durch Biomembranen .................... 43 52 54 56 Wasser und Ionen in Lebewesen ........................... Proteine ............................................................ Kohlenhydrate ................................................... Lipide ............................................................... 44 46 48 50 Struktur und Funktion von Enzymen ..................... Eigenschaften von Enzymen ................................ . Geschwindigkeit enzymkatalysierter Reaktionen ........................................................ Nomenklatur und Klassifizierung der Enzyme ........ Praktikum: Geschwindigkeit enzymkatalysierter Reaktionen ........................................................ Regulation enzymkatalysierter Reaktionen ........... Material: Verderben von Lebensmitteln ................ Praktikum: Experimente mit Urease ..................... Die Vielfalt der Stoffwechselreaktionen .................. 90 62 64 58 59 60 Proteine, Kohlenhydrate, Lipide Kondensation und Hydrolyse als biologische Polymerreaktionen Löslichkeit polarer und unpolarer Moleküle Wasser als Reaktionspartner, Transport- und Lösungsmittel; Löslichkeit Überblick über Bau, Funktionen und Wirkungsweise von Enzymen - Bau von Enzymen, Enzymklassen - Substrat- und Wirkungsspezifität Bioenergetische Grundlagen Verständnis der Organismen als Energiewandler im Energiefluss offener Systeme - Aspekte der Energie: Erhaltung, Transport, Umwandlung, Entwertung - Entropie und Irreversibilität 66 68 69 70 74 75 Lebewesen als offene Systeme ............................ 82 Basiskonzept: Stoff- und Energieumwandlung ........ 83 Energiebereitstellung und -nutzung bei Lebewesen 84 EXTRA >> Die Gibbs-Helmholtz-Gleichung .............. 85 Lebewesen als Energiewandler ............................. 86 Material: Energieumwandlungen ........................... 87 3 Natura Biologie Oberstufe (Ausgabe 2016, ISBN: 978-3-12-049131-6) - Biophysik des Fließgleichgewichts Kopplung exergonischer und endergonischer Reaktionen, ATP-Prinzip - Enzymatik unter energetischem Aspekt, Herabsetzung der Aktivierungsenergie - Abhängigkeit der Reaktionsgeschwindigkeit von Temperatur, pH-Wert u.a. Histologie Elektronenmikroskopie Biomembranen Die Vielfalt der Stoffwechselreaktionen .................. 90 Struktur und Funktion von Enzymen ..................... 62 Einflüsse auf die Enzymaktivität .......................... 72 Lichtmikroskopie .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22 Elektronenmikroskopie .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24 Eukaryotische Zellen .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26 Wasserhaushalt Bau und Funktion einer Biomembran .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52 Material: Modelle der Biomembran . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54 Diffusion und Osmose .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56 Material: Einfluss der Temperatur auf die Biomembran ..58 Chemische Grundlagen Wasser und Ionen in Lebewesen.. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44 Proteine .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46 Kohlenhydrate .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48 Lipide .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50 Lebensformtypen Wachstum Prinzipien des Lebens Dynamische Systeme Fraktales Wachstum Phyllotaxis – Formbildung bei Pflanzen Modellbildung Leitthema 2: Stoffwechsel und Energiefluss lebender Systeme Gärung und Atmung - Theorie Überblick über energieliefernde Reaktionen und Einblick in Mechanismen/Kenntnis der Mechanismen oxidativer Energiegewinnung Basiskonzept: Stoff- und Energieumwandlung . 518 Die Glykolyse — der erste Schritt der Zellatmung . 100 Mitochondrien und Chloroplasten ......................... 28 EXTRA >> Gärung ............................................ 101 Der Abbau der Brenztraubensäure ...................... 102 4 Natura Biologie Oberstufe (Ausgabe 2016, ISBN: 978-3-12-049131-6) Glycolyse Alkoholische Gärung, Milchsäuregärung Feinbau der Mitochondrien Oxidative Decarboxilierung, Citratzyklus und Endoxidation - chemiosmotische Theorie von MITCHELL - Enzymregulation Gärung und Atmung – Praktikum Erwerb von Kenntnissen und Fertigkeiten zur Planung und Durchführung qualitativer und quantitativer stoffwechselphysiologischer Experimente - Versuche zur Atmung und Gärung - Beobachtungen und exemplarische Messungen zum Stoffwechsel - Beobachtungen und Messungen zum Stoffwechsel, z.B. Nahrungsaufnahme bei Kleintieren, Grund- und Leistungsumsatz, Keimung und Wachstum bei Pflanzen Photosynthese – Theorie Vereinfachter Überblick über/Erweiterte Kenntnisse über - Feinbau der Chloroplasten - lichtabhängige Reaktionen (Photolyse, NADPH+H+ als Reduktionsäquivalent, Photophosphorylierung, Funktion der Thylakoidmembran/Kopplung von Elektronen- und Protonentransport an der Thylakoidmembran) - lichtunabhängige Reaktionen - Bilanzrechnungen und Wirkungsgrade - Abhängigkeit von Temperatur und Lichtqualität - Die Atmungskette — der letzte Schritt der Zellatmung ...................................................... Der oxidative Glucoseabbau im Überblick ............ Material: Steuerung und Regelung im Stoffwechsel Regulation enzymkatalysierter Reaktionen ........... 104 106 112 70 Material: Energieumwandlungen ........................... 87 Messung des Energieumsatzes ............................. 94 Praktikum: Stoffwechsel und Energie .................... 95 Praktikum: Glucoseabbau .................................. 107 Material: Nährstoffe in Ernährung und Stoffwechsel 108 Zusammenwirken der Pflanzenorgane ................ 116 Licht — Energiequelle für die Fotosynthese .......... 120 Mitochondrien und Chloroplasten ......................... 28 Material: Modellexperiment zur Anregung von Chlorophyll ................................................ 121 Fotoreaktion — der erste Teil der Fotosynthese ... 122 Synthesereaktion — der zweite Teil der Fotosynthese ................................................... 124 Methode: Autoradiographie ............................... 125 Fotosynthese im Überblick ................................ 126 Fotosynthese und Umweltfaktoren ..................... 128 Stoff- und Energieebene der Fotosynthese ........... 132 Sekundäre Pflanzenstoffe .................................. 134 Material: Speicherstoffe und Abwehrstoffe ........... 135 Basiskonzept: Stoff- und Energieumwandlung ...... 518 Energiebereitstellung und Aktivität ...................... Material: Der Energiehaushalt gleichwarmer Tiere . Messung des Energieumsatzes ............................. Verdauung und Verfügbarkeit der Nährstoffe ......... 5 92 93 94 96 Natura Biologie Oberstufe (Ausgabe 2016, ISBN: 978-3-12-049131-6) Photosynthese – Praktikum Erwerb praktischer Fähigkeiten zur Untersuchung des phototrophen Stoffwechsels (zur Auswahl stehen:) - Isolierung und Versuche mit Blattfarbstoffen; Chromatographie - Absorptions- und Wirkungsspektrum - Mikroskopie des Blattes, Bau der Chloroplasten, Leitgewebe - Photosyntheserate in Abhängigkeit z.B. von Licht, Temperatur, Kohlendioxid - Hillreaktion Biotechnologie der Gärung Grund- und Leistungsumsatz Ernährung Sportphysiologie EXTRA >> Die Darmflora ................................... 97 Resorption und Transport der Nährstoffe .............. 98 Energie- und Baustoffwechsel ............................ 110 EXTRA >> Einseitige Diäten ............................. 111 Ernährung von Tieren und Pflanzen .................... 114 EXTRA >> Parasitierende Pflanzen ..................... 115 Material: Steuerung und Regelung im Stoffwechsel 112 Material: Fotosynthesespezialisten C4-Pflanzen und CAM-Pflanzen ................................................... 130 Chemosynthese ................................................ 136 Material: Chemosynthese und anoxygene Fotosynthese .................................................... 137 Alternative Formen der Energiebereitstellung ...... 423 Praktikum: Trennung von Blattfarbstoffen ........... 129 Material: Modellexperiment zur Anregung von Chlorophyll ................................................ 121 Methode: Autoradiographie ............................... 125 Licht — Energiequelle für die Fotosynthese .......... 120 Zusammenwirken der Pflanzenorgane ................ 116 Mitochondrien und Chloroplasten ......................... 28 Praktikum: Fotosynthese .................................. 118 Fotosynthese im Überblick ................................ 126 Material: Erforschung der Fotosynthesereaktionen 127 Fotosynthese und Umweltfaktoren ..................... 128 Lebewesen als Energiewandler .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 86 Material: Energieumwandlungen .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 87 Die Muskelkontraktion .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 88 Energie- und Baustoffwechsel .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 110 EXTRA >> Einseitige Diäten .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 111 Energiehaushalt Intermediärstoffwechsel Exkretion 6 Natura Biologie Oberstufe (Ausgabe 2016, ISBN: 978-3-12-049131-6) Homöostase Material: Steuerung und Regelung im Stoffwechsel . 112 Gesundheit und Krankheit Chemosynthese Photosynthese-Spezialisten Chemosynthese .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 136 Material: Chemosynthese.. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 137 Material: Fotosynthesespezialisten C4- und CAM-Pflanzen.. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 130 Regenerative Energien Nachhaltige Entwicklung von Lebensräumen.. . . . . . . . . . 422 Formen der Landwirtschaft .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 423 Leitthema 3: Umwelt und Innenwelt lebender Systeme Basiskonzept: Variabilität und Angepasstheit . 514 Erkundung eines Ökosystems Einblick in Ökosysteme/Vertieftes Verständnis von Ökosystemen durch praktische Untersuchung eines Biotops und seiner Biozönose - Messung biotischer und abiotischer Faktoren - Vernetzung der Faktoren im Ökosystem - Biozönose: Aut- und Synökologie - Autökologie ausgewählter Arten - Synökologie an einer Biozönose - Bioindikation im Vergleich mit chemisch-physikalischen Messmethoden - Kartierungen im Ökosystem, z.B. Vegetationsprofil, Deckungsgrad Grundbegriffe der Ökologie ................................ 356 Einfluss der Temperatur auf Tiere ....................... 358 Basiskonzept: Variabilität und Angepasstheit ....... 359 Praktikum: Der Umweltfaktor Temperatur .......... 360 Praktikum: Modellexperimente zum Wärmehaushalt von Tieren ....................................................... 361 Einfluss der Temperatur auf Pflanzen .................. 362 Material: Lebewesen und Temperatur ................. 363 Wasserverfügbarkeit und Pflanzenwachstum........ 364 Bedeutung von Wasser für Landtiere ................... 365 Einfluss des Lichts auf Pflanzen und Tiere ............ 366 Material: Abiotische Umweltfaktoren .................. 367 Nahrungsbeziehungen ...................................... 368 Material: Wechselbeziehungen zwischen Lebewesen ...................................................... 370 Konkurrenz ..................................................... 372 Die ökologische Nische ...................................... 374 Material: Wechselwirkungen zwischen Lebewesen und Umwelt ..................................................... 376 Praktikum: Vegetationsanalyse im Wald .............. 394 Ökosystem See ................................................. 400 Fließgewässer .................................................. 406 Gewässergüte im Fließgewässer.......................... 408 Praktikum: Untersuchung eines Fließgewässers ... 409 Dynamik von Ökosystemen 7 Natura Biologie Oberstufe (Ausgabe 2016, ISBN: 978-3-12-049131-6) Überblick/Verständnis der Struktur und Funktion von Ökosystemen - trophische Struktur (Nahrungsnetze) - Biomasse als Kopplung von Energieflüssen und Stoffkreisläufen - ökologische Prinzipien, z. B. Konkurrenzschauschluss, THIENEMANNsche Regeln u.a. - ökologische Prinzipien, Regeln und Gesetze: ökologische Nische und Potenz, THIENEMANNsche Regeln, Minimumregel, Konkurrenzausschluss - Regulation des Fließgleichgewichts, quantitative Erfassung der Dynamik, Sukzession Umweltschutz vor Ort Einblick in Tätigkeiten des Menschen, Ökosysteme zu stören, aber auch verantwortungsbewusst zu erhalten - Kopplung von Ver- und Entsorgung Populationsentwicklung .................................... 378 Fortpflanzungsstrategien ................................... 380 EXTRA >> Modell der ökologischen Primärstrategien .............................................. 381 Population und Metapopulation ......................... 382 Material: Populationsgrößen und ihre Veränderung 383 Nahrungsbeziehungen und Populationsentwicklung ..................................................... 384 Material: Schädlingsbekämpfung ........................ 386 Material: Neophyten- und Neozoenpopulationen ... 387 Lebewesen als Energiewandler ............................. 86 Die Ökosysteme der Erde ................................... Trophiestufen und ökologische Pyramiden ........... Lokale Stoffkreisläufe im Wald ........................... Konkurrenz ..................................................... Die ökologische Nische ...................................... Grundbegriffe der Ökologie ................................ Stabilität und Sukzession im naturnahen Wald ..... EXTRA >> Die Geschichte mitteleuropäischer Wälder ............................................................ Tropischer Regenwald ...................................... Material: Tropischer Regenwald ......................... Ökosystem See ................................................. Eutrophierung und Regeneration eines Sees ........ Material: Ökosystem See .................................... Fließgewässer .................................................. Gewässergüte im Fließgewässer.......................... Praktikum: Untersuchung eines Fließgewässers ... Selbstreinigung im Fließgewässer ....................... Marine Ökosysteme ........................................... Der globale Kohlenstoffkreislauf ......................... Lebewesen als offene Systeme ............................ 82 388 390 396 372 374 356 392 393 398 399 400 402 404 406 408 409 410 412 414 Eutrophierung und Regeneration eines Sees ........ 402 Material: Ökosystem See .................................... 404 Material: Abwasserreinigung ............................. 411 8 Natura Biologie Oberstufe (Ausgabe 2016, ISBN: 978-3-12-049131-6) - Notwendigkeit und Grenze des technischen Umweltschutzes, z.B. Recycling, Abfallbeseitigung; Reinhaltung von Luft, Boden, Wasser (Hygiene und Gesundheit) - Ökologie und Ökonomie: Diskrepanzen und Gemeinsamkeiten - nachhaltige Entwicklung als Ziel einer ökologisch ausgerichteten Ökonomie Mensch und Biospäre Einsicht, dass nur eine nachhaltige Entwicklung als ökologische Bindung von Natur, Wirtschaft und Menschheit die Erhaltung der Biosphäre in Zukunft sichert - Natur- und Kulturlandschaften (Arten- und Biotopschutz, Biodiversität, Landschaftsästhetik u.a.) - globale Vernetzung der Ökosysteme; Vegetations- und Klimazonen - Erhaltung der Biodiversität - Kriterien einer ökologisch ausgerichteten Ökonomie - Populationsdynamik am Beispiel der menschlichen Population - Weltmodelle, z. B. des Club of Rome - Dynamik menschlicher Populationen; Weltmodelle Produktionsbiologie Populationsökologie Zusammenleben in Biozönosen Natur- und Kulturlandschaft Licht und Wärme als Umweltfaktor Wasser und Salz als Umweltfaktoren Terrestrische Ökosysteme Aquatische Ökosysteme Der globale Kohlenstoffkreislauf ......................... 414 Nachhaltige Entwicklung von Lebensräumen ........ 422 Die Ökosysteme der Erde ................................... Bevölkerung und Welternährung ........................ Der Klimawandel .............................................. Material: Die Atmosphäre und der Klimawandel ... Nachhaltige Entwicklung von Lebensräumen ........ Alternative Formen der Energiebereitstellung ...... Ressource Wasser ............................................ Material: Biodiversität, Artenschutz und die Entwicklung der Landwirtschaft.......................... Ökologischer Fußabdruck und Biokapazität ......... Praktikum: Der persönliche Ökologische Fußabdruck ..................................................... 388 416 418 420 422 423 424 426 428 429 Populationsentwicklung .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 378 Fortpflanzungsstrategien .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 380 Population und Metapopulation .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 382 Tiere und Wasser .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 365 Einfluss des Lichts .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 366 Material: Abiotische Faktoren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 367 Die Ökosysteme der Erde .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 388 Tropischer Regenwald .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 398 Material: Tropischer Regenwald .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 399 Ökosystem See .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 400 Eutrophierung und Regeneration eines Sees .. . . . . . . . . . 402 9 Natura Biologie Oberstufe (Ausgabe 2016, ISBN: 978-3-12-049131-6) Material: Ökosystem See .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 404 Fließgewässer .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 406 Landwirtschaftliche Kulturen Fortwirtschaftliche Kulturen Urbane Ökosysteme Formen der Landwirtschaft .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 423 Ressource Wasser .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 424 Material: Biodiversität, Artenschutz und die Entwicklung der Landwirtschaft.. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 426 Atmosphäre als Umweltfaktor Leitthema 4: Information und Kommunikation bei lebenden Systemen Informationsverarbeitung Kenntnis anatomischer Strukturen des menschlichen Nervensystems - Neuronen und Synapsen - Zentrales und peripheres Nervensystem Einblick in die Funktionsweise von Neuronen und Synapsen - elektrochemische und chemische Informationsweitergabe - Koordination mit dem Hormonsystem Kenntnis anatomischer und physiologischer Grundlagen der Erregungsleitung - Bau und Funktionsweise von Neuronen und Synapsen - Summation - Neuronen- und Synapsengifte Einblick in das Zusammenwirken hormoneller und nervöser Regelung - zelluläre Wirkungsmechanismen - regulatorisches Zusammenspiel von vegetativem Nervensystem und Hormonsystem Reizaufnahme und Beantwortung Überblick über die Reizaufnahme und -beantwortung - Bau und Funktionsweise eines Sinnesorgans - Anatomie und Funktionsweise der quergestreiften Muskulatur Basiskonzept: Information und Kommunikation 520 Nervenzellen ................................................... Basiskonzept: Struktur und Funktion .................. Synapse ........................................................... EXTRA >> Plastizität von Synapsen .................... Material: Synapsengifte ..................................... Gehirndoping.................................................... Material: Gehirndoping ..................................... Lernen ............................................................ Verrechnung an Synapsen .................................. 260 261 276 277 278 308 309 307 280 Das Hormonsystem des Menschen ...................... Die Schilddrüse und die Wirkungen ihrer Hormone Die hormonelle Regulation des Blutzuckerspiegels ............................................ Basiskonzept: Steuerung und Regelung ............... Hormonklassen und ihre Wirkungsmechanismen . Vernetzung und Regulation im Hormonsystem ..... Stress .............................................................. Material: Auswirkungen von Stress ..................... Material: Hormone und Biorhythmus ................... 310 312 Vom Reiz zur Reaktion ...................................... Reflexe ............................................................ Bioelektrizität .................................................. EXTRA >> Potenzial ........................................ 258 262 264 265 10 314 315 316 318 320 322 323 Natura Biologie Oberstufe (Ausgabe 2016, ISBN: 978-3-12-049131-6) Einblick in steuernde und koordinierende Funktionen des Nervensystems - Koordination von Bewegungen - Reflexbögen - motorische Systeme Kenntnis der Reizaufnahme bei Tieren - Bau und Funktion eines Sinnesorgans - Codierung und Verrechnung von Informationen Kenntnis der Reizverarbeitung im menschlichen Zentralnervensystem - Gehirn und Rückenmark; funktionelle - Asymmetrie und Vernetzung - Einblick in die Muskelphysiologie - Muskelaufbau - Steuerung der Muskelkontraktion Modellexperiment zum Gleichgewichtspotenzial .. Praktikum: Membranpotenzial ........................... Das Ruhepotenzial ............................................ Potenzialänderungen ........................................ Material: Erforschung des Aktionspotenzials ........ Codierung ........................................................ Erregungsweiterleitung ..................................... 266 267 268 270 272 273 274 Sinne des Menschen .......................................... Riechsinneszellen ............................................. Material: Riechen und Schmecken ....................... Das Auge des Menschen ..................................... Lichtsinneszellen .............................................. Adaptation ...................................................... Material: Adaptation ......................................... Kontrastverstärkung ......................................... Farbensehen .................................................... EXTRA >> Rot-Grün-Sehschwäche ..................... 282 284 285 286 288 290 291 292 294 295 Nervensystem des Menschen ............................. Das menschliche Gehirn .................................... EXTRA >> Evolution des Gehirns ....................... Sehwahrnehmung im Gehirn .............................. Material: Methoden der Hirnforschung ................ Neurodegenerative Erkrankungen ....................... Emotionen ....................................................... 296 298 299 300 302 304 306 Die Muskelkontraktion benötigt Energie ................ 88 Lernen und Gedächtnis Überblick über verschiedene Lernprozesse/Kenntnis verschiedener Lernprozesse - einfache Lernformen, z.B. Konditionierungen, Habituation, Lernen am Erfolg/Misserfolg - komplexe Lernformen, z.B. Prägung, spontan neukombiniertes Verhalten - Lernen am Erfolg/Misserfolg - Nachahmung - Einsichtiges Verhalten Anpassung von Verhaltensweisen ....................... Prägung .......................................................... Material: Prägungsexperimente .......................... Konditionierung ............................................... Lernen und Selbsterkennen bei Tieren ................ Material: Experimente zum Lernen und zum Bewusstsein bei Tieren ...................................... Lernen und Intelligenz beim Menschen ............... Basiskonzept: Information und Kommunikation ... Neurodegenerative Erkrankungen ....................... 11 340 342 343 344 346 348 350 351 304 Natura Biologie Oberstufe (Ausgabe 2016, ISBN: 978-3-12-049131-6) Einblick in die Neurobiologie des Lernens - Änderungen auf zellulärer Ebene - Gedächtnis - Erkenntnis, Intelligenz und Bewusstsein Verhaltensvielfalt Einblick in Verhaltensdeterminanten/Kenntnis erbbedingter und erfahrungsbedingter Verhaltensanteile und ihre Interpretation durch die Verhaltenswissenschaften - Fragestellungen und Methoden der Ethologie - Reflexe und Erbkoordination - Handlungsbereitschaft und deren Veränderung - Auslösereize und Filtermechanismen - Zusammenwirken endo- und exogener Verhaltensursachen - Sozialverhalten: Zusammenleben in der Gruppe; verhaltensökologische Aspekte Reizverarbeitung und Bewegung bei Pflanzen und Einzellern Emotionen ....................................................... 306 Lernen ............................................................. 307 Fragestellungen der Verhaltensforschung ............ Material: Verhalten beobachten, messen und deuten ............................................................. Genetisch bedingte und erlernte Verhaltenskomponenten ................................................... EXTRA >> Kaspar-Hauser-Experimente ............. Instinktverhalten .............................................. Praktikum: Verhaltensbiologische Untersuchungen an Zebrabuntbarschen ...................................... Material: Attrappenversuche bei Silbermöwen ...... Konditionierung ............................................... 330 332 334 335 336 338 339 344 Evolution der Informationsverarbeitung Sozialverhalten des Menschen Menschliches Verhalten .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 350 Sozialverhalten bei Tieren Wissenschaftshistorische Betrachtung Glück, Schmerz und Sucht Emotionen .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 306 Lernen .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 307 Gehirndoping .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 308 Stress Lernen Biologische Rhythmen Soziobiologie/Verhaltensökologie Verhalten und reproduktive Fitness .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 472 Material: Verhalten und reproduktive Fitness .. . . . . . . . . 473 Verhaltensentwicklung Verhaltensbeobachtung Material: Verhalten beobachten und messen .. . . . . . . . . 332 Geschichte der Verhaltensforschung .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 334 12 Natura Biologie Oberstufe (Ausgabe 2016, ISBN: 978-3-12-049131-6) Leitthema 5: Vererbung und Selbstorganisation lebender Systemen Cytogenetik Kenntnis der vererbungsregeln/Kenntnisse von grundlegenden Vorgängen der Zellteilung - Mitose- und Meiosephasen - MENDELsche Regeln - Chromosomentheorie der Vererbung - Crossing-over, Genkopplung - Polygenie, Polyphänie - nichtchromosomale Vererbung - Mutationen, Modifikationen - geschlechtschromosomal gebundene Vererbung Molekulargenetik Einblick in Struktur und Funktion von Nukleinsäuren/Kenntnis von Struktur und Funktion der Nukleinsäuren - Bau der Nukleinsäuren - Replikation - Mechanismus der Proteinbiosynthese - Umsetzung genetischer Informationen in Merkmale - Regulation der Proteinbiosynthese - Beeinflussung der Proteinbiosynthese durch äußere Einflüsse (Modifikation, Variabilität, Reaktionsbreite) Basiskonzept: Reproduktion ......................... 516 Zellzyklus — Mitose und Interphase ...................... 36 Meiose und die Bildung der Keimzellen ................ 174 Gene und Merkmale .......................................... 176 Gregor Mendel — Entdecker der Vererbungsregeln 178 Klassische Verfahren der Humangenetik .............. 180 Material: Erbgänge ........................................... 182 Chromosomenanalyse beim Menschen ................ 184 Down-Syndrom ................................................ 186 Polygenie ........................................................ 187 Mutationen ...................................................... 168 Die chemische Natur des genetischen Materials .... Material: Das Experiment von Hershey und Chase . Die Nucleinsäuren DNA und RNA ........................ Die Verdopplung der DNA bei Eukaryoten ........... Material: Replikation der DNA ............................ Praktikum: DNA-Isolierung ................................ PCR — DNA-Replikation im Reagenzglas ............. Material: Polymerasekettenreaktion (PCR) ........... Transkription — der erste Teil der Protein-biosynthese ..................................................... Genetischer Code .............................................. Material: Genetischer Code ............................... Translation — die Funktion von t-RNA und Ribosomen ....................................................... EXTRA >> Spezifität der t-RNA — die WobbleTheorie ............................................................ Translation — ein Protein entsteht ...................... Proteinbiosynthese bei Pro- und Eukaryoten ....... Genregulation bei Prokaryoten ........................... Regulation der Proteinbiosynthese bei Eukaryoten Material: Genregulation bei Eukaryoten ............... Mutationen ...................................................... DNA-Reparatur ................................................ Erweiterter Genbegriff ...................................... 13 144 145 146 148 150 151 152 153 154 156 157 158 159 160 162 164 166 167 168 170 172 Natura Biologie Oberstufe (Ausgabe 2016, ISBN: 978-3-12-049131-6) Material: Mutagene Wirkungen .......................... 173 Sequenzierung der DNA .................................... 188 Methode: Gel-Elektrophorese ............................. 189 Der genetische Fingerabdruck ............................ 190 Genom, Proteom und Epigenom in der Forschung . 192 EXTRA >> Echtzeit-PCR .................................... 193 Material: Gene und Umwelt ................................ 194 Material: Erforschung von Krankheiten mithilfe von Knockout-Mäusen Material: Chorea Huntington .............................. 196 Alterung von Zellen ........................................... 198 Grundlagen der Entwicklung Einblick in die Keimesentwicklung unter besonderer Berücksichtigung der menschlichen Entwicklung/Kenntnis von Schlüsselprozessen des Entwicklungsgeschehens - Wachstum (Zellvermehrung, Zellvergrößerung); - Differenzierung (Spezialisierung in Form und Funktion) - Morphogenese (Ausbildung der Körperorganisation und -symmetrie) - Embryonalentwicklung des Menschen - Schädigende Einflüsse auf die (menschliche) Entwicklung Gentechnologie Einblick in die Gentechnologie/Überblick über Gentechnologie - Viren- und Bakteriengenetik - Herstellungsmethoden rekombinierter DNA - Eine Methode/Methoden der Genübertragung - gentechnologische Anwendungsbereiche Einsicht in Verfahren der Technikfolgenabschätzung, Bewusstsein der Chancen und Risiken - reaktive und innovative Technikbewertung - Prinzip Verantwortung - Ethik der Gentechnologie Formen der Fortpflanzung Zellzyklus — Mitose und Interphase ...................... 36 Zelldifferenzierung ............................................. 40 Keimesentwicklung von der Zygote bis zur Blastocyste ....................................................... 200 Basiskonzept: Reproduktion .............................. 201 Pränatale Diagnostik ......................................... 202 Stammzellen .................................................... 204 Assistierte Reproduktion ................................... 206 Klonen ............................................................ 208 Material: Präimplantationsdiagnostik .................. 209 Tier- und Pflanzenzüchtung ............................... 210 Material: Züchtungsmethoden ............................ 212 Bakterien ........................................................ Anwendungsgebiete der Gentechnik ................... Grundprinzipien der Gentechnik ......................... Gentherapie ..................................................... Material: Gentechnik in der Medizin .................... Gentechnik in der Landwirtschaft ....................... Material: Gen-Ethik ........................................... Synthetische Biologie ........................................ 234 214 216 218 220 222 224 226 Züchtung Sequenzierung der DNA. . . . . . . . …………… . . . . . . . . . 188 14 195 Natura Biologie Oberstufe (Ausgabe 2016, ISBN: 978-3-12-049131-6) DNA-Analyse Immunbiologie Der genetische Fingerabdruck .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 190 Genom, Proteom und Epigenom in der Forschung . . . . . . . . . . 192 Material: Gene und Umwelt .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 194 Gene und Umwelt Schlüsselprozesse der Entwicklung Ethik und Technik Alterungsprozesse Krebs – Gene außer Kontrolle Manipulation der Fortpflanzung Allergien Erbkrankheiten des Menschen Leitthema 6: Entstehung und Veränderung lebender Systemen Entstehung der Artenvielfalt Einblick in die Evolutionstheorien/Überblick über die historische Entwicklung des Evolutionsgedankens - LAMARCK, CUVIER, LYELL - DARWIN, Synthetische Evolutionstheorie/und die weitere Entwicklung der Evolutionstheorie Einblick in das Zusammenwirken der Evolutionsfaktoren - Mutation, Variation, Rekombination, Gendrift - Selektion, Isolation - Art und Artenbildung/allopatrische und sympatrische Artbildung, adaptive Radiation Pränatale Diagnostik ......................................... Stammzellen .................................................... Assistierte Reproduktion ................................... Klonen ............................................................ Material: Präimplantationsdiagnostik .................. 202 204 206 208 209 Basiskonzept: Geschichte und Verwandtschaft 512 Mutationen ...................................................... Die Entstehung der Evolutionstheorie ................. Variabilität ...................................................... Material: Variabilität ......................................... Selektion ......................................................... Material: Industriemelanismus ........................... Die Synthetische Evolutionstheorie ..................... EXTRA >> Die Evolutionstheorie als Theorie ....... Allopatrische Artbildung ................................... Rassenkreis und Art .......................................... Sympatrische Artbildung ................................... Adaptive Radiation ........................................... EXTRA >> Antibiotikaresistenz .......................... Gendrift .......................................................... Praktikum: Simulationsexperiment zur Gendrift ... Das Hardy-Weinberg-Modell............................... Material: Genpool und Evolution ........................ Abstammung, Verwandtschaft 15 168 436 438 439 440 442 444 445 446 448 449 450 453 456 457 458 460 Natura Biologie Oberstufe (Ausgabe 2016, ISBN: 978-3-12-049131-6) Kenntnis von Belegen für die Evolution - Homologie, Analogie und Konvergenz - Embryologie, Ethologie, Serologie, Molekularbiologie, Paläontologie Einblick in Anpassungsleistungen/Kenntnis von Anpassung als selektionsbedingtem Prozess - Präadaptation - Nischenbildung - Koevolution Evolution des Menschen Kenntnis der Evolution des Menschen - Vergleich Pongidae - Hominidae - Modelle zum Hominidenstammbaum - Gattungs-, Art- und Rassenbegriff - Fossile Dokumente der Menschwerdung - Biologische Grundlagen der Hominisation - Eigenart des Menschen: z.B. Weltoffenheit, Instinktreduktion, aufrechter Gang, Mängelwesen, Kosmopolit - kulturelle Entwicklung: Jäger-, Sammler-, Agrar-, Industrieund Informationsgesellschaft - die Zukunft des Menschen - Evolutionsökologie Erdgeschichte und Geschichte des Lebens Kenntnis von Hypothesen zur chemisch-physikalischen Evolution und der Evolution der Zelle - Entstehung des Universums und der Erde molekularbiologische Modelle - Entstehung organischer Moleküle - Endosymbiontentheorie Einblick in die Entfaltung der Lebewesen in den einzelnen Erdzeitaltern - Auftreten bestimmter Pflanzen- oder Tiergruppen - Fossilisation und Datierung - Stammbäume Homologie und Analogie .................................... Präadaptation .................................................. Material: Koevolution ........................................ Fragestellungen der Verhaltensforschung ............ Methoden der Altersbestimmung von Fossilien .... Molekulare Hinweise auf Verwandtschaft ............ 462 452 454 330 466 468 Menschenaffen ................................................. Entwicklungsschritte beim Menschen ................. EXTRA >> Aufrechter Gang und Oberschenkelhals Fossilfunde des Menschen ................................. Neandertaler und moderner Mensch ................... Material: Hypothesen zum aufrechten Gang ......... Material: Forschungsmethoden .......................... Verwandtschaft heutiger Menschen .................... Kulturelle Evolution .......................................... 480 482 483 484 486 488 489 490 492 Entstehung des Lebens ...................................... 494 Basiskonzept: Geschichte und Verwandtschaft ..... 495 Material: Die Entstehung des Lebens ................... 496 Kreationismus .................................................. 497 Die Evolution der Lebewesen auf der Erde ........... 498 EXTRA >> Eine moderne Endosymbiose ............. 499 Die Systematik der Lebewesen ........................... 500 Material: Endosymbiontentheorie ......................... 33 Darstellung stammesgeschichtlicher Verwandtschaft ................................................ 464 Material: Kladogramme ..................................... 465 16 Natura Biologie Oberstufe (Ausgabe 2016, ISBN: 978-3-12-049131-6) Wissenschaftstheoretische Reflexion der Evolutionstheorie Modelle zur Evolution Soziobiologie Primatenradiation Der Mensch – zwischen Freiheit und Normen Methoden der Altersbestimmung von Fossilien .... Material: Lebende Fossilien und Brückentiere ...... Molekulare Hinweise auf Verwandtschaft ............ Material: Stammesgeschichtliche Verwandtschaft . Die Synthetische Evolutionstheorie ..................... EXTRA >> Die Evolutionstheorie als Theorie ....... 466 467 468 470 444 445 Entstehung des Lebens ...................................... 494 Verhalten und reproduktive Fitness .................... Material: Verhalten und reproduktive Fitness ....... Geschlechter und Fortpflanzungserfolg ............... Material: Einflüsse auf den Fortpflanzungserfolg .. Reproduktive Fitness und Helfer ..................................... 472 473 474 476 478 Menschenaffen ................................................. 480 Entwicklungsschritte beim Menschen ................. 482 EXTRA >> Aufrechter Gang und Oberschenkelhals 483 Gehirn und Geist Die Zukunft des Menschen Die Sprache des Menschen Der Mensch als Schaffender Der Mensch als Spielender Der Mensch als Liebender Der Mensch als Erkennender 17
