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Inhaltsverzeichnis Einleitung Biologie auf allen Ebenen ..........................................................................................5 Überblick zu den Unterrichtsbausteinen ....................................................................7 Hinweise zur Struktur der Publikation ........................................................................9 Basiskonzept Organisationsebenen: Kurs zum Üben des Ebenenwechsels ...........11 Nervensystem Medizinische Detektivarbeit .....................................................................................13 Aufbau der Nervenzelle ...........................................................................................17 Sinnesleistungen Das Bild wird scharf .................................................................................................27 Sehen auf verschiedenen Ebenen betrachtet ..........................................................33 Fehlsichtigkeiten des Auges ....................................................................................37 Bau und Funktionsweise des Innenohrs ..................................................................45 Hormone Riesenwuchs (Akromegalie) ...................................................................................49 Diabetes mellitus .....................................................................................................55 Stress im Schulalltag ...............................................................................................61 Immunsystem Bakterielle Infektion (Teil A und B) ..........................................................................65 Unspezifische und spezifische Immunantwort .........................................................81 Fehlfunktionen des Immunsystems .........................................................................91 Wirkungsweise von Antibiotika ................................................................................95 In 100 Jahren resistent gegen HIV ..........................................................................99 Aktive und passive Immunisierung ........................................................................113 Stoffwechsel des Menschen Kwashiorkor ...........................................................................................................119 Essen Zellen Schinkenbrote? ................................................................................125 Sportpraktikum I ....................................................................................................143 Sportpraktikum II ...................................................................................................149 Zöliakie ..................................................................................................................155 Blutkreislaufsystem und Herz ................................................................................161 Druck und Geschwindigkeit im Kreislaufsystem ....................................................179 Evolution der Lunge ...............................................................................................183 Energietransport in einer Zelle...............................................................................189 Schädigung der inneren Organe Informationsbroschüre zu Erkrankungen des Herz-Kreislauf-Systems ..................193 Grundlegende Wechselbeziehungen zwischen Lebewesen Körperbau und Lebensraum ..................................................................................197 Populationswachstum ............................................................................................203 Lernzirkel zum Ökosystem Korallenriff ..................................................................209 Lehrerinformation Erstellt von Diana Martinis und Lothar Truernit Sehen auf verschiedenen Ebenen betrachtet Lehrplanbezüge 9.1 Informationsaufnahme und Informationsverarbeitung durch Nerven- und Hormonsystem Sinnesleistungen Sehen als Leistung von Sinnesorgan und Gehirn; Beeinträchtigungen des Sehvermögens Basiskonzept/e: Organisationsebenen, Struktur und Funktion Bezug zu den Bildungsstandards Fachwissen Erkenntnisgewinnung Kommunikation Bewertung F 1.5, F 2.4 II --K 4, K 8 II/III --- Vorwissen Kein Vorwissen nötig Erforderliche Kompetenzen Auswerten von Informationen aus dem Schulbuch Materialien Informationsblatt, Aufgabenblatt, Schulbuch Zeit 1 - 2 Schulstunden Ziele des Bausteins Die Schülerinnen und Schüler sollen die Organisationsebenen Organismus, Organsystem, Organ, Gewebe und Zelle nennen und anhand eines Beispiels beschreiben können. Geförderte Standards Die Schülerinnen und Schüler wechseln zwischen den Systemebenen (F 1.5). Sie beschreiben und erklären Struktur und Funktion von Organen und Organsystemen, z. B. bei der Informationsverarbeitung (F 2.4). Die Schülerinnen und Schüler werten Informationen zu biologischen Fragestellungen aus verschiedenen Quellen zielgerichtet aus (K 4), erklären biologische Phänomene und setzen Alltagsvorstellungen dazu in Beziehung (K 8). Hinweise zur Umsetzung Einstieg mit Informationsblatt Bearbeitung der Aufgaben (Aufgabenblatt, Schulbuch) in Einzel- oder Partnerarbeit evtl. Zwischenbesprechungen nach den einzelnen Aufgaben (Lehrer-Schüler-Gespräch) oder Auslegen von Lösungen am Pult Abschlussbesprechung Anlage/n Informationsblatt, Aufgabenblatt 33 Sehen auf verschiedenen Ebenen betrachtet Sehen ist eine Leistung von ganz unterschiedlichen Organen, die in einem Lebewesen (Organismus) zusammenarbeiten. Das Auge registriert Licht, der Sehnerv leitet die Information über das Licht an das Gehirn weiter, das diese Information verarbeitet und letztlich erst das Bild in unserem Kopf erzeugt. Solch eine Gruppe von Organen, die eng miteinander zusammenarbeiten, bezeichnet man als ein Organsystem. Organsysteme bestehen also aus einzelnen Organen. Organe sind definiert als nach Bau und Funktion abgrenzbarer Teil vielzelliger Lebewesen. Das Auge z. B. hat die Aufgabe Licht zu registrieren und eine für das Gehirn verständliche Information daraus zu machen. Aber auch die einzelnen Organe bestehen aus Strukturen, die zusammenarbeiten. Wenn man das Auge genauer betrachtet, dann besteht es aus unterschiedlich aussehenden Unterstrukturen, die ihrerseits aus Zellen bestehen, die alle gleich spezialisiert sind. Solche Verbände von gleich spezialisierten Zellen bezeichnet man als Gewebe. Gewebe bestehen – wie bereits beschrieben – aus noch kleineren Strukturen, den Zellen. Eine Zelle ist die kleinste Bau- und Funktionseinheit eines Lebewesens. Biologische Strukturen und biologische Funktionen kann man auf ganz unterschiedlichen Ebenen betrachten. Diese Ebenen (im Infotext fett gedruckt) bezeichnet man als Organisationsebenen. 34 Sehen auf verschiedenen Ebenen betrachtet – Aufgaben 1) Informiere Dich mithilfe deines Schulbuchs über den Aufbau des Auges und die Funktion der einzelnen Strukturen. 2) Ordne die folgenden Strukturen den einzelnen Organisationsebenen (Organsystem, Organ, Gewebe, Zelle) zu. Struktur Organisationsebene Struktur Organisationsebene Netzhaut Ziliarmuskel Linse Stäbchen Aderhaut Lederhaut Auge Zapfen 3) Ordne die folgenden Funktionen des Auges den einzelnen Strukturen und Organisationsebenen (Organsystem, Organ, Gewebe, Zelle) zu. Mehrfachnennungen sind hier manchmal möglich. Funktion Abgrenzung des Auges nach außen, Schutz Struktur Organisationsebene Übersetzung von Lichtreizen in einen elektrischen Impuls Fokussierung des einfallenden Lichts auf die Netzhaut Versorgung der Netzhaut 4) Ordne die folgenden Aussagen einer Organisationsebene (Organsystem, Organ, Gewebe, Zelle) zu. Begründe deine Zuordnung. Aussage Organisationsebene Die Sehsinneszellen (Stäbchen, Zapfen) wandeln den Lichtreiz in einen elektrischen Impuls um. Peter sieht ein Auto auf ihn zukommen und kann gerade noch auf die Seite springen. Ein Katarakt („Grauer Star“) ist eine Erkrankung des Auges, bei der es zu einer Trübung der Linse kommt. Durch die fortschreitende Trübung der Linse kommt es zu einer Abnahme der Sehschärfe. Patienten mit einem Katarakt sehen alles verschwommen. Menschen, denen eine bestimmte Zapfensorte fehlt, haben eine Farbfehlsichtigkeit. Unterschiedliche Zapfen sind für unterschiedliche Wellenlängen des Lichts (Farben) empfindlich. 35 Begründung Sehen auf verschiedenen Ebenen betrachtet – Aufgabenlösungen 1) Informiere Dich mithilfe deines Schulbuchs über den Aufbau des Auges und die Funktion der einzelnen Strukturen. 2) Ordne die folgenden Strukturen den einzelnen Organisationsebenen (Organsystem, Organ, Gewebe, Zelle) zu. Struktur Organisationsebene Struktur Organisationsebene Netzhaut Gewebe Ziliarmuskel Gewebe Linse Gewebe Stäbchen Zelle Aderhaut Gewebe Lederhaut Gewebe Auge Organ Zapfen Zelle 3) Ordne die folgenden Funktionen des Auges den einzelnen Strukturen und Organisationsebenen (Organsystem, Organ, Gewebe, Zelle) zu. Mehrfachnennungen sind hier manchmal möglich. Funktion Abgrenzung des Auges nach außen, Schutz Struktur Organisationsebene Lederhaut, Hornhaut Gewebe Übersetzung von Lichtreizen in einen elektrischen Impuls Stäbchen, Zapfen Netzhaut Auge Zelle Gewebe Organ Fokussierung des einfallenden Lichts auf die Netzhaut Linse Gewebe Versorgung der Netzhaut Aderhaut Gewebe 4) Ordne die folgenden Aussagen einer Organisationsebene (Organsystem, Organ, Gewebe, Zelle) zu. Begründe deine Zuordnung. Aussage Die Sehsinneszellen (Stäbchen, Zapfen) wandeln den Lichtreiz in einen elektrischen Impuls um. Peter sieht ein Auto auf ihn zukommen und kann gerade noch auf die Seite springen. Ein Katarakt („Grauer Star“) ist eine Erkrankung des Auges, bei der es zu einer Trübung der Linse kommt. Durch die fortschreitende Trübung der Linse kommt es zu einer Abnahme der Sehschärfe. Organisationsebene Begründung Zellen Diesen Prozess bewerkstelligt jede einzelne Zelle. Organsystem(e), Organismus Hierbei müssen Auge, Gehirn (Nervensystem) und Bewegungsapparat zusammenarbeiten. Gewebe Die Linse ist ein Gewebe. Die Linse kann ihre Funktion nicht mehr ausführen. Der Rest des Organs ist funktionstüchtig. Patienten mit einem Katarakt sehen alles verschwommen. Organsystem Menschen, denen eine bestimmte Zapfensorte fehlt, haben eine Farbfehlsichtigkeit. Organsystem Unterschiedliche Zapfen sind für unterschiedliche Wellenlängen des Lichts (Farben) empfindlich. Zellen 36 Der Sinneseindruck kommt erst durch das Zusammenspiel von Auge und Gehirn zustande. Der Sinneseindruck kommt erst durch das Zusammenspiel von Auge und Gehirn zustande. Hier wird nur die Leistung der einzelnen Zellen (Empfindlichkeit für bestimmte Wellenlängen) betrachtet. Lehrerinformation Erstellt von Rainer Dieckmann und Dörthe Jag Fehlfunktionen des Immunsystems Lehrplanbezüge 9.4 Immunsystem und Abwehr von Krankheitserregern Bezug zu den Bildungsstandards Fachwissen Erkenntnisgewinnung Kommunikation Basiskonzept/e: Steuerung und Regelung Bewertung F 1.4, F 1.5 II K 8, K 10 II - Vorwissen Die Schüler kennen die Funktionsweise des Immunsystems und wissen, wie man eine Mind-Map erstellt. Erforderliche Kompetenzen Erkennen von Zusammenhängen zwischen Ursache und Wirkung. Erstellen einer Mind-Map und Argumentieren mit selbiger. Materialien Arbeitsblatt und Lösungsfolie Zeit 30 min Ziele des Bausteins Die Schülerinnen und Schüler sollen anhand eines Informationstextes und mithilfe von Textbausteinen eine Mind-Map erstellen, welche einen Überblick über den Zusammenhang der biologischen Ursache mit den Symptomen dreier Fehlfunktionen des Immunsystems aufzeigt. Zudem sollen sie aus einem Text, in welchem die Krankheitssymptome eines Patienten formuliert sind, die vorliegende Fehlfunktion des Immunsystems ableiten. Geförderte Standards Die Schülerinnen und Schüler beschreiben und erklären Wechselwirkungen im Organismus, zwischen Organismen sowie zwischen Organismen und unbelebter Materie (F 1.4). Sie wechseln zwischen den Systemebenen (F 1.5), erklären biologische Phänomene, setzen Alltagsvorstellungen dazu in Beziehung (K 8) und wenden idealtypische Darstellungen, Schemazeichnungen, Diagramme und Symbolsprache auf komplexe Sachverhalte an (K 10). Hinweise zur Umsetzung Erster Teil des Arbeitsblattes: Text bis zu den Textbausteinen der drei Krankheitsbilder. Schüler arbeiten in Partnerarbeit. Lösungsfolie für Zwischenbesprechung im Plenum. Zweiter Teil des Arbeitsblattes: Text über Krankheitsbild gemeinsam lesen. Argumentieren mit Mind-Map im Plenum (Stichpunkte auf Lösungsfolie notiert). Anlage/n Arbeitsblatt und Lösungsfolie 91 Fehlfunktionen des Immunsystems Bubble-Babys – ein Leben in vollständiger Isolation: Das Bild zeigt ein so genanntes Bubble-Baby, das in einem hochsterilen Schutzzelt leben muss, da jede Infektion für das Kind lebensbedrohlich ist. Der Grund liegt darin, dass aufgrund eines Gendefektes das Immunsystem des Kindes nicht in der Lage ist eine ausreichende Anzahl von B- und/oder TLymphocyten zu produzieren. Diese Krankheit wird SCID (Severe Combined Immunodeficiency) genannt. Neben diesem selten auftretenden schwerwiegenden Defekt gibt es noch weitere, häufiger auftretende Erkrankungen des Immunsystems: Im Falle der Leukämie werden zu viele Leukocyten gebildet, weswegen diese Krankheit auch als Blutkrebs bezeichnet wird. Autoimmunerkrankungen haben ihre Ursache darin, dass die Unterscheidung zwischen fremden und körpereigenen Antigenen gestört ist. Dadurch wird durch körpereigene Antigene eine Immunantwort ausgelöst, die sich gegen verschiedene körpereigene Gewebe richtet. Deine Aufgabe besteht nun darin mit Hilfe der unten aufgelisteten Begriffe eine Mind-Map zu erstellen, die Dir einen Überblick über die Ursachen und die daraus resultierenden Folgen gibt. Neben den Informationen aus dem Text musst Du Dir die Folgen durch logisches Denken ableiten. Wenn Du die Aufgabe geschafft hast, lies den Text durch und stelle eine Krankheitsdiagnose. Erkläre anschließend plausibel die auftretenden Krankheitssymptome mit Hilfe der Mind-Map „17. Oktober 1827. Zu meiner Überraschung bemerkte ich (in Venedig) eine Erstarrung oder Undeutlichkeit der Empfindung in der Gegend der Schläfe über meinem linken Auge. In Florenz begann ich an einer Störung des Sehvermögens zu leiden: Um den 6. November herum nahm das Übel soweit zu, dass ich alle Dinge doppelt sah. Jedes Auge hatte sein eigenes Bild. Dr. Kissock nahm an, dass ein Übermaß an Galle die Ursache sei: zweimal wurden Blutegel im Bereich der Schläfe angesetzt, Einläufe wurden verabreicht, Erbrechen wurde ausgelöst und zweimal wurde ich zur Ader gelassen, was mit Schwierigkeiten verbunden war. Die Erkrankung meiner Augen klang ab, ich sah alle Dinge wieder natürlich in ihrem einzelnen Zustand. Ich war in der Lage auszugehen und zu spazieren. Nun begann sich eine neue Krankheit zu zeigen: Mit jedem Tag stellte ich fest, dass mich schrittweise meine Kraft verließ. Eine Taubheit und Empfindungstörungen traten an Steißbein und Damm auf. Schließlich hatte mich die Kraft der Beine um den 4. Dezember herum fast ganz verlassen. Ich verblieb in diesem außergewöhnlichen Zustande der Schwäche für etwa 21 Tage ….“ 92 Mangel an B‐Lymphocyten Mangel an T‐Lymphocyten 93 Anämie (Sauerstoffarmut in Geweben) Diabetes Keine Insulinproduktion Sehnerves (Sehstörungen) Kleinhirnes (koordinative Störungen) Hüllzellen der Nervenfasern, z.B. des Die Diagn nose zum beschriebenen Krankheitsbild d: Autoimmunerkrankung, da Sehstörung gen. Abklingen n der Augen nerkrankung, da d Verringerung der Anzah hl der Antikö örper durch Blu utentnahme. Dann D Hüllzellen n der Nerve enfasern betro offen. Beruht auf derselben n Ursache. Zellen der Bauchspeicheldrüse Produktion von Autoantikörpern gegen Auslösung einer Immunantwort Körpereigene Antigene werden als fremd erkannt Vermehrte Bildung von Leukocyten Verminderung der sonstigen Blutbestandteile Autoimmunerkrankung Leukämie Fehlfunktionen des Immunsystems SCID Ausfall der humoralen Immunantwort Ausfall der zellulären Immunantwort Prophylaktische Maßnahme Schutz vor Infekten Lösung gsfolie zu u Fehlfun nktionen des d Immu unsystem ms:
