natura - Klett
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NATURA 7|8 Biologie für Gymnasien bearbeitet von Roman Remé Christian Steinert Niedersachsen 7/8 Lösungen Ernst Klett Verlag Stuttgart · Leipzig 1. Auflage, 2008 Das Werk und seine Teile sind urheberrechtlich geschützt. Jede Nutzung in anderen als den gesetzlich zugelassenen Fällen bedarf der vorherigen schriftlichen Einwilligung des Verlages. Hinweis § 52 a UrhG: Weder das Werk noch seine Teile dürfen ohne eine solche Einwilligung eingescannt und in ein Netzwerk eingestellt werden. Dies gilt auch für Intranets von Schulen und sonstigen Bildungseinrichtungen. Fotomechanische oder andere Wiedergabeverfahren nur mit Genehmigung des Verlages. © Ernst Klett Verlag GmbH, Stuttgart 2008. Alle Rechte vorbehalten. www.klett.de Autoren: Roman Remé, Christian Steinert unter Mitarbeit von: Sabine Hild, Richard Müller, Peter Scheller, Horst Schneeweiß, Christina Winger u. a. Redaktion: Detlef Eckebrecht Mediengestaltung: Andrea Lang Gestaltung: Normaldesign GbR, Schwäbisch Gmünd Illustrationen: Jörg Mair, München Printed in Germany ISBN 978-3-12-045771- Inhalt Arbeitsmethoden in der Biologie 4 1 Pflanzenernährung 5 1.1 Pflanzen betreiben Fotosynthese 5 1.2 Die Sonne liefert Energie für alle 8 2 Atmung, Blutkreislauf und Ernährung des Menschen 10 2.1 Atmung beim Menschen 10 2.2 Blutkreislauf des Menschen 12 2.3 Ernährung des Menschen 13 3 Sinneswahrnehmung 19 3.1 Sehen 19 3.2 Hören 22 3.3 Weitere Sinne 25 4 Ökologie 26 4.1 Wald 26 4.2 Gewässer 29 5 Evolution und Stammesgeschichte 32 5.1 Evolutionsmechanismen 32 5.2 Stammbäume 35 6 Sexualität des Menschen 37 6.1 Biologische Grundlagen menschlicher Sexualität 37 6.2 Zur Sexualität des Menschen 39 Basiskonzepte 40 3 Inhalt Arbeitsmethoden in der Biologie Methoden: Experimentieren (Seite 8) A1 Entwickle eine weitere Hypothese zur Ausgangsfrage. – Zucker entsteht erst im Mund, da Hilfsstoffe im Speichel Stärke in Zucker umwandeln. A2 Begründe, welche der beiden Beispielhypothesen grundlegende und welche darauf aufbauende Aussagen enthält. – Die erste Hypothese ist grundlegend, da für die zweite Hypothese der Zucker in den Keimlingen bereits vorausgesetzt wird. A3 Beschreibe die Funktion von Reagenzglas B im Beispielversuch. – Reagenzglas B dient der Kontrolle. Erst der Vergleich von Reagenzglas A und B erlaubt eine Aussage zum Grund der Veränderung in Reagenzglas A. Methoden: Informationen beschaffen — recherchieren (Seite 10/11 A1 Überprüfe anhand eines Bestimmungsbuches das Aussehen der Raupen von C-Falter und Tagpfauenauge. Vergleiche mit der Abbildung 1. – Die Raupen des C-Falters enthalten weiße Flecken, die des Tagpfauenauges sind einheitlich schwarz und besitzen wie die Raupen in Abbildung 1 rote Hilfsfüßchen. A2 Schlage im Lexikon die Begriffe „C-Falter“, „Tagpfauenauge“ und „Raupe“ nach. Beurteile die Nützlichkeit der gefundenen Einträge für die Beispielrecherche. – Unter den Begriffen „C-Falter“, „Tagpfauenauge“ und „Raupe“ finden sich keine detaillierten Informationen zu den gesuchten Tieren. Das Lexikon ist hier weniger geeignet als ein Biologie­ lexikon oder ein Bestimmungsbuch. A3 Gib in eine Suchmaschine das Schlüsselwort „Larve“ ein und notiere die Anzahl der Fundstellen. Verfahre ebenso mit der Schlüsselwortkombination „Larve Tagpfauenauge“. Beschreibe den Unterschied. – Anzahl der Fundstellen: ca. 1 240 000 für „Larve“ und ca 1500 für „Larve Tagpfauenauge“. Durch zwei Schlüsselwörter wird die Anzahl der Fundstellen eingegrenzt und damit die Trefferquote für die gewünschte Information größer. Methoden: Bewerten (Seite 14/15) A1 Gib eine weitere Handlungsmöglichkeit für den Verbraucher an. – Beispiel für eine weitere Handlungsmöglichkeit: Der Kauf von Eiern aus Käfighaltung wird dann vermieden, wenn andere Eier einen bestimmten Preis nicht überschreiten. A2 Bestimme aus der Liste die kurzfristigen und die langfristigen Handlungsmöglichkeiten. – Die Handlungsmöglichkeiten für den Gesetzgeber sind mittel- bis langfristig umsetzbar, die für den Verbraucher dagegen kurzfristig. A3 Ergänze die Werteliste für die Punkte d) und e) der Handlungsmöglichkeiten. – zu d): Das Wohl des tieres steht über dem Bedürfnis des Menschen nach kostengünstigen Eiern. zu e): Das Recht des Menschen auf günstige Eier lässt auch die Käfighaltung zu. A4 Gib für jeden Wert aus dem Beispiel deinen persönlichen Rang an. – individuelle Lösung A5 Vervollständige die Liste der Ziele und Motive für die Handlungsmöglichkeiten d) und e). – zu d): Durch das Kaufverhalten soll die Haltungssituation nicht verschlechtert werden. zu e): Ich möchte mit dem mir zur Verfügung stehenden Geld möglichst viele Produkte erhalten. A6 Ermittle auch für die Handlungsmöglichkeiten c) bis e) die Folgen. – zu c): Aufwändige und mit Kosten verbundene Umstellung der Betriebsabläufe durch die Kennzeichnungspflicht. — zu d): Für einige Produkte gibt es kaum Ersatz aus Nicht-Käfighaltung. Auf diese müsste dann verzichtet werden. — zu e): Wenn viele Menschen diese Handlungsmöglichkeit berücksichtigen wird von Käuferseite kein Einfluss auf die Produktionsbedingungen ausgeübt, ohne Einschreiten des Gesetzgebers keine Veränderung der Haltungsform. A7 Begründe deine persönliche Entscheidung für das Problem der Hühnerhaltung. – individuelle Lösung 4 Arbeitsmethoden in der Biologie 1 Pflanzenernährung 1.1 Pflanzen betreiben Fotosynthese Die Zelle — Grundbausteine aller Lebewesen (Seite 20) A1 Fasse die Zellbestandteile zusammen und ordne ihren eine Funktion zu. – Zellwand: Stabilität, Festigkeit, Schutz; Zellkern: Steuerung aller Lebensvorgänge, Sitz der Erbinformation; Vakuole: Speicherraum, Festigkeit; Plasmahaut: umgibt die Vakuole und regelt, welche Stoffe hinein und heraus können; Chloroplasten: Ort der Fotosynthese; Mitochondrien: Ort der Zellatmung Praktikum: Arbeiten mit dem Mikroskop (Seite 22) A1 Vergleiche den Aufbau deines Schulmikroskops mit unserer Abbildung. Vergleiche und benenne die Teile. – Die funktionswichtigen Bauteile sind an (fast) allen Schulmikroskopen vorhanden und lassen sich leicht erkennen. Folgende Teile können benannt werden: Okular, Tubus, Objektiv, Objektivrevolver, Objekttisch, Blende, Kondensor, Lichtquelle, Stativ, Triebrad. A2 Wenn man die Vergrößerungen von Objektiv und Okular multipliziert, erhält man die Gesamtvergrößerung. Berechne die möglichen Werte für dein Mikroskop. – Man kann die Berechnungen durchführen lassen. Zusatzfragen machen die Dimensionen anschaulicher, z. B.: „Wie groß wäre ein Stecknadelkopf, wenn er 100fach vergrößert wäre?“ (Bei einem Millimeter realer Größe wäre er 10 cm im Durchmesser.) A3 Lege ein Stückchen Millimeterpapier auf den Objekttisch und miss damit dein Beobachtungsfeld aus. Notiere dir die Werte für die verschiedenen Objektive. So kannst du später leichter die wirkliche Größe eines Objektes abschätzen. – Bei 40facher Vergrößerung werden etwa 7 mm2 Fläche erfasst. Der Gesichtsfelddurchmesser beträgt rund 3,0 mm. Bei 100facher Vergrößerung sind knapp 1,5 mm2 zu sehen, bei einem Durchmesser des Beobachtungsfeldes von 1,2 mm. Anmerkung: Bei 400facher Vergrößerung kommt es oft vor, dass überhaupt keine Linie des Millimeterpapiers im Gesichtsfeld liegt. Hier können Schüler erkennen, wie wichtig es ist, mit der geringsten Vergrößerung zu beginnen. Erst durch Verschieben des Papiers wird der Balken sichtbar. A4 Lege ein Haar, eine Stecknadel und einen Wollfaden auf das Millimeterpapier und gib deren Dicke an. – Dicke eines Haares: zwischen 0,05 und 0,08 mm; Dicke einer Stecknadel: etwa 0,5 mm; Dicke eines Wollfadens: sehr unterschiedlich. Anmerkung: Schüler haben oft Probleme, das Haar so zu fixieren, dass mit dem 40er-Objektiv etwas zu erkennen ist. Es empfiehlt sich jetzt der Übergang zum Nasspräparat. Modell der Zelle (Seite 23) A1 Stelle den Bestandteilen des hier verwendeten Modells die Bestandteile in der Realität (also bei einer Zelle) gegenüber. – Modell: Realität; Schachtel: Zellwand; Plastiktüte oder Ballon (Außenhaut): Plasmahaut; Plastiktüte oder Ballon (Innenraum): Vakuole; aus Knete geformte Bälle: Zellorganellen wie Zellkern, Chloroplasten, Mitochondrien A2 Nimm einen Schuhkarton und einige andere selbst gewählte Gegenstände und bastle dein eigenes Zellmodell einer Pflanzenzelle. Vergleiche dein Modell kritisch mit der Realität. – kritischer Vergleich: • unterschiedliche Materialien • Das Modell lebt nicht, die Zelle schon. • Im Modell laufen keine Vorgänge ab wie etwa die Steuerung der Zelle im Zellkern oder die Fotosynthese im Chloroplasten. • Im Modell werden weder Stoffe ausgetauscht noch umgesetzt, wie etwa bei der Fotosynthese. A3 Entwickle ein Modell für eine Tierzelle. – Grundsätzlich ähnlich wie das Modell einer Pflanzenzelle, allerdings dürfen weder Zellwand noch Chloroplasten vorkommen. Statt der Zellwand kann eine weitere, um die Organellen liegende Plastiktüte verwendet werden. 5 Pflanzenernährung Der Blattquerschnitt (Seite 24) A1 Auf dieser Seite finden sich Beispiele für die Basiskonzepte „Struktur und Funktion“ sowie „Steuerung und Regelung“. Benenne sie und erläutere sie kurz. – Die Verdickung der Epidermis stellt einen Schutz gegen Wind und Fraß dar. Ebenso schützt die außen liegende Kutikula vor Feuchtigkeit. Im Palisadengewebe ist die Chloroplastendichte besonders hoch, da hier der Lichteinfall sehr stark ist. So kann das Licht effektiv ausgenutzt werden. Durch Spaltöffnungen und Interzellularen werden vor allem die chloroplastenreichen Zellen mit dem für die Fotosynthese benötigten Kohlenstoffdioxid versorgt. Spaltöffnungen können sich bei heißem oder trockenem Wetter schließen, sodass die Zelle nicht zu viel Wasser verdunstet. Dies schützt vor Austrocknung. Fotosynthese im Blatt (Seite 25) A1 Um nachzuweisen, dass für die Fotosynthese Licht notwendig ist, muss die Alufolie das Blatt lichtdicht, aber nicht luftdicht abschließen. Erkläre. – Wenn das Blatt licht- und luftdicht abgeschlossen wird, gelangt kein Licht und kein Kohlenstoffdioxid in das Blatt. Wenn dann keine Stärke gebildet wird, kann nicht geklärt werden, ob Licht oder Kohlenstoffdioxid oder beides für die Stärkebildung nötig ist. Praktikum: Fotosynthese (Seite 26/27) V1 Bereite die oben abgebildete Versuchsanordnung vor. Binde dazu einige Sprosse der Wasserpest vorsichtig zusammen. Achte darauf, dass der Trichter ganz mit Wasser gefüllt und der Hahn verschlossen ist. Belichte die Versuchsanordnung seitlich mit einem Diaprojektor. Bereits nach wenigen Minuten kannst du deine Beobachtungen formulieren. – Es steigen Gasbläschen auf. V2 Stelle das Glas mit der Wasserpflanze für einige Tage ans Fenster, bis sich genügend Gas unter dem Trichter angesammelt hat. Ob es sich bei dem Gas um Sauerstoff handelt, kannst du mit der Glimmspanprobe überprüfen (s. Abbildung). Öffne den Hahn und lass das Gas in ein Reagenzglas strömen. Halte sofort einen glimmenden Span hinein. Beobachte. – Der glimmende Holzspan flammt auf (Sauerstoffnachweis). V3 Lege eine Pflanze der Wasserpest in einen mit Wasser gefüllten Erlenmeyerkolben. Gib einige Tropfen der farblosen Indigoblaulösung hinzu. Beobachte einige Minuten lang. – Es tritt allmählich eine Blaufärbung ein (Oxidation des Farbstoffs durch freigesetzten Sauerstoff). V4 Bestrahle das Blatt einer Buntnessel bei Zimmertemperatur mehrere Tage lang mit einer Lampe. Schneide dann dieses Blatt ab und halte die Verteilung der Blattflecken fest, indem du sie auf ein Blatt Transparentpapier überträgst. Führe entsprechend der nachfolgenden Abbildung den Stärkenachweis mit einer Iod-Kaliumiodid-Lösung durch. Vergleiche Blattfärbung und Zeichnung auf dem Transparentpapier. Erkläre deine Beobachtungen. – Die Blattteile mit grünem Chlorophyll zeigen mit Iod-Kaliumiodid-Lösung eine Blaufärbung. In diesen Blattbereichen ist durch Fotosynthese Stärke entstanden. Die übrigen Bereiche bleiben farblos. V5 Bedecke die Blätter der Schönmalve, die vorher mindestens 24 Stunden im Dunkeln stand, mit einem Streifen einer lichtundurchlässigen Aluminiumfolie und beleuchte dieses Blatt mindestens einen Tag bei Zimmertemperatur. Entferne dann die Folie wieder und führe den Stärkenachweis durch. Beschreibe. – Die abgedeckten Bereiche zeigen keine Blaufärbung (ohne Licht entsteht keine Stärke). 6 Pflanzenernährung V6 Stelle das Becherglas mit einer Wasserpestpflanze, deren abgeschnittenes Ende nach oben zeigt, in den Lichtkegel eines Diaprojektors. Warte ca. 5 Minuten und zähle danach die an der Schnittstelle aufsteigenden Sauerstoffbläschen pro Minute. – individuelle Lösung V7 Bringe nun zwischen Lichtquelle und Becherglas nacheinander Transparentpapier, Zeitungspapier und Karton. Zähle dann eine Minute lang die aufsteigenden Sauerstoffbläschen. Deute das Ergebnis. – Je weniger Licht an die Wasserpest gelangt, desto weniger Blasen steigen pro Zeiteinheit auf. V8 Führe mit frisch geschnittenen Sprossen folgende Versuche durch: Lege die Wasserpest bei Licht 1. in Leitungswasser, 2. in abgekochtes Wasser, 3. in Wasser mit Mineralwasser (3 Teile Wasser, 1 Teil Mineralwasser). 4. Lege die Wasserpest bei Dunkelheit in Wasser mit Mineralwasser. Zähle jeweils nach kurzer Wartezeit die in dem Messzylinder aufsteigenden Bläschen 2 Minuten lang. – zu 1:Bläschen steigen auf. zu 2:Es steigen keine Bläschen auf (CO2-Mangel). zu 3:Es steigen viele Bläschen auf (gutes CO2-Angebot) zu 4 Es steigen keine Bläschen auf (CO2 vorhanden, aber Licht fehlt) A1 Trage die Ergebnisse in eine Tabelle ein. Fasse die Versuchsergebnisse in einem Ergebnissatz zusammen. – Die Pflanze benötigt CO2 und Licht zur Fotosynthese. Dabei stellt sie das Gas Sauerstoff her. A2 Fertige eine Zeichnung des Versuchsergebnis an und beschreibe diese. – Das Blatt enthält mehrere Sorten Blattfarbstoffe, die bei der Chromatographie unterschiedlich schnell im Trägermaterial aufsteigen. A3 Führe das Experiment auch mit Blättern durch, die normalerweise bereits rot gefärbt sind (zum Beispiel von einer Blutbuche oder einem Blutahorn). Vergleiche deine Beobachtungen mit denen aus dem zuerst durchgeführten Experiment. – Man kann erkennen, dass die rote Farbe nicht der einzige farbige Bestandteil der Blätter ist. Genau wie bei grünen Blättern kommen alle weiteren Blattfarbstoffe vor. A4 Erläutere nun, dass Blätter im Herbst eine andere Farbe haben. Erläutere auch die biologische Bedeutung dieses Phänomens. – Der grüne Blattfarbstoff, das Chlorophyll, wird aus den Blättern abgezogen und in der Pflanze gespeichert. Daher kommen nun die anderen Farbstoffe zum Vorschein. Die Speicherung ist von Bedeutung, da gerade das Chlorophyll für die Pflanze von großer Bedeutung ist: In ihm läuft die Fotosynthese ab. Speicherung oder Wiederverwertung bedeutet sparsamen Umgang mit Baustoffen, was immer von Vorteil ist. Aufbau und Lebensraum (Seite 29) A1 Manche Pflanzen zeigen Spaltöffnungen auf der Blattoberseite, die besonders herausgehoben sind. Gleichzeitig sind ihre Blätter besonders dünn. Äußere dich begründet über den Lebensraum, in dem du solche Pflanzen erwartest. – Es handelt sich um Pflanzen, die in besonders feuchten Lebensräumen leben. Hier herrscht kein Wassermangel, sondern Überfluss an Wasser. Die Verdunstung des Wassers an den Spaltöffnungen stellt den Wasserfluss innerhalb der Pflanze sicher. Da durch den Wasserfluss innerhalb der Pflanze auch Stoffe (wie Mineralsalze) transportiert werden, darf dieser Fluss nicht abbrechen. Wenn Wasser im Überfluss vorhanden ist, ist es notwendig, die Verdunstung des Wassers so einfach wie möglich zu gestalten. Dies gelingt besonders gut, wenn die Spaltöffnungen aus der Pflanze herausragen. 7 Pflanzenernährung 1.2 Die Sonne liefert Energie für alle Im Traubenzucker steckt Sonnenenergie (Seite 31) A1 Ein Keim enthält besonders viele Mitochondrien. Erkläre dies. – Bei der Keimung und dem sich anschließenden ersten Wachstum wird besonders viel Energie benötigt. Diese kann nur dann schnell bereitgestellt werden, wenn ausreichend Mitochondrien vorhanden sind. A2 Vergleiche die Reaktionsschemata der Fotosynthese und der Zellatmung. Nimm dazu Stellung. – Gemeinsamkeiten: Bei Zellatmung und Fotosynthese spielen die gleichen Stoffe eine Rolle. Unterschiede: Die Ausgangsstoffe der Fotosynthese sind gleich den Reaktionsprodukten der Zellatmung. Die Ausgangsstoffe der Zellatmung sind gleich den Reaktionsprodukten der Fotosynthese. Bei der Fotosynthese ist zur Umwandlung der Ausgangsstoffe Lichtenergie notwendig, die im Traubenzucker gespeichert wird. Bei der Zellatmung wird bei dem Abbau der Ausgangsstoffe Energie frei. Fotosyntheseprodukte werden weiterverarbeitet (Seite 32) A1 Die Randspalte zeigt einige aus Pflanzen hergestellte Lebensmittel. Gib jeweils an, welche Nährstoffe darin den größten Anteil haben. – Brot: Kohlenhydrate (48 %); Pflanzenmargarine: Fett (82 %); Erbsengericht: Kohlenhydrate (13 %), Eiweiß (7 %). A2 Erläutere die Bedeutung der Nährstoffe für die Pflanzensamen. – Die Nährstoffe im Samen ermöglichen das Wachstum des Keimlings bis zur Bildung der Keimblätter. Dann kann die junge Pflanze selbst Nährstoffe bilden. Anmerkung: Die Nährstoffe in den Früchten dienen meist der Verbreitung durch Tiere. Nachwachsende Energieträger (Seite 33) A1 Fasse Vor- und Nachteile nachwachsender Energieträger zusammen. – Vorteile: • Erzeugung von Rohstoffen, die für Wirtschaft und den Wohlstand des Einzelnen von großer Bedeutung sind. • Senkung des Ausstoßes von Kohlenstoffdioxid und damit Milderung des Treibhauseffektes. • Verringerung der Abhängigkeit von Ländern, die die klassischen Energieträger (Erdgas, Erdöl, Kohle) fördern und verkaufen. Nachteile: • Verringerung des Angebotes an Nahrungsmitteln, was den Hunger in der Welt verschlimmert. Dies kann Unruhen und Flucht zur Folge haben. A2 Wollte man den Treibstoff aller Autos in Deutschland durch Biodiesel decken, so müsste auf der gesamten Fläche Raps angebaut werden. Kommentiere dies kritisch. – Das ist praktisch nicht möglich, da dann • keine Städte, Dörfer, etc. existieren dürften. • keine für die Sicherstellung der Ernährung benötigten Nahrungsmittel angebaut weden dürften. • der Lebensraum für nahezu alle Tiere, Pflanzen und andere Lebewesen verloren ginge. A3 Beurteile die Verwendung nachwachsender Rohstoffe als Treibstoffe. – Vor- und Nachteile sind in Aufgabe 1 dargelegt. Betrachtet man nur den eigenen Vorteil, stellt die Verwendung nachwachsender Rohstoffe ein Ausweg aus der sich abzeichnenden Knappheit an fossilen Energieträgern dar. Von Vorteil ist ebenfalls, dass der Treibhauseffekt gemindert werden könnte. Beides könnte aber auch durch anderen Maßnahmen erfolgen. Hier seien Energiesparen oder die verstärkte Erforschung anderer Energiequellen (Wind-, Sonnenenergie, etc.) und ihren flächendeckenden Einsatz angesprochen. Dies ist gerade vor dem Hintergrund zu sehen, dass beim Einsatz nachwachsender Rohstoffe anderen Menschen auf der Welt die Nahrungsmittel genommen werden und sie unter Umständen sterben müssen. 8 Pflanzenernährung Übungen: Pflanzenernährung (Seite 36/37) A1 Fasse die Vorgänge bei der Fotosynthese mit deinen Worten zusammen. – Kohlenstoffdioxid und Wasser werden mithilfe von Lichtenergie zu Glucose und Sauerstoff umgewandelt. Aus energiearmen Stoffen wird dabei ein energiereicher Stoff, die Glucose. A2 Benenne die Fragestellung, die hinter diesem Versuch steckt. – Fragestellung: Beeinflusst die Menge des Lichts die Menge des gebildeten Sauerstoffs und damit auch die Menge der gebildeten Glucose? A3 Entwirf einen Versuchsaufbau, der zu diesem Ergebnis führen kann. – Verschiedene Gefäße beinhalten jeweils gleiche Mengen von Wasserpest und Wasser. Nun wird jedes der Gefäße mit unterschiedlich starkem Licht bestrahlt und man fängt den sich bildenden Sauerstoff über einen umgestülpten Trichter mit einem Messzylinder auf. A4 Deute das Ergebnis. – Bis zu einer bestimmten Lichtmenge steigt die Menge des gebildeten Sauerstoffs, bei höherer bleibt sie gleich. Stoffe oder Vorgänge in der Zelle begrenzen die maximale Fotosynthese. A5 Erläutere die biologische Bedeutung der Fotosynthese für die Pflanze. – Sie können ihre benötigten Nährstoffe selbst herstellen, ohne Nährstoffe aufnehmen zu müssen. A6 In den Zellen des Palisadengewebes ist die Dichte der Chloroplasten sehr hoch, wohingegen sie in den Zellen des Schwammgewebes deutlich geringer ist. Erkläre. – Das Sonnenlicht trifft zunächst auf das Palisadengewebe und wird hier verarbeitet. Daher ist die Ausbeute der Lichtenergie hoch. Im Schwammgewebe kommt hingegen wenig Sonnenlicht an. Befänden sich hier viele Chloroplasten, würde wertvolle Bausubstanz verschwendet, die im Palisadengewebe viel effektiver eingesetzt werden kann. A7 Benenne die Zellbestandteile (Abb. 5). Begründe, ob es sich um eine Pflanzen- oder eine Tierzelle handelt. – a) Zellwand, b) Chloroplast, c) Zellkern, d) Zellplasma, e) Vakuole. Es handelt sich um eine Pflanzenzelle, da eindeutig Chloroplasten zu erkennen sind. A8 Manchmal erkennt man unter dem Mikroskop Zellen, die keinen Zellkern zu haben scheinen (Abb. 2). Erläutere dies. – Zellen sind dreidimensional. Mit dem Mikroskop sieht man aber immer nur einzelne Schichten.Wenn der Zellkern außerhalb dieser Schicht liegt, so kann man ihn nicht erkennen. A9 Deute die Aussagen des in Abb. 5 dargestellten Versuches in Bezug auf die in Pflanzen ablaufenden Vorgänge. – Pflanzen betreiben zeitgleich Fotosynthese und Zellatmung. Tagsüber überwiegt bei Licht der Anteil der Fotosynthese. Ohne Licht kann nachts nur Zellatmung ablaufen, daher steigt in der Versuchskammer der Anteil von Kohlenstoffdioxid. A10Deute das folgende Ergebnis: Die Anzahl der Mitochondrien ist in Hautzellen geringer als in Muskelzellen (Abb. 4). – Muskelzellen setzen mehr Energie um, da sie die Bewegung ermöglichen. Daher müssen auch mehr Mitochondrien vorhanden sein. 9 Pflanzenernährung 2 Atmung, Blutkreislauf und Ernährung des Menschen 2.1 Atmung beim Menschen Der Weg der Atemluft (Seite 41) A1 Beurteile, ob die Atmung durch die Nase oder durch den Mund gesünder ist. – Nasenatmung ist gesünder, weil die Luft so angefeuchtet und gefiltert wird. Dies schützt die anderen an der Atmung beteiligten Organe. A2 Auf dieser Seite finden sich mehrere Beispiele für das Basiskonzept „Struktur und Funktion“. Liste sie auf und erläutere kurz. – Haare filtern Luft, die gut durchblutete und verzweigte Schleimhaut (große Kontaktfläche) kann sie besonders gut anwärmen und befeuchten. Dies gilt für den Nasen-/Rachenraum wie auch für Luftröhre und Bronchien. Die derben Knorpelspangen verhindern ein Verschließen der Luftröhre beim Drehen des Kopfes. So ist die Luftzufuhr immer sichergestellt. An den Alveolen können die Atemgase gut ausgetauscht werden, da sie gut durchblutet sind. Vorgänge bei der Atmung (Seite 42/43) A1 Lege bei geschlossenen Augen deine Hände auf den Oberkörper und beobachte aufmerksam. – Man beobachtet ein Heben und Senken des Brustkorbes wie auch des Bauches. A2 Die Funktionsweise der Atemvorgänge wird häufig so erklärt, dass die Lunge selbst ein Muskel sei. Nimm Stellung zu dieser Behauptung. – Die Lunge ist ein Muskel. Für das Befüllen und Entleeren sind Muskelgruppen zuständig, die in der Nähe der Lunge liegen: bei der Brustatmung: innere und äußere Zwischenrippenmuskeln bei der Bauchatmung: Zwerchfell und Muskulatur der Bauchdecke Material: Modelle zur Atmung (Seite 45) A1 Nenne weitere Gesichtspunkte, in denen Torsomodell und echter Oberkörper nicht übereinstimmen. – Unterschiede: • Die Farbgebung stimmt nicht überein. • Stoffaustausch und Umsatz werden nicht dargestellt. • Die in den Organen ablaufenden Vorgänge finden nicht statt. • Das Modell ist trocken. Man findet weder Blut noch andere Körperflüssigkeiten. • etc. A2 Abbildung 4 zeigt ein Modell zur Brustatmung. Vergleiche das Modell mit der Realität und zähle Schwächen auf. – Das Modell ist unvollständig. Es werden weder alle Rippen noch Muskelgruppen dargestellt und es zeigt nicht die gesamte Komplexität der Vorgänge. A3 Finde weitere Beispiele für Anschauungs- und Funktionsmodelle, die nichts mit der Atmung zu tun haben. Erläutere sie. – Anschauungsmodell: „echtes“ Auto und Fahrzeugmodell (s. Schülerbuch Seite 78/79), Modell einer Zelle (s. Schülerbuch Seite 23) Funktionsmodell: Modelle zur Regulation von Vorgängen (s. Schülerbuch Seite 186/187) Insgesamt lässt sich sagen, dass im Bereich der Naturwissenschaften sehr viele Modelle gebräuchlich sind, derer man sich häufig nicht bewusst ist. 10 Atmung, Blutkreislauf und Ernährung des Menschen Atmung muss geregelt werden (Seite 46/47) A1 Geht auf den Schulhof und sprintet mehrere Runden so schnell ihr könnt. Bestimmt dabei die Veränderung eurer Atmung durch Zählen bzw. Messen vor und nach dem Laufen. – In der Regel kann man feststellen, dass sowohl die Menge der Atemzüge pro Minute als auch das Volumen eines jeden eingeatmeten Zuges ansteigen. Das Ergebnis könnte ähnlich wie in Abbildung 47.3 im Schülerbuch aussehen. A2 Sinneszellen, die über den Dehnungszustand der Muskeln Auskunft geben, können ebenfalls die Atemtätigkeit beeinflussen. Erläutere die möglichen Zusammenhänge. – Treibt man Sport, so werden die Muskeln intensiver gedehnt. Sie verbrauchen nun mehr Sauerstoff (und auch mehr energiereiche Stoffe). Gleichzeitig werden sie aber auch intensiver und häufiger gedehnt. Diese indirekte Information über den Sauerstoffverbrauch wird über Nervenzellen an die Lunge vermittelt, die nun durch höhere Atemtätigkeit den vermehrten Bedarf an Sauerstoff decken kann. A3 Ermittle dein Atemvolumen und dein maximales Fassungsvolumen mithilfe eines Spirometers. Vergleiche mit deinen Mitschülern sowie Mitschülerinnen und erläutere die Unterschiede. – Mögliche Unterschiede können folgende Ursachen haben: Alter, Geschlecht, Gewicht und Größe, Trainingszustand, Erkrankungen, Tagesform, etc. A4 In einer Untersuchung wurde sowohl die Zahl der Atemzüge als auch das Atemvolumen einer Schülergruppe vor und nach sportlicher Betätigung gemessen. Die Tabelle zeigt das Ergebnis. Stelle die Ergebnisse grafisch dar. Erläutere mögliche Ursachen der vorhandenen Unterschiede. – Atemfrequenz und -volumen können getrennt aufgetragen werden oder als Produkt (Atemzeitvolumen, siehe Abbildung) 20 Atemzeitvolumen (l/min) 15 10 5 0 Lukas 11 Annika Eric Atmung, Blutkreislauf und Ernährung des Menschen Inga Sven Eva Tim Anne 2.2 Blutkreislauf des Menschen Das Blutgefäßsystem (Seite 48) A1 Häufig hört man die Aussage: „Venen führen sauerstoffarmes Blut, Arterien sauerstoffreiches.“ Begründe, dass diese Aussage falsch ist. – Dies gilt zwar für den Körperkreislauf, aber nicht für den Lungenkreislauf. In diesem fließt sauerstoffarmes („venöses“) Blut von der rechten Herzkammer durch die Lungenarterie in die Lunge. Es kommt sauerstoffreiches („arterielles“) Blut aus den Lungen durch die Lungenvene zurück zur linken Herzkammer. Praktikum: Präparation eines Schweineherzens (Seite 49) A1 Fertige ein Protokoll an, indem du deine Beobachtungen stichwortartig beschreibst. – individuelle Lösung Das Herz (Seite 51) A1 Begründe, dass der Herzmuskel auf der linken Seite stärker sein muss als auf der rechten Seite. Erörtere die Folgen, wenn es umgekehrt wäre. – Die linke Kammer treibt Blut in den „großen“ Kreislauf (Körperkreislauf), die rechte Kammer in den „kleinen“ Lungenkreislauf. Umgekehrt könnte der Körper nicht ausreichend versorgt bzw. der Blutfluss durch die Lunge wäre extrem stark. Zusammensetzung und Aufgaben des Blutes (Seite 53) A1 Das Blut ist ein Organ. Erkläre. – Blut besteht wie jedes Organ aus verschiedenen Zellen und Zwischenzellflüssigkeit. Es hat wie jedes andere Organ seinen eigenen Aufgabenbereich. Ein Unterschied zu anderen Organen: Die Blutzellen haben keinen festen Verband. A2 Erläutere den Unterschied zwischen Blutplasma und Serum. – Im Blutplasma sind die Gerinnungsstoffe enthalten, im Blutserum fehlen diese. Rauchen — nein danke! (Seite 55) A1 Stelle die körperlichen Auswirkungen des Rauchens in einem Pfeildiagramm dar. – Rauch einatmen Kohlenstoffmonooxid blockiert Hämoglobin → verringerte Sauerstoffauf- nahme Nikotinaufnahme → Blutgefäßverengung → Durchblutungsstörungen Teer → Gewebeschädigungen → evtl. Krebs A2 Entwirf anhand der Informationen auf diesen Seiten ein Plakat, mit dem du einen Jugendlichen überzeugen kannst, erst gar nicht mit dem Rauchen anzufangen. – Durch kontinuierliches Rauchen werden Symptome noch verstärkt bzw. gesundheitliche Risiken steigen. Wen nicht mehr geraucht wird, werden gesundheitliche Schäden vermindert (z. B. Verbesserung der Lungenfunktion, Verringerung des Lungenkrebsrisikos und des Risikos eines Herzinfarkts); einige Symptome treten nach längerer Abstinenz überhaupt nicht mehr auf. Ohmacht und Anämie (Seite 57) A1 Leite aus den Befunden Folgen für die Erkrankten ab. Begründe. – Ist die Menge der roten Blutkörperchen insgesamt zu gering, so wird zu wenig Sauerstoff transportiert. Daher kann die Zellatmung in den Zellen nicht im nötigen Umfang stattfinden. Betroffene klagen über Leistungsschwäche, Müdigkeit und Erschöpfung. 12 Atmung, Blutkreislauf und Ernährung des Menschen 2.3 Ernährung des Menschen Die Vielfalt der Lebensmittel (Seite 58) A1 Schreibe für deine Familie die Art und Menge der Lebensmittel auf, die in einer Woche eingekauft werden. Vergiss dabei nicht die Getränke und die Nahrung, die sofort nach dem Kauf außerhalb verzehrt werden. Fertige nach dem Vorbild der Fotos eine Collage an. – individuelle Lösung A2 Das Thema „Ernährung“ bietet viele Anknüpfungsmöglichkeiten für das Basiskonzept „Stoffwechsel und Energieumwandlung“ (s. Seite 188). Erläutere dies an einem Beispiel. – Der Tennisspieler setzt im Verlauf seiner Tätigkeit Energie um, die er sich durch die Nahrung zuführen muss. Dabei wird die in der Nahrung enthaltene Energie in andere Formen (Bewegung Wärme) umgewandelt. Bestandteile der Nahrung (Seite 59) A1 Ermittle für verschiedene Lebensmittel anhand der Angaben auf den Verpackungen den Gehalt an Nährstoffen und sonstigen Inhaltsstoffen. Stelle dein Untersuchungsergebnis übersichtlich in einer Tabelle dar. – individuelle Lösung Praktikum: Versuche zu Nährstoffen (Seite 60/61) A1 Erstelle eine Beobachtungstabelle nach dem obigen Beispiel. A2 Trage in die rechte Spalte ein +- oder – - Zeichen ein, je nachdem , ob Stärke nachweisbar war oder nicht. – siehe Tabelle Lebensmittel (Beispiele) Stärkenachweis Apfel – Weißbrot + Nudeln + Reis + Kopfsalat – Käse – A3 Nach etwa 3 bis 5 Minuten kann im Reagenzglas eine Veränderung beobachtet werden. Diese Veränderung zeigt an, dass Traubenzucker enthalten ist. In gleicher Weise reagieren einige andere Zucker, wie zum Beispiel Malzzucker und Fruchtzucker. Notiere in deinem Heft zur Veränderung der Farbe einen Merksatz. – Merksatz: Traubenzucker (bzw. Malzzucker oder Fruchtzucker) in Lebensmitteln lässt sich durch einen hellroten Niederschlag bei der Fehling-Probe zeigen. A4 Bei welchen Lebensmitteln und Getränken ist die Fehling-Probe positiv? – Positiv ist die Fehling-Probe für Honig, Obstsäfte, Limonade und Milch. A5 Erstelle hierzu eine entsprechende Tabelle (vergleiche Stärkenachweis). – siehe Tabelle 13 Lebensmittel (Beispiele) Stärkenachweis Honig + Obstsaft + Gemüsesaft – Limonade + Milch + Olivenöl – Atmung, Blutkreislauf und Ernährung des Menschen A6 Notiere in dein Heft die Farbveränderung des Eiweißgranulats und formuliere daraus einen Merksatz zum Nachweis von Eiweißen. – Merksatz: In Gegenwart von Eiweiß ergibt die Biuret-Probe eine violette Farbreaktion. Mit den Biuret-Reagenzien lassen sich Eiweiße nachweisen. A7 Notiere, in welchen der Lebensmittel Eiweiße nachzuweisen sind und in welchen nicht. – Folgende Lebensmittel enthalten Eiweiß, das mit der Biuret-Probe nachgewiesen werden kann: Käse, Butter, Brot, Ei und weiße Bohnen. Sonnenblumenöl und Orangensaft zeigen keine positive Farbreaktion. A8 Beschreibe das Versuchsergebnis und notiere, wie man Fett nachweisen kann. – Nach Trocknung bleibt bei der Salatölprobe ein Fettfleck zurück. Fette und Öle lassen sich durch die Fettfleckprobe nachweisen. A9 Betrachte das Papier genau und notiere, welche Nahrungsmittel viel, wenig oder fast kein Fett enthalten. – Viel Fett enthalten: Wurst, Schokolade, Nüsse und Kuchen. Wenig Fett ist in Vollmilch, Brot und Äpfeln enthalten. Nährstoffe allein genügen nicht (Seite 62) A1 Notiere einen Tag lang, was du isst. Unterstreiche die pflanzlichen Nahrungsmittel grün, die tierischen rot und mit und grün, wenn beide enthalten sind. – individuelle Lösung Ausgewogene Ernährung (Seite 64) A1 Bestimme das Gericht (Abb. 1), das die Nährstoffe am ausgewogensten enthält. – Schnitzel mit Reis: Gesamtenergiegehalt = 1127 kJ, davon 56 % Kohlenhydrate und 20 % Fett. Das Gericht kann als ausgewogen gelten. Steak mit Pommes: Gesamtenergiegehalt = 989 kJ, davon 38 % Kohlenhydrate und 46 % Fett. Das Gericht ist zu fettlastig und damit nicht ausgewogen. Salat: Gesamtenergiegehalt = 259 kJ, davon 51 % Kohlenhydrate und 29 % Fett. Obwohl das Verhältnis von Kohlenhydraten zu Fett als ausgewogen angesehen werden kann, enthält das Gericht recht wenig Eiweiß. Material: Gesunde Ernährung (Seite 65) A1 Die Ernährungspyramide soll den Anteil der Lebensmittel an unserer Ernährung verdeutlichen. Erkläre. – Den größten Anteil unserer Nahrung sollen Getreideprodukte (als Kohlenhydratlieferanten) und Gemüse einnehmen. Milch, Fleisch, Fisch und Eier sind eiweißhaltig und nehmen einen geringeren Anteil ein. Der geringste Anteil entfällt auf Fette und Zucker, die nur in Maßen genossen werden sollen. A2 Stelle für einen Tag 5 über den Tag verteilte Mahlzeiten zusammen, die den Anforderungen einer vollwertigen Ernährung gerecht werden. – Energiebedarf bei leichter Arbeit: ca. 10 000 kJ / Tag. Werte gerundet. 1. Frühstück (ca. 25 % der Energiezufuhr): Cornflakes oder Müsli (150 g, 2 450 kJ), Milch (200 g, 540 kJ) 2. Frühstück (ca. 10 %): Banane (100 g, 380 kJ), Jogurt (150 g, 410 kJ) Mittagessen (ca. 30 %): Hühnerfleisch (150 g, 900 kJ), Vollkornnudeln (200 g, 1150 kJ), Gemüse (100 g, 300 kJ), Kopfsalat, angemacht (100 g, 400 kJ), Pudding (50 g, 270 kJ) Nachmittags (ca. 10 %): Apfel (200 g, 450 kJ), Rohkost (100 g, 100 kJ) Orangensaft (200 g, 410 kJ) Abendessen (ca. 25 %): Vollkornbrot (200 g, 160 kJ), Butter (20 g, 630 kJ), Würstchen (100 g, 1100 kJ), Tomate (50 g, 40 kJ), Apfelsaft (200 g, 400 kJ) 14 Atmung, Blutkreislauf und Ernährung des Menschen A3 Stelle die in der Tabelle genannten Werte zum Vitaminverlust verschiedener Lebensmittel in Abhängigkeit von ihrer Lagerzeit in einem Säulendiagramm dar. Zähle Schlussfolgerungen auf, die sich aus den Ergebnissen für deine Ernährung ergeben. – Obst und Gemüse sollten möglichst frisch verzehrt werden. Bei einer längeren Lagerung ist auf eine ausreichende Kühlung zu achten. Damit kann der Verlust an bestimmten Vitaminen, wie dem gegenüber Wärme- und Sauerstoffeinwirkung sehr empfindlichen Vitamin C, gering gehalten werden. A4 Obst und Gemüse enthalten nicht nur Mineralstoffe und Vitamine, sondern auch so genannte sekundäre Pflanzenstoffe. Suche Informationen dazu und begründe ihren Wert für die menschliche Ernährung. – Sekundäre Pflanzenstoffe sind zum Beispiel Farbstoffe in roten Beeren. Regelmäßiger Verzehr schützt vor schädlichen Wirkungen eigener Stoffwechselprodukte. Es sind viele Lösungen möglich. Essstörungen (Seite 69) A1 Berechne den BMI von Marie. – Der BMI von Marie beträgt 16. A2 Arbeite die Verhaltensweisen von Marie tabellarisch heraus. – Verhaltensweisen von Marie: ausgesprochen dünn, Körperbau hager; Knochen und Sehnen deutlich erkennbar; Essen ist immer problematisch, Nahrung wird hin- und hergeschoben und nur äußerst langsam verzehrt; nach Möglichkeit wird fett- und kalorienreduzierte Kost gegessen; intensiver Sport wird getrieben; die Problematik wird bestenfalls gereizt diskutiert, eher wird alles abgestritten und bagatellisiert. A3 Wie würdest du eine Freundin oder einen Freund ansprechen, von der oder dem du vermutest, dass sie oder er unter Anorexia leidet? Informiere dich und erläutere. – Zunächst sollte man sich ausgiebig informieren, denn die betroffene Person unmittelbar mit der vermuteten Problematik zu konfrontieren, sie gar zu drängen, führt in der Regel nur zur Blockade. Hierzu sollte man mit anderen Freunden, Lehrern, vielleicht auch den Eltern sprechen, ob Ähnliches aufgefallen ist. Wichtig wäre sicherlich vorab auch, eine Beratungsstelle zu kontaktieren, um eine auf die betroffene Person zugeschnittene Möglichkeit des Ansprechens zu finden. A4 Unsere Gesellschaft hat bestimmte Vorstellungen davon, wie ein „schöner“ Mensch aussehen muss. Dies kommt auch in der Werbung zum Ausdruck. Finde die Vorstellungen unserer Gesellschaft heraus und beschreibe sie. – Der „schöne“ Mensch wird momentan als betont schlank und makellos dargestellt. Anmerkung: Das Schönheitsideal des Menschen ändert sich regelmäßig. Die Schüler könnten etwa herausfinden, wie die Ideale vor 100 Jahren oder 20 Jahren waren. A5 Folgen dieser Vorstellungen können Anorexia oder Bulimie sein. Findest du das gut? Äußere deine Meinung dazu. – Anmerkung: Wichtig wäre hierbei, dass die Schüler/innen erkennen, dass man sich des bestehenden Schlankheitsideals bewusst sein muss und dass es sich nicht um eine Norm handelt. Außerdem sollte betont werden, dass es für die meisten Menschen schlicht nicht möglich ist, dieses Ideal zu ereichen, weil etwa die Körperproportionen oder auch individuelle Merkmale (wie Muttermale) diesem nicht gerecht werden können. Schönheit liegt infolgedessen eher im Individuellen. A6 Machen Kinder mit Adiposatis eine Therapie, so müssen sie dort nicht nur abnehmen, sondern unter anderem auch lernen, sich ausgewogen zu ernähren. Informiere dich über ausgewogene Ernährung und stelle eine entsprechende Mahlzeit zusammen. – Eine ausgewogene Ernährung setzt sich aus Kohlenhydraten (55 bis 60 % des Energiebedarfs), Fett (max. 30 % des Energiebedarfs) und Eiweiß zusammen. Außerdem sollten Mineralstoffe, Vitamine und Ballaststoffe enthalten sein (vgl. Seite 38 des Schülerbuchs). Um einen Sättigungseffekt ohne hohe Energiezufuhr zu erzielen, sollten adipöse Kinder besonders auf Ballaststoffe setzen. Gemüse, Salate, das meiste Obst und Vollkornprodukte sind ballaststoffreich und damit bei mäßiger Energiedichte sättigend. Eine Mahlzeit könnte enthalten: 1 Scheibe Vollkornbrot, dünn mit Butter bestrichen und mit Gurkenscheiben belegt. Dazu ein Becher Magerjogurt und ein Glas Apfelsaftschorle. Gesamtenergiegehalt: 824 kJ, davon Kohlenhydrate: 57 %, Fett 29 %, insgesamt 6,2 g Eiweiß, das macht 8 % des Tagesbedarfs aus (angenommenes Körpergewicht m = 50 kg). 15 Atmung, Blutkreislauf und Ernährung des Menschen Energie macht‘s möglich (Seite 71) A1 Nenne aus der Energiegehaltsliste diejenigen Nahrungsmittel, von denen man bei sitzender Tätigkeit nur wenig essen sollte. – Erdnüsse und Schokolade weisen sehr hohe Energiegehalte auf und sollten bei sitzender Tätigkeit vermieden werden. A2 Errechne die Zeit, die nötig ist, um die Energiemenge von 100 g Milchschokolade abzuarbeiten: a) Radfahrer, b) ruhender Mensch. – a): Radfahrer: 2167 : 1200 kJ/Stunde = 1,81 Stunden = 1 Stunde und 49 Minuten b): ruhender Mensch: 2176 kJ : 250 kJ/Stunde = 8,7 Stunden = 8 Stunden und 42 Minuten A3 Informiere dich über die technische Wärme-Kraft-Kopplung und vergleiche das Verfahren mit dem menschlichen Körper. – individuelle Lösung Der Weg der Nahrung durch den Körper (Seite 72/73) A1 Die Abbildungen 1 bis 3 zeigen mikroskopische Bilder der Dünndarmwand mit zunehmender Vergrößerung. Beschreibe den Aufbau mit eigenen Worten. – Die Dünndarmwand ist gefaltet. Die Falten tragen an der Oberfläche spitze Ausbuchtungen, die Darmzotten. An der Oberfläche der Darmzotten sind zapfenartige Ausstülpungen, die Mikrovilli. A2 Die Oberfläche aller Darmzotten beträgt ca. 300 m2. Zeichne auf dem Schulhof mit Kreide ein Quadrat mit dieser Fläche. – individuelle Lösung Enzyme — Hilfsstoffe bei der Verdauung (Seite 74) A1 Beschreibe den Unterschied zwischen Nahrungszerkleinerung und ihrem enzymatischen Abbau. – Bei der (mechanischen) Nahrungszerkleinerung bleiben die Nährstoffe chemisch unverändert, sie werden allerdings für den Angriff der Enzyme durch eine Vergrößerung der Oberfläche vorbereitet. Ergebnis des enzymatischen Abbaus ist ein veränderter Stoff mit anderen chemischen Eigenschaften. A2 Sportler verzehren bei starker körperlicher Belastung traubenzuckerhaltige Getränke. Erkläre. – Komplexe Kohlenhydrate wie Stärke erfordern einen enzymatischen Abbau. Dessen Produkte werden nur nach und nach ins Blut abgegeben. Um starke momentane Körperbelastungen zu kompensieren, verwenden Sportler den direkt ins Blut übergehenden Traubenzucker. Sie umgehen damit den langsamen enzymatischen Verdauungsprozess. A3 Weidetiere wie z. B. Rinder beherbergen in ihrem Verdauungstrakt Kleinlebewesen, die das Enzym Zellulase bilden können. Entwickle eine Hypothese zur Bedeutung dieser Tatsache für den Pflanzenfresser. – Wie der Mensch, kann auch das Rind Zellulose prinzipiell nicht zersetzen, da ihm das notwendige Verdauungsenzym Cellulase fehlt. Durch die mit der Nahrung aufgenommenen Mikroorganismen wird die zellulosereiche pflanzliche Kost jedoch energetisch nutzbar. 16 Atmung, Blutkreislauf und Ernährung des Menschen Praktikum: Verdauung und Oberflächenvergrößerung (Seite 75) A1 Vergleiche die Oberflächen des großen und kleinen Würfels und erkläre den Unterschied. – Der kleine Würfel hat eine geringere Oberfläche als der große. Insgesamt hat jedoch die Oberfläche nach der Zerlegung zugenommen, da Flächen, die im Innern des großen Würfels lagen, nun außen liegen und zur Oberfläche dazuzählen. A2 Erläutere die biologische Bedeutung des Kauvorgangs an diesem Modell. – Beim Kauen wird die Oberfläche des Nahrungsbreies vergrößert, da durch die Zerteilung innere Bereiche zu äußeren werden. Durch die vergrößerte Oberfläche können Enzyme effektiver die Nahrung angreifen. A3 Bewerte die Aussagekraft des Modellexperiments kritisch. – Modellkritik: Das Modell stimmt nur in wenigen Aspekten mit den tatsächlichen Vorgängen überein. Die vorgefertigte Form der Würfel bzw. Quader hat keine reale Entsprechung. Das Ausmaß der Oberflächenvergrößerung durch Kauen ist wesentlich größer als im Modellexperiment. Nicht erwähnt wird im Modell ferner die durchmischende Funktion des Kauens. A4 Durch welche mathematische Beziehung lässt sich an diesem Beispiel das Prinzip der Oberflächenvergrößerung deutlich machen? – Das Verhältnis Q Oberfläche zu Volumen lässt sich beim Würfel beschreiben als Q = 6a2 : a3. Für kleine Werte von a ist Q größer. A5 Entwickle eine Hypothese zur Deutung des Versuchs. Gehe dabei auch auf Reagenzglas C und die Bedeutung des Wasserbades ein. – Hypothese zur Deutung: Im Gegensatz zu Reagenzglas C kommt es in A und B zu einer Entfärbung, da Speichel und Amylase in gleicher Weise auf Stärke wirken. Im Speichel ist Amylase enthalten. A6 Plane ein Experiment zur Überprüfung deiner Hypothese. – Ließe sich durch eine Zerstörung der Amylase zeigen, dass die Iod-Stärke-Lösung nicht entfärbt wird, könnte man diesen Versuch auch auf Speichel anwenden. Damit könnte gezeigt werden, dass Amylase im Speichel enthalten ist. A7 Beschreibe die Wirkung der Gallenflüssigkeit und des Spülmittels auf das Pflanzenöl. – Gallenflüssigkeit und Spülmittel wirken in gleicher Weise auf das Pflanzenöl. Es kommt zur Bildung kleiner Öltröpfchen. A8 Verdeutliche deine Aussage durch eine entsprechende Skizze. – individuelle Lösung A9 Erläutere die biologische Bedeutung der Gallenflüssigkeit für die Fettverdauung. Berücksichtige hierbei auch die Eigenschaft der Lipase. – Die Gallenflüssigkeit führt zu einer Vergrößerung der Oberfläche des Fettes im Speisebrei. Dadurch kann das Fett verdauende Enzym Lipase besser angreifen. A10Spülmittel dient als Modellsubstanz. Erkläre und bewerte das Modell. – Spülmittel zeigt die gleiche Wirkung wie Gallenflüssigkeit, hat aber ein anderes Aussehen, einen anderen Geruch und eine andere Herkunft. Als Funktionsmodell kann Spülmittel sehr wohl dienen. A11 Begründe, warum Gallseife, ein Gemisch aus Rindergalle und Seife, zur Beseitigung von Fettflecken (z. B. aus Kleidung) verwendet werden kann. – Gallseife führt zur Vergrößerung der Oberfläche von verunreinigendem Fett, das mithilfe der Seife nun besser aus der Kleidung entfernt werden kann. Innere Organe und ihre Aufgaben (Seite 76/77) A1 Erläutere, inwiefern die Leber als Chemikerin und Heizung aufgefasst werden kann. – In der Leber finden über 500 verschiedene Stoffwechselprozesse statt. Hier werden zum Beispiel aus Eiweißbruchstücken neue körpereigene Eiweiße synthetisiert. Hier erfolgt der Abbau von giftigen Stoffen zu weniger giftigen, etwa von Alkohol. 17 Atmung, Blutkreislauf und Ernährung des Menschen A2 Begründe, warum es für den Körper unerlässlich ist, dass aus dem Vorharn Wasser entzogen wird. – Um den Flüssigkeitsverlust auszugleichen, der entstehen würde, wenn wir bereits den Vorharn ausschieden, müssten wir täglich 170 Liter Wasser trinken. Der Wasserentzug ermöglicht einen effektiveren Umgang des Körpers mit der Ressource Wasser. A3 Insulin und Glukagon werden als Gegenspieler bezeichnet, dennoch ergänzen sie sich in ihrer Funktion. Erläutere diese Aussage. – Die Wirkung von Insulin (Zuckeraufnahme in die Zellen) und Glukagon (Zuckerabgabe aus den Zellen) sind entgegengesetzt. Dennoch ist ihr Zusammenspiel für die Regelung des Zuckerspiegels auf einen erträglichen Wert unbedingte Voraussetzung. Übungen: Blutkreislauf und Ernährung beim Menschen (Seite 78/79) A1 Die Abbildung 1 zeigt dir wesentliche Informationen zum Aufbau der Insekten, speziell zu deren Atmungsorganen. Vergleiche knapp die Insektenatmung mit der des Menschen. – Insekten: Tracheen mit verschließbaren Stigmen, die durch sie umgebende Muskeln geweitet werden können. Dann strömt Luft ein. Drücken Muskeln des Körperinneren auf die Tracheen, werden diese zusammengedrückt und Luft strömt aus. Mensch: Lunge, die sich durch Muskelaktivitäten der umgebeneden Organe füllt und leert. A2 Erläutere das Gegenspielerprinzip, indem du es auf die Atemvorgänge beim Menschen anwendest. – Muskeln können sich selbst nur kontrahieren, müssen aber durch andere Strukturen gedehnt werden. Dies können andere Muskeln übernehmen, die sich genau gegenläufig bewegen. Beispiel: Zwerchfell und Muskulatur der Bauchdecke bei der Bauchatmung, innere und äußere Zwischenrippenmuskulatur bei der Brustatmung. A3 Manche Menschen haben bereits vorgeburtlich ein kleines Loch in der Herzscheidewand (Abb. 2). Wenn dieses sehr klein ausfällt, kann es im Laufe der ersten Lebensjahre von selbst verwachsen. Sonst ist unter Umständen eine Operation vonnöten. Erläutere die Folgen für die Betroffenen. – Sauerstoffreiches und -armes Blut vermischen sich im Herzen, sodass Mischblut in den Körper gepumpt wird. Die Betroffenen leiden vor allem unter Belastung bei Sauerstoffmangel, was sich in Atemnot und Leistungsschwäche äußern kann. A4 Ein Spielzeugauto ist ein Modell für ein echtes Auto (Abb. 3). Vergleiche Modell und Realität. – Das Modell ist viel kleiner, ist aus anderen Materialien aufgebaut, besitzt weder Motor noch Lenkung, Getriebe, Sitze, etc., bietet keinen Platz für Menschen und gleicht dem Original exakt. A5 Beschreibe das Konzept der Oberflächenvergrößerung an den Beispielen des Kauens und des Aufbaus der Dünndarmwand. Nenne hierbei auch die Unterschiede. – In beiden Fällen liegt eine starke Vergrößerung vor. Beim Kauen wird sie durch den Menschen erzeugt, im Darm entwickeln sich die Zotten ohne unser Zutun. A6 Stelle stichwortartig die Lage und Funktion der genannten Organe dar. – Lunge: oberhalb des Zwerchfells: Gasaustausch; Herz: oberhalb des Zwerchfells, nach links geneigt: Beförderung des Blutes in den großen und kleinen Kreislauf; Magen: unterhalb des Zwerchfells, linke Körperhälfte: Transport und Vermischung des Nahrungsbreis, Eiweißvorverdauung; Darm: unterhalb des Zwerchfells, füllt einen Großteil des unteren Bauchraumes aus: Aufnahme von Nährstoffbausteinen und Wasser aus der Nahrung ins Körperinnere; Bauchspeicheldrüse: unterhalb des Zwerchfells: Bildung von Enzymen und Hormonen; Leber: unterhalb des Zwerchfells, rechte Körperhälfte: Speicherung von Zuckern, Umbau von Eiweißen, Entgiftung; Niere: paariges Organ unterhalb des Zwerchfells: Ausscheidung von Harnstoff, Salzen und Wasser. A7 Die Niere baut Insulin und Glukagon ab. Erkläre die Bedeutung dieser Vorgänge. – Da beide Hormone Gegenspieler sind, ist es sinnvoll, dass sie jeweils aus dem Blut entfernt werden. 18 Atmung, Blutkreislauf und Ernährung des Menschen 3 Sinneswahrnehmung 3.1 Sehen Sinne und Reize (Seite 82/83) A1 Nenne Gründe, die dich oder auch andere veranlassen, auf eine Kirmes zu gehen. – Gründe, um auf eine Kirmes zu gehen: • Treffen mit Freunden • Nervenkitzel beim Fahren mit einem Karussell • Verzehr von leckeren Speisen und Getränken • etc. A2 Zähle möglichst viele Reize und die dazugehörigen Sinnesorgane auf. – Licht: Auge; Schall: Ohren; Druck: Haut; Temperatur: Haut; Geruchsstoffe: Nase; Geschmacksstoffe: Zunge; Drehbewegung: Gleichgewichtsorgan Bei bestimmten Tieren können weitere Sinnesorgane auftreten. A3 Nenne Sinnesorgan und adäquaten Reiz, die die in Abbildung 2 abgebildeten Menschen beruflich nutzen. – Sinnesorgan: Nase; adäquater Reiz: Geruchsstoffe A4 Zähle weitere Berufe auf, bei denen bestimmte Sinne eine wesentliche Rolle spielen. – Toningenieur, Visagistin, Logopäde, Musiker, Grafiker, Koch, Masseur, etc. A5 Erläutere, dass ein Blinder lesen kann. – Bei der Blindenschrift finden sich auf dem Papier leichte Erhebungen. Eine bestimmte Kombination von Erhebungen ergibt einen bestimmten Buchstaben. Dies können Blinde mit ihren Fingerkuppen fühlen. A6 Zähle Beispiele dafür auf, dass Reize (bei dir) bewertet werden. – Gerüche geben Auskunft darüber, ob uns eine Speise schmeckt. Sie können auch warnen, etwa bei einem Brand, sodass wir uns schnell von der Geruchsquelle entfernen. Gerüche lassen in uns bestimmte Gefühle zu, die wir als angenehm oder unangenehm bewerten. Die Werbung verwendet bestimmte optische Signale, um auf die beworbenen Produkte aufmerksam zu machen (s. Schülerbuch Seite 190/191). Druckreize auf der Haut können als angenehm (z. B. Streicheln) oder sehr schlimm (z. B. sich schmerzhaft stoßen) bewertet werden. Bau und Funktion der Netzhaut (Seite 85) A1 Beschreibe die Aufgaben der drei Zellschichten der Netzhaut. – Lichtsinneszellen: Lichtaufnahme; Umwandlung der Lichtreize in elektrische Erregungen (Signale) Schaltzellen: Erregungsleitung von den Sinneszellen zu den Nervenzellen; Summation der Erregungen vieler Sehzellen; Nervenzellen: Sammlung und Leitung der Erregungen über den Sehnerv zum Gehirn Bewegte Bilder und räumliches Sehen (Seite 87) A1 Erkläre die Funktionsweise eines „Daumenkinos“. – Die einzelnen Bilder erscheinen derart häufig pro Sekunde, dass das Auge sie nicht mehr auflösen kann. Sie wirken daher wie ein Film. Viele Sehfehler sind korrigierbar (Seite 89) A1 Erläutere Nah- und Fernakkommodation mithilfe der Abbildung 1 sowie der Info-Box auf Seite 88. – Nahakkommodation: Der ringförmige Ziliarmuskel zieht sich zusammen; dadurch verringert sich der Zug auf die Linsenbänder. Die Linse wölbt sich stärker und bricht die Lichtstrahlen stärker. Fernakkommodation: Der Ziliarmuskel erschlafft, sein Umfang wird größer und die Linsenbänder sind gespannt. Die Linse wird flacher und bricht die Lichtstrahlen schwächer. 19 Sinneswahrnehmung A2 Brillen können Nah- bzw. Weitsichtigkeit beheben. Erkläre dies. – Kurzsichtigkeit: Der Augapfel ist zu lang, das Bild eines weit entfernten Gegenstandes entsteht auch bei stärkster Linsenabflachung, d. h. minimaler Brechkraft, nicht auf der Netzhaut, sondern davor. Durch eine Zerstreuungslinse wird das Bild auf der Netzhaut abgebildet; scharfes Sehen ist möglich. Weitsichtigkeit: Der Augapfel ist zu kurz. Trotz maximaler Wölbung der Linse, d. h. maximaler Brechkraft, wird das Bild eines Gegenstands nicht auf der Netzhaut abgebildet, sondern dahinter. Durch eine Sammellinse kann die unzureichende Brechkraft der Linse ausgeglichen werden, wodurch scharfes Sehen möglich ist. A3 Zur Überprüfung deiner Fähigkeit, in der Ferne scharf zu sehen, kannst du Abbildung 2 aus 3 m Entfernung betrachten und versuchen zu erkennen, in welchem Bereich in Rinde unterbrochen sind. – individuelle Lösung Praktikum: Präparation Auge (Seite 90) A1 Beschreibe die gefundenen Bestandteile des Auges. – Die Lederhaut ist sehr derb und schwer zu durchstechen bzw. zu schneiden. Die Pigmentschicht ist deutlich als schwarze Schicht zu erkennen. Der Glaskörper ist eine gallertartige Masse. Der abgeschnittene Sehnerv kann als kleines Anhängsel wahrgenommen werden. Die Linse ist oval, sie vergrößert und ist von fester, aber flexibler und durchsichtiger Konsistenz. A2 Skizziere passende Strahlengänge zu den Beobachtungen. – siehe Schülerbuch Abbildung 88.1 A3 Skizziere und erkläre deine Beobachtung. – Die Pigmentschicht dunkelt das Innere des Auges ab, wodurch der Kontrast verschärft wird. Der Sehnerv tritt aus dem Auge aus. Material: Optische Täuschung und Wahrnehmung (Seite 91) A1 Bestimme in dieser Abbildung spontan die Person, die dir als größte und die, die dir als kleinste erscheint. Miss nun mit einem Lineal nach. Versuche dich an einer Erklärung. – Die weibliche Person im Hintergrund erscheint als die größte, obwohl ihr Bild genauso groß ist wie das des Mannes im Vordergrund. Als Erklärung lässt sich sagen, dass das Gehirn gelernt hat, dass Gegenstände, die im Hintergrund stehen, kleiner sein müssen als Gegenstände im Vordergrund. Dies wird in der Abbildung unterstützt durch die natürlicherseits auch immer wahrgenommene Fluchtperspektive (erkennbar an den Kacheln, der Tür, dem Raum, der anderen Person). Ist nun die Person im Hintergrund trotz der Fluchtperspektive tatsächlich genauso groß wie die im Vordergrund, muss das Gehirn wegen seiner Erfahrungen diese Person als größer wahrnehmen als sie ist. A2 Auch bei dieser Abbildung handelt es sich um eine „optische Täuschung“. Beschreibe zunächst deine Wahrnehmung und finde dann die Ursache der Täuschung heraus. – Der mittlere Kreis wirkt in der linken Abbildung größer als in der rechten, obwohl beide den gleichen Durchmesser haben. Auch hier ist die Erfahrung des Gehirns für eine Erklärung heranzuziehen: In der linken Abbildung ist der Punkt von kleineren Kreisen umgeben, die ihm quasi abstandslos aufliegen. In der rechten Abbildung ist der Kreis von größeren Punkten umgeben, die einen Abstand zu ihm wahren. Die kleinere Umgebung lässt den Punkt links größer erscheinen als im rechten Bild. A3 Betrachte die folgende Abbildung genau. Fixiere dazu einen Punkt. Was nimmst du wahr? Fixiere dann einen anderen Punkt in der Abbildung. Vergleiche. – Wenn man einen Punkt in der Abbildung fixiert, scheinen sich in weiter entfernten Bereichen die kreisförmig angeordneten Objekte um den Kreismittelpunkt zu drehen. Fixiert man einen anderen Punkt, nimmt man dort Stillstand wahr und weiter entfernt Drehung. 20 Sinneswahrnehmung A4 Zeige die zwei folgenden Abbildungen unterschiedlichen Personen und bitte sie, ihren Eindruck aufzuschreiben. Vergleiche die Ergebnisse miteinander. Kannst du eine Erklärung abgeben? – Man kann sowohl eine Vase in der Mitte des Bildes sehen als auch zwei spiegelbildlich gegenüberstehende Gesichtshälften an den beiden Rändern des Bildes wahrnehmen. Durch den Schwarz-Weiß-Kontrast des Bildes werden entweder die „Vase“ oder die „Gesichtshälften“ sehr stark hervorgehoben oder in den Hintergrund gedrängt. Es scheint individuell zu sein, was man als erstes wahrnimmt. Gleiches gilt für die 2. Abbildung: Frauenporträt oder Saxophonspieler. A5 Baue aus lauter gleichen Münzen einen Münzstapel auf, sodass – nach Augenmaß beurteilt – die Höhe des Stapels gleich nach seinem Durchmesser ist. Miss nun mit einem Lineal nach. Notiere deine Beobachtungen. Gib einer weiteren Person dieselbe Aufgabe. Gelingt ihr die Lösung? Vergleiche die Ergebnisse miteinander. – Die räumliche Abschätzung ist für viele Menschen schwierig. Daher sind unterschiedliche Ergebnisse möglich. A6 Betrachte das unten stehende Muster eine Weile und drehe dann das Buch langsam um 360 Grad, ohne wegzuschauen. Schreibe deine Empfindungen, die du dabei wahrnimmst, auf. Führe diesen Versuch auch mit anderen Personen durch. Sehen alle dasselbe in diesem Muster? – Die Quader wirken entweder so, dass sie mit der dunklen oder mit der hellen Seite nach oben stehen. Dieser Eindruck ergibt sich erst, wenn man einige Sekunden auf das Bild geschaut hat. Der Eindruck unterscheidet sich von Person zu Person und scheint mit der räumlichen Wahrnehmung zusammenzuhängen. Vom Sehen zum Reagieren (Seite 93) A1 Der Roboter dient hier als Modell für Vorgänge, die im menschlichen Körper ablaufen. Ordne einzelne Bestandteile des Modells Roboter denen des menschlichen Körpers zu. – Modell: Realität; Lichtsensor: Auge; Computereinheit: Gehirn; Verbindungskabel: Nervenzelle; Motor: Muskel A2 Ein solches Modell kann nur bestimmte Teile menschlichen Verhaltens darstellen. Welche Bereiche können damit nicht abgebildet werden? – Feinheit der Reaktion; Einbinden von Informationen, die nicht über den Lichtsinn aufgenommen werden; Flexibilität der Reaktion; Erlernen von immer gleichen Situationen; Abschätzen von ähnlichen Situationen mit angepasster Reaktion; etc. Sehen ohne Licht — die Wüste (Seite 94) A1 Erläutere, dass die Grubenotter mit dem Grubenorgan gut an ihren Lebensraum angepasst ist. – Am Tage sind die Bedingungen der Wüste so heiß, dass weder die Grubenotter noch deren Beutetiere lange überleben könnten. Daher sind sie nachtaktiv. Mit dem Grubenorgan kann die Grubenotter des nachts unbelebte von belebter Umgebung deutlich gegeneinander abgrenzen, sodass sie nun erfolgreich jagen kann. Tagsüber nimmt sie mit diesem Organ bei den hohen Temperaturen nur etwas wahr, was man eigentlich als weiß umschreiben könnte. Unterschiede in dieser Hitze kann das Organ nicht übermitteln. 21 Sinneswahrnehmung 3.2 Hören Leistungen des Gehörs (Seite 97) A1 Untersuche mithilfe der Tabelle und der Grafik, um das Wievielfache der Schalldruck von LKW-Verkehr und Düsenflugzeugen höher liegt als laute Unterhaltung und Flüstern. – Flüstern – LKW: 1000 x, Flüstern – Düsenflugzeug: 20 000 x, laute Unterhaltung – LKW: 50 x, laute Unterhaltung – Düsenflugzeug: 1000 x Material: Hören (Seite 98) A1 Beschreibe den Verlauf der Hörschwelle in Abhängigkeit der Frequenz. Informiere dich über den Frequenzbereich, in dem das Gehör des Menschen am empfindlichsten ist. Erkläre die biologische Bedeutung für den Menschen. – Das Gehör ist zwischen den Frequenzen von 250 bis 5000 Hertz sehr empfindlich. Dies ist biologisch bedeutsam, da in diesem Bereich auch die meisten Frequenzen der menschlichen Stimmen liegen. A2 Plane ein Experiment, mit dem man den Verlauf der Hörschwellenkurve einer Versuchsperson im hörbaren Frequenzbereich ermittelt. Beschreibe, wie du bei deinem geplanten Experiment vorgehen müsstest, wenn dir die erforderlichen Geräte zur Verfügung gestellt würden. – Mit einem Tongenerator werden der Testperson Töne bestimmter Frequenzen unterschiedlich laut vorgespielt und so jeweils das Lautstärkeminimum ermittelt. A3 Ein Ohrenarzt untersucht einen Patienten, der auf dem linken Ohr an Schwerhörigkeit leidet. Der Arzt ermittelt die Hörschwelle getrennt für das linke und das rechte Ohr durch Knochenleitung des Schalls. Das Ergebnis zeigt, dass bei Knochenleitung kein Unterschied in der Hörschwelle zwischen beiden Ohren besteht, wohl aber bei Luftleitung. Äußere eine begründete Vermutung über den Bereich des Hörorgans, in dem die Ursache der Schwerhörigkeit liegt. Begründe. – Das Trommelfell oder die Gehörknöchelchen müssen die Ursache sein, da das Innenohr in beiden Fällen gleich reagiert. A4 Die Einheit lautet „Risiko in Prozent“. Erkläre diese Formulierung am Beispiel von 200 untersuchten Personen. – Wenn 200 Personen z. B. 20 Stunden wöchentlich 100 dB ausgesetzt sind, sind bei 120 Personen Hörschäden zu erwarten. Besonders gefährdet sind Personen, die zusätzlichem Lärm ausgesetzt sind. A5 Bestimme mithilfe der unten stehenden Grafik die Schallstärke, ab der Gefahr für das menschliche Gehör besteht. – Ab 90 dB bei langer Belastung. A6 Bestimme die Anzahl der Mitglieder deiner Klasse, die vermutlich eine Hörschädigung erfahren, wenn sie über 5 Jahre hinweg wöchentlich 10 Stunden bei einem Schalldruckpegel von 100 dB in der Disko verbringen würden. – Lösung entsprechend Aufgabe 4. A7 Untersuche deine Hörgewohnheiten und stelle fest, wie lange dein Gehör in der Woche starkem Schall ausgesetzt ist. Beurteile dein Verhalten. – individuelle Lösung A8 Ist die Dauer der Einwirkung oder die Schallstärke eine größere Gefahr für das Hörorgan? Schätze begründet ab. – Der Schalldruckpegel ist ab einer Mindestdauer entscheidend für die Schädigung. Bei 120 dB ist bei 10 Stunden Beschallung die Schadenswahrscheinlichkeit schon so groß, dass kaum noch eine Steigerung bei 40 Stunden möglich ist. A9 Die Grafik zeigt für 40 Stunden und 110 dB, dass dabei 95 Prozent der Jugendlichen eine Hörminderung erleiden. Kann man behaupten, bei 5 Prozent der Jugendlichen verursacht dieser Schall keine Beeinträchtigung des Gehörs? Begründe deine Meinung. Bestimme den prozentualen Anteil der Jugendlichen, bei denen die Restempfindlichkeit des Gehörs zwischen 30 und 3 Prozent der normalen Empfindlichkeit beträgt. – Bei 5 Prozent der Jugendlichen liegt die Hörminderung zwischen 0 und 30 Prozent, also können durchaus Schäden auftreten. 30 Prozent haben eine Restempfindlichkeit zwischen 3 und 30 Prozent. 22 Sinneswahrnehmung Praktikum: Hören und Sehen (Seite 99) V1 Halte das Buch mit ausgestreckten Armen vor dich. Schließe ein Auge und fixiere mit dem anderen den schwarzen Punkt unten auf dieser Seite. Bewege langsam das Buch auf dein Auge zu. Achte dabei auf das schwarze Kreuz, ohne das Auge zu bewegen. Beschreibe und erkläre deine Beobachtung. – Bei einem bestimmten Abstand „verschwindet“ das Kreuz. Bei geringem Abstand wird es wieder sichtbar (Nachweis für den Blinden Fleck). In diesem Netzhautbereich sind keine Sehzellen vorhanden. V2 Halte ein Lineal mit der Nullmarke rechts an die Nasenwurzel und schließe das linke Auge. Führe einen Bleistift am Lineal entlang so weit auf das Auge zu, bis er unscharf erscheint. Ein Mitschüler liest die Entfernung zum Auge ab. – Der Erwartungswert liegt bei Jugendlichen bei ca. 8 cm. V3 In einem Stück Papier wird mit einem spitzen Bleistift eine kleine runde Blendenöffnung von 1–2 mm Durchmesser gestochen. Schließe ein Auge und betrachte mit dem anderen bei sehr guter Beleuchtung diesen Text. Nähere das Buch so weit, bis der Text gerade nicht mehr scharf erscheint. Halte jetzt das Papier vor das Auge und betrachte den Text durch die Blendenöffnung. Beschreibe deine Beobachtungen. Ermittle die kleinste Entfernung zwischen Auge und Buchseite, bei der der Text noch scharf zu sehen ist. Vergleiche mit den Werten von Versuch V1. – Innerhalb der Nahpunktentfernung bewirkt die Lochblende, dass der Text schärfer gesehen wird. Dieser Effekt reicht bis ca. 3 cm Abstand. V4 Ein Mitschüler hält den Karton etwa 30 Sekunden lang vor sein geschlossenes Auge. Danach blickt er zum hellen Fenster. Beobachte sofort seine Pupille und erkläre. – Bei der Pupillenreaktion liegt eine Regelung vor. Die Verengung verhindert eine zu intensive Beleuchtung der Netzhaut. V5 Der Schlauch wird genau in seiner Mitte durch einen Strich markiert. Die Enden des Schlauchs werden in die Ohrmuscheln gehalten. Ein Mitschüler klopft mit einem Lineal etwa 10 cm neben der Mitte auf den Schlauch. Die Versuchsperson teilt mit, von welcher Seite das Geräusch kommt. – individuelle Lösung A1 Erkläre das Versuchsergebnis. – Aufgrund des unterschiedlichen Weges des Schalls zu den beiden Ohren registriert man eine Zeitdifferenz. V6 Der Versuch V3 wird mehrfach wiederholt und dabei jedes Mal näher an der Schlauchmitte geklopft. Es wird so die kleinste Entfernung von der Schlauchmitte bestimmt, bei der das Geräusch gerade noch einer der Seite zugeordnet wird. Notiere diesen Wert. – 0,5 bis 2 cm Abstand von der Mitte können meist sicher zugeordnet werden. A2 Der Laufweg des Schalls vom Entstehungsort bis zu den beiden Ohren ist unterschiedlich groß. Der Laufwegunterschied ist doppelt so groß wie die Strecke zwischen Schlauchmitte und Klopfstelle. In Luft breitet sich Schall etwa mit der Geschwindigkeit v = 340 m/s aus. Hierfür gilt die Gleichung: Geschwindigkeit = Weg / Zeit, kurz v = s/t. Bestimme daraus den Zeitunterschied t für den kleinsten mit Versuch V4 ermittelten Laufwegunterschied. – Die Schallgeschwindigkeit beträgt 343 m/s. 1 cm Abstand entspricht 2 cm Wegdifferenz. Dem entspricht eine Zeitdifferenz von 0,0584 ms. V7 Möglichst viele Schüler zählen innerhalb von 30 Sekunden alle p in den nachfolgenden Zeilen. Jeder notiert sein Ergebnis. – individuelle Lösung V8 Der Versuch wird von anderen Schülern wiederholt. Dabei spielt laute Musik. Nach 30 Sekunden werden die Ergebnisse notiert und mit den Resultaten des ersten Versuchs verglichen. – Die Leistungsfähigkeit lässt durch die Beschallung in der Regel nach. A3 Erkläre das Ergebnis. – Die Verarbeitung der unterschiedlichen Reize führt zu Störungen der Konzentration. Bei hohem Lärmstress kann es zu Blockaden kommen. 23 Sinneswahrnehmung A4 Welche Teile eines Bogengangs werden mit dieser Anordnung dargestellt? – Der Kartonstreifen im Modell entspricht der Gallertkappe mit Sinneshärchen, das Wasser der Bogengangsflüssigkeit. V9 Drehe den Stuhl in Uhrzeigerrichtung. Beobachte den Kartonstreifen und die Korkkrümel. – Der Kartonstreifen bewegt sich mit der Wanne. Die Krümel drehen sich mit zunehmender Rotation des Wassers mit. A5 Beschreibe und erkläre die Beobachtungen zunächst am Modell. Übertrage deine Kenntnisse nun auf den Bogengang und erkläre den Drehschwindel. – Eine kontinuierliche Drehung führt zu einer Rotation des gesamten Systems. Es findet keine Auslenkung statt. Wird das System gestoppt, so führt die Massenträgheit zu einer Auslenkung in Gegenrichtung. Dies entspricht dem Drehschwindel. 24 Sinneswahrnehmung 3.3 Weitere Sinne Geruchssinn (Seite 101) A1 Erläutere unter Verwendung der Abbildung, wie wir unterschiedliche Düfte wahrnehmen können. – Düfte bestehen aus bestimmten Kombinationen einzelner Duftstoffe. Da jeder der ca. 350 verschiedenen Rezeptoren nur auf einen bestimmten Duftstoff anspricht, regt ein Duft immer eine bestimmte Kombination von Rezeptoren an: Es entsteht ein Erregungsmuster. Dies wird an das Riechzentrum im Gehirn übermittelt, was (auch durch Lernen bedingt) diesem Erregungsmuster einen Duft zuordnet. Übungen: Sinneswahrnehmung (Seite 106/107) A1 Zähle alle dir bekannten Sinne und die dazugehörigen adäquaten Reize auf. – Sinn: Reiz, Sehen: Licht, Hören: Schall, Fühlen: Druck, Temperatur, Riechen: Geruchsstoffe, Schmecken: Geschmacksstoffe, Gleichgewicht: Drehbewegung. Es können auch andere im Tierreich vorhandene Sinne aufgezählt werden. A2 Finde eine mögliche Erklärung. – Der Schüler könnte kurzsichtig sein. Dinge, die weit entfernt von ihm sind, werden nicht mehr scharf auf seine Netzhaut gebrochen. Ursache ist ein zu langer Augapfel. Bei maximal entspann­ter Linse werden die Gegenstände immer noch unscharf auf die Netzhaut projiziert. A3 Vergleiche das Modell des Roboters mit der Realität der Reizaufnahme und -bearbeitung eines echten Lebewesens. – Der Lichtsensor des Modells entspricht den Sinneszellen, das Kabel dem Sehnerv, die Computereinheit dem Sehzentrum im Gehirn. Viele Aspekte sind im Modell nicht vertreten: Die Linse, der Zerfall des Sehpurpurs, der die Erregung erst auslöst. Auch ordnet das Sehzentrum die ankommende Erregung nach ähnlichen Erregungsmustern, die bereits bei ihm angekommen sind, es lernt also. A4 Ein Bauarbeiter bedient einen Presslufthammer, hat aber wegen des schwülwarmen Wetters keine Lust, seinen Gehörschutz aufzusetzen (Abb. 4). Äußere dich zu den möglichen Folgen für den Bauarbeiter und beurteile sein Handeln. – Mögliche Folgen: Hörminderung, die umso wahrscheinlicher und stärker ausfällt, je öfter der Bauarbeiter den Hörschutz nicht aufsetzt. Beurteilung: Das Verhalten lässt sich nur mit Bequemlichkeit erklären und ist nicht sinnvoll, da der Bauarbeiter die Schäden in Kauf nimmt. A5 Erläutere das Schlüssel-Schloss-Prinzip am Beispiel des Geruchssinns. – In der Nase gibt es für ca. 350 verschiedene Geruchsstoffe bestimmte Rezeptoren. Da die Geruchsstoffe sich durch ihre (räumliche) Gestalt voneinander unterscheiden, stellen die Rezeptoren genau das Gegenstück zu ihnen dar. Erst wenn ein Geruchsstoff genau in einen Rezeptor passt, entsteht ein Geruchseindruck. A6 Manche Menschen können bestimmte Geruchsstoffe nicht wahrnehmen. Finde eine mögliche Erklärung. – Ursache kann sein, dass ihnen ein bestimmter Rezeptortyp fehlt oder dass seine räumliche Gestalt nicht genau das Gegenstück zu der Form des bestimmten, nicht riechbaren Geruchsstoffes darstellt. A7 Fische, die sich im trüben Wasser mithilfe von elektrischen Signalen orientieren, erkennen so Hindernisse bzw. Beute. Erläutere die Angepasstheit. – Im trüben Wasser ist eine Fernorientierung über Lichtsinne nicht möglich. Der Fisch sendet selbst elektrische Signale aus und nimmt sie entlang seines Körpers wahr. Diese werden nur durch größere Gegenstände verändert, nicht aber durch trübes Wasser. 25 Sinneswahrnehmung 4 Ökologie 4.1 Wald Ein Wald entsteht (Seite 111) A1 Anders als viele einjährige Pflanzen verfügen die meisten ausdauernden Pflanzen über Inhaltsstoffe, die sie als Futterpflanzen ungenießbar machen. Vergleiche die Konkurrenzstrategie von beiden Lebensformtypen. – einjährige Pflanzen: hohe Nachkommenzahl, rasches Wachstum, wenige Investition in Baustoffe und Schutzmaßnahmen, werden leichter von Tieren gefressen; ausdauernde Pflanzen: geringe Nachkommenzahl, Bildung von ausdauernden Organen und Schutzeinrichtungen vor Tierfraß A2 Auf Sandbänken naturbelassener Wildbäche finden sich ausschließlich einjährige Pflanzen. Begründe. – Durch die starke Strömung insbesondere im Winter und Frühjahr wird das Substrat, auf dem Pflanzen siedeln können, immer wieder bewegt. Ausdauernde Pflanzen haben hier keine Möglichkeit, dauerhaft zu siedeln. A3 Stelle eine Hypothese auf, warum einjährige Pflanzen häufig auf Äckern als Unkräuter auftreten. – Hypothese: Der Acker ist ein Standort, der eine Besiedlung mit ausdauernden Pflanzen erschwert. Begründung: Der Boden ist durch die ackerbauliche Tätigkeit stark in Bewegung (z. B. Pflügen), sodass sich keine ausdauernden Pflanzen einstellen können. Die Pflanzen des Waldes (Seite 112/113) A1 Überprüfe im Wald, an welchen Stellen man den im Text beschriebenen Stockwerkbau besonders gut erkennen kann. – Lichtungen oder der Waldrand gewähren einen guten Überblick. Der Stockwerkbau ist hier wegen des höheren Lichteinfalls deutlicher ausgeprägt. So lassen sich Moos-, Kraut-, Strauch- und Baumschicht besonders gut erkennen. A2 Beschreibe Aussehen und Gliederung eines Waldes, der vom beschriebenen Aufbau deutlich abweicht. Nenne mögliche Ursachen dafür. – Stehen gleichaltrige Bäume eng beieinander (z. B. in einer dicht gepflanzten Aufforstung), sind die Stockwerke des Waldes nicht erkennbar. Zu wenig Licht erreicht den Boden. Hier wachsen höchstens Moose und wenige Schatten ertragende Kräuter (z. B. Sauerklee), kaum Sträucher oder nachwachsende Jungbäume. A3 Die Tabelle gibt Auskunft über die durchschnittlichen Lichtmengen am Waldboden und Temperaturen im Verlauf eines Jahres. Stelle die Messwerte in einem Balkendiagramm dar. – Das Balkendiagramm zeigt zunächst eine Abnahme der Lichtintensität vom Frühjahr zum Sommer, verursacht durch die zunehmende Belaubung der Bäume, danach, infolge des fortschreitenden Blattabwurfs, eine Zunahme der Lichtintensität bis zum Winter. Der Temperaturverlauf verhält sich gegenläufig, d. h. die Temperaturen sind im Sommer, wenn die Sonne den höchsten Stand erreicht hat, am größten. A4 Erläutere die Ursachen dafür. – Die Belaubung ab April führt zu einer Beschattung des Waldbodens und damit zur Abnahme der Lichtintensität. Diese nimmt erst mit dem Laubfall im Herbst wieder zu. Der Temperaturverlauf entspricht in etwa dem Temperaturjahresverlauf des Freilands. Insgesamt ist aber des Klima im Wald etwas milder als im Freiland. Wie Bäume wachsen (Seite 114) A1 Zähle an einem gefällten Baumstamm die Jahresringe am oberen und unteren Ende und miss die Stammlänge. Ermittle daraus den mittleren Jahreslängenzuwachs. – Teilt man die gemessene Länge des Stammes durch die Differenz der Jahresringe am oberen und unteren Ende des Stammes, erhält man die durchschnittliche jährliche Zuwachsrate. 26 Ökologie Material: Geschichte des Waldes (Seite 115) A1 Analysiere mithilfe der Abbildung 1, wo etwa die Baumgrenze in Europa während der Eiszeit lag. Vergleiche dein Ergebnis mit dem Zustand heute. Schlage dazu in deinem Atlas nach. – siehe Abbildung im Schülerbuch. Heute findet man in ganz Europa Wälder mit Ausnahme der Hochlagen der Alpen und Pyrenäen. A2 Weshalb verschiebt sich die Baumgrenze mit der Veränderung der Durchschnittstemperatur? – Zu lange Frostperioden mindern die Wachstumsmöglichkeiten der Bäume. A3 Vergleiche die Klimabedingungen während der Eiszeit und heute mithilfe der Abbildung 2. Wo gibt es heute Klimabedingungen wie bei uns in der letzten Eiszeit? – Lange Frostperioden und geringer Niederschlag charakterisieren die Eiszeit. Entsprechende Bedingungen gibt es heute in den Hochlagen von Gebirgen und zum Teil in Sibirien. A4 In vielen Darstellungen von Künstlern findet man Informationen über die zu der damaligen Zeit üblichen Nutzung des Waldes. Stelle anhand der Abbildungen 3 und 4 und des Informationstextes auf Seite 126 zusammen, in welcher Weise der Mensch den Wald nutzte und damit auch veränderte. Gib mögliche Gründe dafür an. – Neben der Holzgewinnung und der Erzeugung von Holzkohle wurde der Wald auch als Nahrungsquelle für Haustiere genutzt. Verbiss von Jungpflanzen und das Fressen von Früchten (Eicheln und Becheckern durch Schweine) führten zu einer Zunahme der Nadelhölzer bei Abnahme der Laubhölzer. A5 Jeder Baum hat auch eine Individuelle Geschichte. Versuche die Geschichte der Kiefer anhand des in Abbildung 5 abgebildeten Stammquerschnittes nachzuvollziehen. – Der junge Baum hatte vermutlich durch Schräglage ein asymmetrisches Dickenwachstum, später nach einem Brand schloss sich eine Wunde. Unterschiedlich dicke Jahresringe deuten auf variierende Klimabedingungen hin. Pflanzen ordnen (Seite 118) A1 Erstelle für jede Pflanzenfamilie ein Steckbrief nach folgendem Muster: • Hahnenfußgewächse • Blätter mit Netznervatur, • ohne Nebenblätter, • nicht mit kreuzförmigen Blüten – Steckbriefe: • Lippenblütengewächse: Blätter mit Netznervatur, Blätter ohne Nebenblätter, vierkantiger Stängel • Kreuzblütengewächse: Blätter ohne Netznervatur, Blätter ohne Nebenblätter, runder Stängel, kreuzförmige Blüte • Süßgräser: Blätter paralleladrig, unscheinbare grüne Blüten, Stängel rund • Liliengewächse: Blätter paralleladrig, auffällige Blüten, Blüten strahlig symmetrisch • Knabenkrautgewächse: Blätter paralleladrig, auffällige Blüten, Blüten zweiseitig symmetrisch • Rosengewächse: Blätter netzadrig, Blätter mit Nebenblättern, Blüten strahlig symmetrisch, Blüten nicht in Dolden • Doldenblütengewächse: Blätter netzadrig, Blätter mit Nebenblättern, Blüten strahlig symmetrisch, Blüten in Dolden • Schmetterlingsblütengewächse: Blätter netzadrig, Blätter mit Nebenblättern, Blüten zweiseitig symmetrisch • Sauergräser: Blätter paralleladrig, unscheinbare grüne Blüten, Stängel dreikantig 27 Ökologie Pilze sind notwendig für den Wald (Seite 121) A1 Vergleiche die Ernährung der Pilze mit der Ernährung der Tiere und Pflanzen. Fertige dazu eine Tabelle an. – Pilze: heterotroph: Vorgefertigte energiereiche Stoffe werden aufgenommen. Als Parasiten oder Symbionten können sie Nährstoffe direkt aufnehmen, als Saprophyten sondern sie eine vorverdaute Lösung ab. Tiere: heterotroph: Vorgefertigte energiereiche Stoffe werden aufgenommen. Meist wird die Nahrung im Verdauungstrakt abgebaut. Pflanzen: autotroph: Energiereiche Stoffe werden durch Fotosynthese selbst hergestellt. Bodenlebewesen und Waldtypen (Seite 123) A1 Bilde eine Hypothese, wie sich die Humusform Moder auf schwach saurem Untergrund auf die Artzusammensetzung des Waldes auswirken würde. – Hypothese: Auf der Humusform Moder findet man Wälder mit einer mittelmäßig vielfältigen Artenzusammenstellung. Begründung: Der schwach saure Untergrund lässt eine mittlere Aktivität der Bodenlebewesen zu, sodass das Nährsalzangebot ebenfalls mittelmäßig ist. Schnecken und ihr Bauplan (Seite 124) A1 Auch Tintenfische zeigen den gleichen viergliedrigen Bauplan wie Schnecken. Leite daraus eine Aussage zur Abstammung ab. – Da Tintenfische in ihrem viergliedrigen Bauplan (Kopf, Fuß, Eingeweidesack und Mantel) Übereinstimmungen mit Schnecken zeigen, ist davon auszugehen, dass beide Tiergruppen auf einen gemeinsamen Vorfahren zurückzuführen sind. Sie sind also miteinander über diesen Vorfahren verwandt. Praktikum: Schnecken bestimmen (Seite 125) A1 Mit dem nachstehenden Bestimmungsschlüssel kannst du einige einheimische Schneckenarten bestimmen. – individuelle Lösung Vom Urwald zum Nutzwald (Seite 126/127) A1 Erläutere, welche Auswirkungen Monokulturen aus Fichten auf lange Sicht auf die Entwicklung von Schädlingen, den Boden und die Vielfalt der Pflanzen- u. Tierwelt haben. Begründe. – Die Vermehrung und Verbreitung der Schädlinge wird gefördert. Der Boden verarmt an den von der jeweiligen Art besonders viel aufgenommenen Mineralstoffen. Die monotone, gleich bleibende Umgebung bewirkt, dass wenige, gut angepasste Arten überwiegen. A2 In der Randspalte sind verschiedene Weiterverarbeitungsformen von Holz dargestellt. Wo finden diese ihre Verwendung? Fertige dazu eine Tabelle an. – Hinweis: Außer zu Papier und Holzwolle (Verpackungsmaterial) findet man Hinweise auf die Verwendung der Produkte im Baumärkten. A3 Schubladen aus massivem Holz klemmen an manchen Tagen, an anderen aber nicht? Erkläre. – Holz ist ein natürliches Material, das Wasserdampf aufnehmen kann. Dadurch quillt es auf, das Volumen wird vergrößert. An Tagen mit hoher Luftfeuchtigkeit klemmen deshalb die Schubladen, bei geringer Luftfeuchtigkeit nicht. A4 Informiere dich, weshalb heute zunehmend Umweltschutzpapier verwendet wird. Recherchiere Verwendungsmöglichkeiten. – Umweltschutzpapier wird zum überwiegenden Teil aus Altpapier hergestellt (geringerer Holzund Wasserverbrauch). Verwendung findet Umweltschutzpapier z. B. als Verpackungsmaterial, Zeitungs-, Schreib- und Kopierpapier. 28 Ökologie 4.2 Gewässer Lebenslauf eines Stillgewässers (Seite 129) A1 Gletscherseen der Hochgebirge sind kaum von Pflanzen besiedelt, selbst wenn sie schon lange existieren. Die Besiedlung von Baggerseen geschieht innerhalb weniger Jahre. Begründe. – Während Produzenten im Flachland eine klimatisch begünstigte Situation vorfinden und so eine Erstbesiedelung von neu entstandenen Baggerseen rasch erfolgen kann, ist diese gute Ausgangslage bei Gletscherseen nicht gegeben. Der Pflanzenbewuchs wird auch noch durch einen geringen Eintrag an düngenden organischen Stoffen im Hochgebirge erschwert. Temperatur im Jahresverlauf (Seite 131) A1 Beschreibe und erkläre die Abbildung 1. – Durch die Dichteanomalie des Wassers und die Erwärmung von oben entstehen Schichten. Während oben Sauerstoff gelöst wird und durch Fotosynthese frei wird, dominiert unten der Verbrauch. A2 Fischsterben wird häufig im Sommer beobachtet, selten im Herbst. Begründe. – Im Sommer fehlt die Durchmischung (sauerstoffarmes Tiefenwasser). A3 Erläutere, dass unter einer Eisdecke im See Fische überleben können. – Im kalten Wasser ist relativ viel Sauerstoff gelöst, wenn das Gewässer nicht überdüngt ist. Außerdem benötigen die wechselwarmen Tiere wenig Sauerstoff. Wasservögel (Seite 134/135) A1 Die Isolationseinrichtungen der Entenvögel sind für Tauchenten nicht uneingeschränkt vorteilhaft. Begründe diese Aussage. – Die Isolation wird durch eine dünne Luftschicht hervorgerufen. Diese wirkt durch einen Auftrieb dem Tauchen entgegen und erfordert zusätzliche Kraftanstrengung. A2 Stelle tabellarisch die Körpermerkmale von Reiherente und Kormoran dar, die ihre Koexistenz ermöglichen. – Reiherente: Gefettetes Gefieder, fettreiches Unterhautgewebe und gedrungener Körperbau ermöglichen eine schwimmend-tauchende Lebensweise und die Erbeutung festsitzender Nahrung wie Muscheln. Kormoran: Ungefettetes Gefieder, schlanker Körperbau, weit hinten ansetzende Füße und Haken bewehrter Schnabel ermöglichen Jagdtauchen und mit Fischen eine ganz andere Beute als die im gleichen Lebensraum vorkommenden Reiherenten. A3 Erkläre das gemeinsame Vorkommen von Fischadler und Kormoran im gleichen Lebensraum. – Die Koexistenz von Fischadler und Kormoran ist möglich, da beide zwar Fisch verzehren, der Kormoran aber im Gegensatz zum Fischadler in großen Wassertiefen jagt. A4 Von Fischwirten hört man die Forderung, den Fischeradler zu bejagen. Nimm Stellung zu dieser Aussage. – individuelle Lösung Lebensräume entlang der Weser (Seite 137) A1 Beschreibe, wie sich die Strömungsgeschwindigkeit auf die Partikelgröße des transportierten Gesteins auswirkt. – Bei starker Strömung lagern sich nur grobe Steine am Grund des Fließgewässers ab, kleiner Partikel werden weiter mitgetragen. In beruhigten Fließgewässerabschnitten können sich feine Gesteinspartikel absetzen. 29 Ökologie Bestimmung der Gewässergüte (Seite 138) A1 Untersucht die Gewässergüte eines kleinen Baches und ermittelt auch die physikalischen und chemischen Werte, wie es auf den Seiten 132/133 beschrieben wurde. Zieht Gummihandschuhe an und wascht euch nach dem Arbeiten gründlich die Hände. – individuelle Lösung A2 Nehmt an mehreren Probestellen 5 Züge mit einem Haushaltssieb durch die Wasserpflanzen, siebt 5 Bodenproben oder nehmt 10 handgroße Steine auf. Bestimmt die Anzahl und Arten der Zeigerlebewesen. – individuelle Lösung Selbstreinigung im Gewässer (Seite 140) A1 Erkläre die Vorgänge der biologischen Selbstreinigung mithilfe der Abbildung 2. – Erklärung im Schülerbuchtext. Die Kläranlage (Seite 141) A1 Vergleiche die biologische Selbstreinigung in einem Bach mit der einer Kläranlage. – Ufer- und Wasserpflanzen kämmen große Verunreinigungen aus dem Wasser (Rechenanlage). In ruhigen Flussabschnitten setzen sich Sand und grobe Partikel (Sandfang) und teilweise auch Schwebstoffe (Vorklärbecken) ab. Bakterien und andere Mikroorganismen im freien Wasser sowie auf Steinen und Pflanzen bauen organische Stoffe ab (Teilschritte der biologischen Reinigung). Frei werdende Nährsalze fördern das Pflanzenwachstum, sodass der Gehalt des Wassers an Nitraten und Phosphaten abnimmt (chemische Reinigung). Ökosystem Wattenmeer (Seite 143) A1 Erkläre, warum Quellerpflanzen im Spätsommer salziger schmecken als im Frühjahr. – Während der Wachstumsperiode hat der Queller Salz in seiner Vakuole angereichert. Die im Vergleich hohe Salzkonzentration am Ende der Wachstumsperiode lässt sich geschmacklich feststellen. A2 Nenne eine Nahrungskette, in der der Austernfischer vorkommt. – Kieselalgen (Produzent) — Herzmuschel (1. Konsument) — Austernfischer (2. Konsument) Übungen: Ökologie (Seite 144/145) A1 Nenne Gründe, warum sich auf den meisten mitteleuropäischen Flächen natürlicherweise ein Wald einstellen würde. – Bäume sind in der Lage, niedrig wachsende Pflanzen zu beschatten. Dadurch verschaffen sie sich einen Vorteil bei dem Faktor Licht. A2 Erläutere, warum Rotbuche und Waldkiefer nicht an einem Standort existieren können. – Beide Baumarten beanspruchen Licht. Die Rotbuche kann als Schatten ertragende Baumart aber im Schatten der anderen und in ihrem eigenen Schatten aufwachsen. Sie hat einen Konkurrenzvorteil. A3 Begründe, warum Kiefernwälder krautreicher sind als Rotbuchenwälder (Abb. 1 und 2). – Das Laubdach des Kiefernwaldes lässt viel Licht durch, sodass eine kräftige Krautschicht aufwachsen kann. 30 Ökologie A4 Beschreibe anhand des Basiskonzepts „Stoff- und Energieumwandlung” (s. Seite 188), wie sich der Mischwald verändern würde, wenn Rot- und Rehwild nicht bejagt würden. – Die Tiere nutzen die in Buchenkeimlingen bereitgestellte Energie. Diese dient dann zum Aufbau und Erhalt des Tierkörpers. Ohne Bejagung können keine Rotbuchen aufkeimen, da die Jungpflanzen ohne Blätter keine Energie für ihren eigenen Aufbau zur Verfügung haben. Brombeeren usw. bleiben im Bestand. Die Folge ist eine Überalterung der Buchenbestände. A5 Nenne die Zonierung eines Stillgewässers und gib dabei die Bedeutung der jeweiligen Zone für Wasservögel an. – Erlenzone: Nistmöglichkeit z. B. für Baumbrüter, z. B. Kormoran. Röhrichtzone: Nistmöglichkeit für Bodenbrüter (Versteck), z. B. Reiherente. Schwimmblattzone und Tauchblattzone: z. B. Jagdgebiet für Fischadler. A6 Erkläre mithilfe des Basiskonzepts „Variabilität und Angepasstheit” (s. Seite 194), warum Seeadler und Fischadler trotz ähnlicher Ansprüche an Nistplätze nebeneinander existieren können. – Die Koexistenz ist durch Unterschiede in den Nahrungsansprüchen möglich: Fischadler ausschließlich Fisch, Seeadler vielseitig. A7 Erläutere den Verlauf der Messwerte in Abbildung 6. – Die Fließgeschwindigkeit nimmt mit zurückgehendem Gefälle ab. Im Tiefland stagniert die Geschwindigkeit. Der Sauerstoffgehalt ist im Oberlauf durch den Eintrag von Luftsauerstoff und etwas später durch die Tätigkeit der Wasserpflanzen hoch. Die Temperatur entspricht im Oberlauf der Quelltemperatur, später steigt die Temperatur durch zeitweilige Besonnung und hat am Unterlauf mit dem sehr breiten Gewässer ihr Maximum erreicht. A8 Stelle das Basiskonzept „Stoff- und Energieumwandlung” (s. Seite 188) anhand der Veränderungen im Ökosystem Fließgewässer dar. – Im Oberlauf nutzen heterotrophe Lebwesen die Energie, die Uferbäume (autotroph) bereitgestellt haben. Später kommen Wasserpflanzen hinzu, die als Nahrung dienen. Der Unterlauf ist durch eine hohe Pflanzenproduktion reich an Nährstoffen, von der eine hohe Anzahl verschiedener Wassertiere profitiert. A9 Erkläre unter Zuhilfenahme des Basiskonzepts „Variabilität und Angepasstheit” (s. Seite 194), ob ein Rückgang der Graugänse durch die Ankunft der Nilgänse zu erwarten ist. – Graugans und Nilgans haben in etwa die gleichen Ansprüche an ihren Lebensraum. Das macht eine Koexistenz schwierig. Da die Nilgans ein breiteres Nahrungsangebot nutzen kann und darüber hinaus aggressiv ihre Jungen verteidigt, könnte es sein, dass die Zunahme der Nilganszahlen zu einer Abnahme der Grauganszahlen führt. 31 Ökologie 5 Evolution und Stammesgeschichte 5.1 Evolutionsmechanismen Vielfalt durch Artentstehung (Seite 149) A1 Beschreibe unter Verwendung der Abbildung in einer Geschichte, wie die heutigen Wale entstanden sein könnten. – individuelle Lösung A2 Vergleicht die Geschichten in eurer Klasse, indem ihr prinzipielle Gemeinsamkeiten und Unterschiede der Texte herausarbeitet. – individuelle Lösung Selektion (Seite 151) A1 Plane ein Experiment, das zeigt, ob die Gehäuse größerer Schnecken einen Schutz vor den Angriffen der Strandkrabbe sein könnten. – Im Experiment könnte Strandkrabben eine Sammlung von Stumpfen Strandschnecken verschiedener Gehäusestärken vorgelegt werden. Nach einer festgelegten Zeit werden den Krabben die übrig gebliebenen lebenden Schnecken weggenommen. Dieser Vorgang wird mehrere Male wiederholt. Es wird die Anzahl der Schnecken mit dicker und dünner Schale vor und nach dem Angriff durch die Krabbe festgestellt. Sollte sich das Verhältnis dickschalig zu dünnschalig nach dem Angriff verschoben haben, ist der Einfluss der Krabben auf die Population der Schnecken naheliegend. A2 Stelle die Daten der Tabelle in einem Säulendiagramm dar. – siehe Abbildung 1000 freigelassene Tiere davon wieder eingefangene Tiere Anzahl der Tiere 800 600 400 200 0 Industriegegend industrieferne Gegend A3 Deute die Ergebnisse von Kettlewell. – In einer industriefernen Gegend wurden im Vergleich nur sehr wenige dunkle Tiere wieder gefangen. Das bedeutet, dass hier ein größerer Anteil der Birkenspanner von Singvögeln erbeutet werden konnte als in der Industriegegend. In der Industriegegend haben dunkle Falter einen Selektionsvorteil, der in industriefernen Gegenden nicht in dem Maße gegeben ist. 32 Evolution und Stammesgeschichte Wegbereiter der modernen Evolutionstheorie (Seite 153) A1 Alfred Wallace hat errechnet, dass ein einziges Vogelpaar innerhalb seines Lebens eine Nachkommenschaft von zehn Millionen Tieren hätte (einschließlich Enkel, Urenkel usw.). Begründe mithilfe dieser Rechnung die Annahme vom „Kampf ums Dasein“. – Die hohe Nachkommenschaft eines Paares führt zu einer verstärkten Konkurrenz um die Ressourcen. Die Folge dieser Konkurrenz, die hier als „Kampf ums Dasein” bezeichnet wird, ist die Begrenzung der Anzahl der Nachkommenschaft im Rahmen der zur Verfügung stehenden Ressourcen. A2 Erläutere, in wiefern die Annahme eines „Kampfs ums Dasein“ Darwins Selektionstheorie ergänzt. – In der Auseinandersetzung um die Ressourcen setzen sich die Nachkommen durch, die durch die Variation bedingte Körpermerkmale aufweisen, die zu einer besseren Angepasstheit führen. A3 Begründe Darwins Annahme vom Wandel der Arten unter Bezugnahme auf die Abbildung 2. – Alle abgebildeten Finken sehen sich sehr ähnlich, nutzen aber unterschiedliche Lebensräume und gehören zu verschiedenen Arten. Alle stammen von einer kontinentalen Finkenart ab und haben sich im Zuge des Artwandels aus dieser entwickelt. Erworbene Eigenschaften (Seite 154/155) A1 Beschreibe die Thesen Lamarcks mit eigenen Worten. – individuelle Lösung A2 Erläutere an einem selbst gewählten Beispiel, wie sich die Veränderung eines Lebewesens nach Lamarck vollzogen hätte. – individuelle Lösung A3 Stelle die Hauptaussagen Lamarcks und Darwins tabellarisch gegenüber. – Lamarck: • Eine Umweltveränderung ruft veränderte Bedürfnisse des Tieres hervor.# • Ein veränderter Gebrauch eines Organs führt zu dessen Stärkung. • Ohne Gebrauch verschwindet das Organ. • Das gestärkte Organ findet sich bei den Nachkommen ebenfalls wieder. Darwin • Die Variation innerhalb einer Nachkommenschaft führt zu unterschiedlichen Merkmalsausprägungen. • Die Unterschiede in der Merkmalsausprägung führen zu unterschiedlichen Erfolgen beim Gebrauch (Selektion). • Die Individuen mit erfolgreicherem Organgebrauch können ihre Anlagen dafür erfolgreicher an die Nachkommen weitergeben. • Über mehrere Generationen führt das zu einer Veränderung der Population, indem sich die Anlage für das erfolgreich gebrauchte Organ stärker durchsetzt. A4 Erläutere, wie Darwin die Entstehung des Kängurus erklärt hätte. – Unter den Nachkommen des Känguru-Vorfahrens gab es einige, die durch die natürliche Variation stärkere Hinterbeine (kräftigerer Stützschwanz usw.) hatten. Diese wurden gegenüber den anderen Nachkommen durch die natürliche Selektion begünstigt. Innerhalb der Känguru-Vorfahren-Population nahm der Anteil der Tiere, die stärkere Hinterbeine hatten, zu. Über längere Zeiträume hinweg entwickelte sich so aus einem Vorfahren mit normalen Hinterbeinen der Typus Känguru. A5 Interpretiere die Abbildung 2. – Das Kind des Bodybuilders verfügt nicht über ähnliche Muskelpakete wie der Vater. Diese werden durch häufigen Gebrauch gebildet und als erworbene Eigenschaften nicht an die Nachkommen weitergegeben. A6 Erläutere anhand der gebundenen Füße, dass die im Laufe eines Lebens erworbenen Eigenschaften nicht auf die Nachkommen vererbt werden. – Da die jungen Frauen in jeder Generation erneut ihre Füße einbinden mussten, kann ausgeschlossen werden, dass die erworbene Eigenschaft „Füße der Schuhgröße 17” an die Nachkommen weitergegeben werden. 33 Evolution und Stammesgeschichte A7 Werte das Versuchsergebnis von Weismann aus und nimm dabei Stellung zu seiner Ausgangsfrage. – Da die Nachkommen der schwanzlosen Mäuse wieder Schwänze besaßen, kann die im Verlauf eines Lebens erworbene Eigenschaft „schwanzlos” nicht an die Nachkommen weitergegeben worden sein. A8 Die Samen einer kräftigen, im Flachland gewachsenen Löwenzahnpflanze werden im Hochgebirge ausgesät. Daraus wachsen kleine Pflanzen mit dünnen Blättern. Sät man deren Samen wieder ins Flachland, so wachsen erneut kräftige, dickblättrige Pflanzen. Werte diese Beobachtungen vor dem Hintergrund der Lamarck‘schen Thesen aus. – Nach Lamarck müssten die Pflanzen, die im Verlauf ihres Lebens die Eigenschaft „Niedrigwüchsigkeit, feine Blätter” erworben haben, diese an ihre Nachkommen weitergeben. Tatsächlich sind die Nachkommen aber anders gestaltet. Dies ist ein Hinweis darauf, dass Lamarcks Vorstellung von der Weitergabe erworbener Eigenschaften nicht zutreffen kann. Entstehung der Giraffe (Seite 156/157) A1 Nimm Stellung zur Ansicht Lamarcks, die er zur Entstehung der Tierart Giraffe vorgebracht hat. – individuelle Lösung A2 Fasse den Text Darwins unter Zuhilfenahme folgender Begriffe zusammen: Konkurrenz, Variation, Selektion, Vererbung. Siehe auch die Randspalte auf Seite 157. – individuelle Lösung A3 Nenne den Hauptunterschied zwischen Darwins und Lamarcks Ansicht. – Die Eigenschaft „langer Hals” wird bei Lamarck durch den Gebrauch des Halses erreicht. Bei Darwin zeigen einige Vertreter der Population bereits durch die natürliche Variation etwas längere Hälse. Giraffen mit der Eigenschaft „kurzer Hals” wurden durch die natürliche Selektion von der weiteren Fortpflanzung ganz oder teilweise ausgeschlossen. A4 Vergleiche das Aussehen von Giraffe und Okapi, indem du Gemeinsamkeiten und Unterschiede in einer Tabelle auflistest. – siehe Tabelle 34 Giraffe Okapi Kopf mit Tüteohren und Hörnern Kopf mit Tüteohren und Hörnern stark gestreckter Hals gestreckter Hals netzartig gemustertes Fell dunkle Decke und gestreifte Beine Evolution und Stammesgeschichte 5.2 Stammbäume Homologe Organe — stammesgeschichtliche Verwandtschaft (Seite 158/159) A1 Stelle tabellarisch die Besonderheiten der in Abbildung 1 dargestellten Wirbeltierextremitäten in Bezug auf den Bauplan dar. – Besonderheiten der dargestellten Wirbeltierextremitäten: • Mensch: entspricht in etwa dem Bauplan • Maulwurf: verkürzte und verdickte Oberarm- und Unterarmknochen • Salamander: verkürzte Ober- und Unterarmknochen, nur vier Finger • Pferd: kräftiger Oberarmknochen, Mittelhand- und Fingerknochen reduziert auf einen Strahl • Fledermaus: Fingerglieder zart und lang, Daumen abstehend • Vogel: Reduzierung der Anzahl von Mittelhand- und Fingerknochen • Wal: Verdickung der Oberarm- und Unterarmknochen zu flächigen Strukturen, Reduzierung einzelner Fingerglieder A2 Beschreibe die stammesgeschichtliche Entwicklung der Pferde anhand der Abbildung 3. – Aus den kleinen, Laub fressenden Hyracotherium, das noch einen vierstrahligen Vorderfuß besaß, entwickelte sich das dreizehig, kräftigere Mesohippus. Ab dem Pliohippus wurde dann die Steppe besiedelt, die Körpergröße liegt bei über einem Meter und der Vorderfuß ist nur noch einstrahlig aber feiner als bei dem modernen Pferd Equus. Immer wieder gab es im Verlauf der Pferdeentwicklung blind endende Seitenäste. A3 Vor 20 Mio. Jahren wurde das Erdklima trockener. Bilde eine Hypothese, wie sich der damalige Klimawandel auf die stammesgeschichtliche Pferdeentwicklung ausgewirkt hat. – Der Klimawandel begünstigte den Lebensraum Steppe gegenüber dem des Waldes. Die Anzahl der Tiere, die aufgrund ihrer Eigenschaften erfolgreich diesen Lebensraum besiedeln können, nimmt zu. Die einstrahlige Pferdeextremität und das kräftige Grasfressergebiss begünstigen das Leben in offenem Grasgelände. Bauplan und Stammbaum der Insekten (Seite 160/161) A1 Beschreibe die Abwandlung der Grabbeine der Maulwurfsgrille ausgehend vom Bauplan des Insektenbeines. – Gegenüber dem Bauplan hat das Grabbein eine gedrungene Form. Alle Glieder sind flächiger und kompakter ausgeprägt und ermöglichen eine grabende Lebenweise. A2 Vergleiche die saugenden Mundwerkzeuge der Schmetterlinge mit dem allgemeinen Bauplan. – Bei den Schmetterlingsmundwerkzeugen sind vor allem die Unterkiefer stark ausgeprägt. Dieser ist zu einem langen Saugrüssel umgeformt worden. Die übrigen Mundwerkzeuge sind klein gegenüber dem Grundbauplan. Übungen: Evolution und Stammesgeschichte (Seite 162/163) A1 Deute das Versuchsergebnis mithilfe des Basiskonzepts „Variabilität und Angepasstheit” (s. Seite 194). – An die unterschiedlichen Lebensbedingungen von Flach- und Bergland vermag sich die Art Löwenzahn anpassen, indem sich ihre Organe Wurzel und Blatt verändern. A2 Erkläre, inwiefern diese Beobachtung der These Lamarcks, erworbene Eigenschaften könnten vererbt werden, widerspricht. – Die Anpassung der Organe an die Lebensbedingungen des Berglands werden nicht an die Nachkommen weitergegeben. Nach Lamarck hätten die Nachkommen den Berglandtypus zeigen müssen. A3 Bilde eine Hypothese, wie sich nach Darwin aus einer Vorform des Löwenzahns der Alpenlöwenzahn entwickelt haben könnte. – Die Nachkommen des Vorfahrens variieren. Unter alpinen Selektionsbedingungen pflanzen sich einige dieser Nachkommen erfolgreicher fort und vererben ihre Eigenschaften an ihre Nachkommen. Nach vielen Generationen wird sich dann eine neue Art entwickelt haben. 35 Evolution und Stammesgeschichte A4 Vergleiche den Aufbau von Maulwurfsvorderbein und Grabbein der Maulwurfsgrille. – Gemeinsamkeit: Beide haben die gleiche Funktion: Wegschieben von Bodenmaterial. Unterschiede ergeben sich aus völlig anderen Bauplänen. A5 Handelt es sich bei den Beinen von Mauwurf und Maulwurfsgrille um homologe oder analoge Strukturen? Begründe deine Ansicht. – Da unterschiedliche Baupläne zugrunde liegen, sind die beiden Beine zueinander nicht homolog sondern analog. Die Bildung beider Beine ist als Angepasstheit an ähnliche Umweltbedingungen zu verstehen. A6 Das Hinterbein des Gelbrandkäfers ist dem Grabbein der Maulwurfsgrille homolog, Diskutiere diese Aussage. – Gegenargument: Beim Grabbein handelt es sich um ein Vorderbein, beim Schwimmbein um ein Hinterbein. Für die Aussage: Es handelt sich beides Mal um Insekten, also um Angehörige einer Klasse. Sie sind verwandt, daher könnten beide Beine homolog sein. Im Ganzen darf man von Homologie ausgehen, da der Aufbau aller drei Beinpaare der Insekten dem gleichen, fünfgliedrigen Bauplan entspricht. A7 Erläutere die Abwandlung beider Extremitäten vom fünfstrahligen Bauplan. – Beide Tiere sind auf einen gemeinsamen Vorfahren mit fünfstrahliger Extremität zurückzuführen. Beim Wildschwein ist die Zurückbildung nicht so stark vorangeschritten. Das wird als Angepasstheit an ein Leben in morastigem Untergrund gesehen. Beim Reh liegt eine weitergehende Zurückbildung vor. Die Zweistrahligkeit ermöglicht wie beim Pferd schnelles und ausdauerndes Laufen auf hartem Untergrund. A8 Begründe, warum die auffallend schwarz-gelb gefärbten Schwebfliegen weniger häufig von Vögeln gefressen werden als die grau gefärbten Fliegen. – Obwohl schwarz-gelb durch den stärkeren Kontrast stärker auffällt als grau, haben schwarzgelbe Fliegen gegenüber grauen den Vorteil, dass sie von Beutegreifern mit Wespen verwechselt werden. Wespen werden aufgrund schmerzhafter Erfahrung von Vögeln gemieden. Das kommt den täuschenden Schwebfliegen zugute. A9 Erkläre mithilfe von Evolutionsmechanismen, wie sich die auffallenden Fliegen ausgehend von grauen Vorfahren entwickelt haben könnten. – Von den unterschiedlich gefärbten Schwebfliegen pflanzten sich die am erfolgreichsten fort, die der gefährlichen Wespe am ähnlichsten sahen, da sie häufiger von Feinden verschmäht wurden. Durch Vererbung wiesen auch ihre Nachkommen die Musterung auf. Die Auswahl erfolgt auch in dieser Generation zugunsten der Tiere, die dem gefährlichen Vorbild am ähnlichsten sahen. 36 Evolution und Stammesgeschichte 6 Sexualität des Menschen 6.1 Biologische Grundlagen menschlicher Sexualität Pubertät — Zeit der Veränderungen (Seite 167) A1 Jugendliche schließen sich in der Pubertät oft zu Cliquen zusammen. Nenne Vorteile dieser Cliquenbildung. Siehst du auch Nachteile oder Probleme? – In der Gruppe der Gleichaltrigen können gemeinsame Interessen verfolgt werden, man fühlt sich geborgen. Allerdings kann die Gruppenstruktur auch einen Anpassungsdruck in eine Richtung erzeugen, der den individuellen Interessen Einzelner nicht gerecht wird. Dies hängt entscheidend davon ab, ob es sich um eine offene, dynamische Gruppe handelt. A2 Mädchen und Jungen verhalten sich in einer Gruppe Gleichaltriger oft unterschiedlich. Liste typisch weibliche und typisch männliche Verhaltensweisen auf. Vergleicht untereinander. – Hinweis: Die Antworten der Schüler können auf Karteikarten geschrieben werden und an der Tafel typisch männlichem und weiblichem Verhalten zugeordnet werden. In der Lerngruppe ist zu klären, ob sich die Verhaltensweisen tatsächlich eindeutig zuordnen lassen, oder ob nicht doch eher Mischformen die Regel sind. A3 Stelle in einer Tabelle die primären und sekundären Geschlechtsmerkmale von Mann und Frau einander gegenüber. – siehe Tabelle primäre Geschlechtsmerkmale Mann Penis, Hoden, Hodensack, Vorhaut, Eichel, Nebenhoden, Bläschendrüse, Spermienleiter, Harn-Sperma-Röhre, Vorsteherdrüse Frau Scheide, Schamlitten, Kitzler, Gebärmutterhals, Eierstock, Eileiter sekundäre Geschlechtsmerkmale breite Schultern, schmales Becken, kräftige Muskulatur, tiefe Stimme, Bartwuchs, Achsel- und Schambehaarung schmale Schultern, breites Becken, Brüs­te, Achsel- und Schambehaarung Die Geschlechtsorgane des Mannes (Seite 168) A1 Ordne den einzelnen Bestandteilen des männlichen Geschlechtsorgans (Abb. 1) ihre biologische Funktion zu. – Hodensack: Aufbewahrung des Hodens; Hoden: Produktion der Geschlechtszellen; Nebenhoden: Lagerung der Geschlechtszellen; Vorhaut: Schutz der Eichel; Harn-Sperma-Röhre: Transport der Spermien und des Spermas; Drüsen: produzieren Flüssigkeiten zur Spermabildung. Eizellen und Befruchtung (Seite 171) A1 Stelle in einer Tabelle Gemeinsamkeiten und Unterschiede in der Entwicklung der Spermien und der Eizellen zusammen. – • In beiden Fällen entwickeln sich die (haploiden) Keimzellen in den Keimdrüsen (Eierstöcke 37 Sexualität des Menschen bzw. Hoden) durch (Reduktions-) Teilung (Meiose) aus (diploiden) Urkeimzellen. • Aus einer Spermienmutterzelle reifen vier Spermien; aus einer Eimutterzelle aber nur eine Eizelle und drei Polkörperchen, die zugrunde gehen. Zudem läuft die Eizellreifung in einer besonderen Struktur, dem Follikel ab. • Ca. 400 000 Eizellen liegen bereits bei der Geburt vor. Nur ein kleiner Teil (etwa 450) reift in der Zeit von der Menarche (12.–14. Lebensjahr) bis zur Menopause (Klimakterium) etwa im 45. Lebensjahr heran, jeden Monat eine Eizelle (vgl. weiblicher Zyklus S. 172/173). • Die Spermien bilden sich während des Lebens immer neu, wobei bei einem Spermienerguss ca. 100 Millionen Spermien abgegeben werden. Diese Unterschiede sind wichtig bei der Beurteilung der Gefährdung des Erbguts bei Mann und Frau, z. B. durch Strahlung. Als zusätzliche Frage kann man die Angepasstheiten der männlichen und weiblichen Geschlechtszellen miteinander vergleichen lassen: Stichworte wären hier: • Art der Fortbewegung • Art der Versorgung • Lebensdauer Der weibliche Zyklus (Seite 173) A1 Misst eine Frau sehr regelmäßig und exakt die Körpertemperatur, so erhält sie einen Überblick über ihren Zyklus (Basaltemperaturmethode). Sie kann so den Zeitpunkt ihres Eisprungs ermitteln (Abb. 2). Erläutere. – Am Tag des Eisprungs steigt die Körpertemperatur um etwa 0,5 bis 1 °C an. Diese Temperaturerhöhung hält mit kleineren Schwankungen für etwa 14 Tage an. Protokolliert eine Frau regelmäßig den Temperaturverlauf in ihrem Zyklus, so kann sie die fruchtbaren Tage um den Eisprung herum ablesen, wenn der Zyklus regelmäßig ist. A2 An bestimmten Tagen des Zyklus kann eine Eizelle befruchtet werden und die Frau schwanger werden. Bestimme diesen Zeitraum. Gehe dabei davon aus, dass die Eizelle bis zu 12 Stunden im Körper der Frau leben kann, Spermien sogar bis zu 5 Tagen. – Wenn der Eisprung am 14. Tag nach der Monatsblutung erfolgt, so kann eine Befruchtung im Extremfall zwischen dem 9. und 19. Tag erfolgen. A3 Kann man die Aussagen aus Aufgabe 1 und 2 auch auf junge Frauen und Mädchen anwenden? Begründe deine Aussage. – Nein, da die Menstruation häufig sehr unregelmäßig erfolgt. Ein regelmäßiger Zyklus hat sich noch nicht eingestellt, d. h. dass der Tag des Eisprungs auch nicht festgelegt werden kann. 38 Sexualität des Menschen 6.2 Zur Sexualität des Menschen Sexualität und Verantwortung (Seite 174) A1 Was gehört für euch zur Liebe? Schreibt eure Vorstellungen auf und sprecht darüber in Gruppen. – individuelle Lösung. Hinweis: Um den Schülern Raum zur Formulierung ihrer Liebesvorstellungen zu geben, eignet sich ein Arbeiten in Kleingruppen. Es werden Begriffe gesammelt, die für die Jugendlichen zu einer Liebesbeziehung gehören, wie z. B. Treue, Geborgenheit, Offenheit, Sexualität, gutes Aussehen, Geld usw. Die Begriffe werden auf Karteikarten geschrieben, aus den Karten wird ein Haus gebaut. In den Gruppen wird geklärt, an welcher Stelle die Begriffe in das Haus integriert werden. Die Begriffe bekommen symbolische Bedeutung: Was ist das Fundament einer Liebesbeziehung? Was ist die Tür, die in eine Liebesbeziehung führen kann? Was gehört eher an den Rand, um im Beispiel zu bleiben: in den Garten oder Vorgarten? A2 Erstelle nach dem Lexikon auf Seite 175 eine Tabelle, in der Wirkungsweise und Zuverlässigkeit der Verhütungsmethoden aufgeführt sind. Diskutiert, welche für Jugendliche geeignet sind. – siehe Lexikon Schülerbuch Seite 175 Übungen: Sexualität des Menschen (Seite 180/181) A1 Versetze dich in die Situation deiner Eltern. Gib Gründe an, die ihre Entscheidung beeinflusst haben könnten. – Gründe für die Entscheidung der Eltern: Angst, dass du unbeaufsichtigt und im Dunkeln nach Hause kommen musst; Angst, dass du Gefahren ausgesetzt sein könntest, die du nicht rechtzeitig erkennst; Sorge, wie du ohne Bus nach Hause kommen kannst; nicht bereit, keine Zeit oder keine Möglichkeit, die nach dem Kino abzuholen; u. v. a. A2 Die folgende Liste zeigt einige wesentliche Unterschiede zwischen Ei- und Spermienzelle. Zeige auf, dass beide Strukturen gut an ihre Funktion angepasst sind. [Basiskonzept S. 182] – Die Eizelle kann mit ihren Vorräten das werdende Baby bis zur Einnistung versorgen. Wegen ihrer Größe wäre eine eigene Fortbewegung aber zu aufwändig, daher wird sie transportiert. Da die Spermien selbst zur Eizelle gelangen müssen, sind sie klein und wendig. Daher haben sie auch keinen Nährstoffvorrat bei sich, der die Beweglichkeit einschränken würde. A3 Fasse die Aussage der Untersuchung zusammen und gib eine mögliche Erklärung für das Ergebnis. Beurteile das Verhalten der Mütter. – Beschreibung: Die Neugeborenen von Raucherinnen sind deutlich leichter und kleiner als die von Nichtraucherinnen. Erklärung: Giftstoffe, die im Zigarettenrauch enthalten sind, gelangen ins Blut des Kindes und schränken seine Entwicklung ein. mögliche Beurteilung: Das Verhalten ist unverantwortlich, weil die Mutter ihr Kind schädigt. Das Kind hat nicht die Möglichkeit, auf das Verhalten der Mutter Einfluss zu nehmen. Es ist den Folgen ein ganzes Leben lang ausgeliefert. A4 Nimm Stellung zu Sarahs Situation und zu dem Rat ihrer Freundin. – Die Situation ist nachvollziehbar, allderings ist nicht klar, ob das unbekannte Mädchen ein neue Freundin ist oder nicht vielleicht die Schwester bzw. einfach nur eine gute Freundin. Man sollte bei Entscheidungen nichts tun, was den eigenen Gefühlen widerspricht. Sarah könnte Justus ansprechen und die Situation klären. 39 Sexualität des Menschen Basiskonzepte Struktur und Funktion (Seite 183) A1 Vergleiche den Aufbau eines Spermiums mit dem einer Eizelle. Nenne Gemeinsamkeiten und Unterschiede. Die Funktion der Eizelle lässt sich aufgrund ihres Baus erschließen. Erkläre. – Gemeinsamkeiten zwischen Eizelle und Spermium: Sie bestehen nur aus einer Zelle, sie dienen der Fortpflanzung und sie weisen Zellkern und Zellplasma auf. Unterschiede: Die Eizelle ist viel größer. Sie ist nicht aktiv beweglich und sie enthält viel Zellplasma. Die energiereichen Stoffe des Zellplasmas dienen der Ernährung der befruchteten Eizelle, während sie durch den Eileiter zur Gebärmutterschleimhaut transportiert wird. Die Eizelle ist recht groß (Nährstoffvorrat für die erste Zeit der Entwicklung) und unbeweglich (Spermien gelangen zu ihr). A2 Die linke Herzkammer hat eine dickere Wand und einen größeren Hohlraum als die rechte. Erkläre dies. – Die linke Herzkammer transportiert das Blut durch den Körperkreislauf, die rechte durch den viel kleineren Lungenkreislauf (s. Seite 48/49). Arterien haben u. a. eine viel dickere Mittelschicht als Venen. A3 Hohe Stabilität bei gleichzeitiger Materialeinsparung zu erzielen, ist biologisch sinnvoll. Dieses Prinzip versucht man auch in der Technik umzusetzen. Beschreibe hierfür ein selbst gewähltes Beispiel. – Die Wand von Luftröhre und Tracheen ist relativ dünn. Die nötige Stabilität wird durch ringförmige, spiralige oder spangenförmige Verstärkungselemente erreicht. Beispiele: Verstärkungen in Dusch-, Staubsauger- und Gartenschläuchen. Weitere Beispiele aus der Technik findet man z. B. in „Das große Buch der Bionik“ von W. Nachtigall und K. Blüchel. A4 Nenne ein weiteres Beispiel, an dem man das Schlüssel-Schloss-Prinzip erkennen kann. – Jeder Nährstoff kann nur durch ein bestimmtes Enzym abgebaut werden, der Malzzucker etwa nur durch das Enzym Maltase. Weil uns die Cellulase fehlt, können wir die Ballaststoffe nicht als Energieträger verwerten. A5 Benenne die Organe, die auf Seite 41 und 72 beim Stoffaustausch abgebildet sind. Erläutere jeweils die Oberflächenvergrößerung. – Die Oberflächenvergrößerung erfolgt beim Verdauungs- und Atmungssystem durch die Vergrößerung der inneren Oberfläche, beim Kreislaufsystem durch die Bildung von Kapillaren. Kompartimentierung (Seite 185) A1 Erläutere, dass auch der Darm des Menschen kompartimentiert ist. – Es finden sich einzelne Abschnitte, in denen jeweils unterschiedliche Vorgänge ablaufen. Hier sei der Dünndarm genannt, in dem die Zersetzung der Nahrung in die Grundbausteine Fettsäuren, Glycerin, Aminosäuren und Zucker erfolgt. Diese Stoffe werden anschließend durch die Darmwand ins Blut resorbiert. Im Dickdarm hingegen findet die Rückgewinnung des Wassers, die Wasserresorption, statt. A2 Als der Mensch sesshaft wurde, bestanden seine Unterkünfte meist nur aus einem Raum. Erläutere, dass dies heutzutage große Probleme mit sich brächte. Stelle an diesem Beispiel einen Zusammenhang zur Kompartimentierung her. – Ein Haushalt hat viele Räume. Meist finden in jedem Raum verschiedene Tätigkeiten statt oder sie werden vornehmlich zu verschiedenen Tageszeiten genutzt.: Schlafzimmer, Küche, Badezimmer, Wohnzimmer, Werkraum, Arbeitszimmer, etc. Würden alle diese Tätigkeiten in einem großen Zimmer stattfinden, so bräche schnell ein großes und unübersichtliches Chaos aus. Ähnlich verhält es sich mit den Lebewesen. Auch sie sind bis ins kleinste (die Zelle) kompartimentiert, da nur Arbeitsteilung ein Überleben ermöglicht. A3 Beschreibe eine Pflanzenzelle unter besonderer Berücksichtigung ihrer Kompartimentierung. – Die einzelnen Kompartimente übernehmen verschiedene Funktionen: • Zellwand: Stabilität, Festigkeit, Schutz • Zellkern: Steuerung aller Lebensvorgänge, Sitz der Erbinformationen • Vakuole: Speicherraum, Festigkeit • Plasmahaut: umgibt die Vakuole und regelt, welche Stoffe hinein und heraus können • Chloroplasten: Ort der Fotosynthese • Mitochondrien: Ort der Zellatmung 40 Basiskonzepte A4 Auch der Lebensraum Wald ist kompartimentiert. Erläutere dies. Erläutere in diesem Zusammenhang auch, dass man in den einzelnen Teilbereichen jeweils unterschiedliche Arten von Lebewesen findet. – Der Wald gliedert sich in verschiedene Stockwerke, die als Kompartimente aufgefasst werden können: Wurzelstockwerk, Moosschicht, Krautschicht, Strauchschicht und Baumschicht. Auch der Boden ist in verschiedene Schichten kompartimentiert. Da in jeder Schicht die äußeren Bedingungen unterschiedlich sind (Stärke des Sonnenlichtes, Feuchtigkeit, Wind, Temperatur, etc.) wurden im Laufe der Evolution auch unterschiedliche Arten an diese Lebensräume angepasst, die man heutzutage dort finden kann. Steuerung und Regelung (Seite 187) A1 Nachdem wir einige Zeit Sport getrieben haben, regeln sich Atem- und Herzfrequenz auf bestimmte Werte ein. Diese liegen zwar höher als die entsprechenden Werte in Ruhe, sind aber geringer als zu Beginn der sportlichen Aktivität. Erkläre. – Die Körperzellen benötigen unter Belastung mehr Energie, die Zellatmung läuft verstärkt ab. Hierzu ist auch mehr Sauerstoff nötig. Daher wird die Atmung forciert, sodass mehr Sauerstoff ins Blut gelangt. Gleichzeitig steigt der Puls, sodass der Sauerstoff schneller zu den Zellen ransportiert werden kann. Die entsprechende Betrachtung gilt für Kohlenstoffdioxid. A2 Bei zu starkem Licht setzen wir gerne eine Sonnenbrille auf. Dies kann vor allem dann gefährlich sein, wenn die Brille keinen ausreichenden UV-Schutz hat. Erkläre. – Durch das dunkle Glas gelangt wenig Licht in das Auge, die Pupille weitet sich. UV-Strahlung kann dann die Netzhaut schädigen. A3 Finde weitere Beispiele, bei denen Abläufe aus deiner Umwelt technisch geregelt werden. – Möglich wären etwa ein Tempomat im Auto (konstante Geschwindigkeit); durch Licht- und Windmesser geregelte Jalousien A4 „Die Regelung einer konstanten Körpertemperatur bei gleichwarmen Tieren ist viel komplizierter als die Regelung einer konstanten Raumtemperatur.“ Finde Gründe für diese Aussage. Bedenke dabei z. B., ob du bereits Situationen erlebt hast, in denen dir kalt oder warm wurde, ohne dass die Umgebungstemperatur gering oder hoch war. – Die Körpertemperatur des Menschen wird nicht nur durch die Umgebungstemperatur oder die durch körperliche Aktivität entstehende Wärmeenergie beeinflusst (wie etwa eine kühle Umgebung eines Zimmers oder ein heizender Ofen in einem Raum). Wir frieren oder schwitzen auch, wenn wir aufgeregt oder verängstigt sind. Emotionen spielen also auch eine Rolle. Stoff- und Energieumwandlung (Seite 189) A1 Benenne die Zellbestandteile, die in den Grafiken zur Fotosynthese und zur Zellatmung mit den Kugeln dargestellt sind. – Fotosynthese: Chloroplast; Zellatmung: Mitochondrium A2 Ändere die Grafik zur Energiebilanz, wenn statt eines Radfahrers ein ruhender Mensch dargestellt wird. – Die Bewegungsenergie fällt weg und der Gesamtumsatz ist geringer. A3 Mitochondrien werden oft als die „Kraftwerke der Zelle“ bezeichnet. Finde einen entsprechenden Begriff für die Chloroplasten. – Die Chloroplasten könnten als „Solarzellen der grünen Pflanzen“ bezeichnet werden. Wenn man betonen will, dass die Chloroplasten die Energieträger für die Kraftwerke liefern, wäre auch die Bezeichnung „Bergwerke der Zelle“ denkbar. A4 „Wer abnehmen will, muss weniger essen und viel Sport treiben.“ Erkläre diese Aussage mit Energieumwandlungen. – Wer abnehmen will, muss im Körper gespeicherte Energieträger (z. B. Fett) abbauen. Dazu muss mehr Energie verbraucht werden als zugeführt wird. 41 Basiskonzepte A5 Pflanzen produzieren Nährstoffe, die von Tieren mit der Nahrung aufgenommen werden. Durch den Abbau von Nährstoffen ist es Tieren möglich, sich zu bewegen. Stelle die beschriebenen Energieumwandlungen von Pflanze und Tier in einer Grafik dar. – In der Grafik sollte der Energiefluss deutlich werden (s. Abb.). A6 „Die Sonne spendet Leben.“ Erläutere diesen Satz. Beachte dabei die energetischen Aspekte. – Ohne Sonne könnten Pflanzen keine Nährstoffe produzieren und Leben auf der Erde wäre nicht möglich. Alternative Begründung: Der Energiefluss käme zum Erliegen. Information und Kommunikation (Seite 191) A1 Untersuche Werbeanzeigen auf die Verwendung von sexuellen Signalen als „Hingucker“. Gibt es Personengruppen, die da-durch angesprochen werden? Erläutere. – je nach Werbeanzeige A2 Neben optischen Signalen und Berührungssignalen gibt es weitere Wege der Kommunikation zwischen Menschen. Nenne Beispiele. – gesprochene Sprache, Brief, Email, SMS, … A3 Gruppierungen von Jugendlichen (Peergroups) fallen zum Beispiel durch gleiche Kleidung auf. Nenne verschiedene Gruppen und ihre „Kennzeichen“. Inwiefern handelt es sich um eine Form der Kommunikation? Erläutere. – Gruppierungen sind häufig gekennzeichnet durch ihre Sprache, Frisur, Musikgeschmack, … Dadurch signalisieren sie zum einen ihre Zusammengehörigkeit, grenzen aber auch Nichtmitglieder deutlich aus. A4 Kommunikation erfolgt nicht nur unter Artgenossen. Gib Beispiele an für Kommunikation zwischen –Mensch und Tier und –Tier und Pflanze – Mensch – Tier: Entsprechend dressierte Hunde reagieren auf Befehle wie „Fuß!“ oder „Platz!“; schnurrende Katzen signalisieren Wohlbefinden, manche Tiere signalisieren durch Warntrachten ihre Giftigkeit; … – Pflanze – Tier: Pflanzen locken durch Duftstoffe oder Blütenfärbung Bestäuber an; unangenehmer Geruch hält Fressfeinde fern. 42 Basiskonzepte A5 Erläutere ein weiteres Beispiel aus dem Buch, bei dem Hormone an der Kommunikation innerhalb unseres Körpers beteiligt sind. – Insulin und Glukagon kontrollieren die Höhe des Blutzuckerspiegels. Dabei wirkt Insulin nach einer kohlenhydratreichen Mahlzeit senkend auf den Blutzuckerspiegel, indem es dafür sorgt, dass der Zucker in die Zellen aufgenommen werden kann. Sinkt der Blutzuckerspiegel durch körperliche Aktivität zu stark, so bewirkt das Glukagon, dass der Zuckervorrat aus den Zellen wieder ins Blut freigesetzt wird. Reproduktion (Seite 193) A1 Erläutere die Begriffe „Reproduktion”, „Fortpflanzung” und „Vermehrung” allgemein und anhand geeigneter Beispiele. – Reproduktion: Produktion von Nachkommen; Fortpflanzung (sexuelle Fortpflanzung): Produktion von Geschlechtszellen, aus denen nach Zygotenbildung Nachkommen entstehen; Vermehrung: hierzu gehört auch die vegetative Vermehrung, z. B. durch Ableger bei Pflanzen. A2 Menschen und Menschenaffen beschützen, versorgen und erziehen ihre Kinder über mehrere Jahre. Die Zahl der Nachkommen ist pro Paar sehr gering. Blattläuse hingegen haben fast massenhaften Nachwuchs, um den sich die Elterntiere nicht kümmern. In den zwei Beispielen werden Möglichkeiten deutlich, mit deren Hilfe Lebewesen ihren eigenen Nachwuchs sicherstellen. Erläutere. – Einerseits sichert die Pflege des Nachwuchses dessen Überlebenschancen, sie ist aber so arbeitsaufwändig, dass sie nur wenigen Nachkommen zuteil werden kann. Andererseits kann die Überlebenschance einiger Nachkommen gesichert sein, wenn massenhaft Individuen als Nachkommen erzeugt werden. Eine aufwändige Pflege ist dann weder nötig noch möglich. A3 In vielen Familien und Partnerschaften sind Gespräche über Fragen der Sexualität eher die Ausnahme. Finde Gründe. – Hier eine konkrete Lösung zu formulieren, ist aufgrund der sehr unterschiedlichen Lebenswelten unserer Schüler schwierig. Die beiden häufigsten Schülerantworten sind erfahrungsgemäß: traditionelle religiöse Erziehung und fehlendes Vertrauen zwischen den Partnern. A4 Erkläre, inwiefern Ei- und Spermienzellen gut an ihre Funktion angepasst sind. Findet sich hier ein weiteres biologisches Prinzip? Erläutere. – Die männliche Eizelle ist klein aber gut beweglich. Daher kann sie aber keinen großen Nährstoffvorrat mit sich tragen. Die weibliche Eizelle ist groß, weil sie einen großen Nährstoffvorrat mit sich trägt. Sie sichert die Versorgung der Zygote und ist daher bedeutend. Wegen der Größe ist eine Eigenbewegung nicht möglich (Prinzip: Struktur und Funktion). A5 Erläutere, dass auch die Form bestimmter Blüten (z. B. Schmetterlingsblüte oder Hummelblüte) eine Fortpflanzungsstrategie darstellt. – Viele Blüten sind mit ihrer Form an bestimmte Insekten angepasst (und umgekehrt). Das bedeutet, dass nur bestimmte Insekten die Blüte erfolgreich bestäuben können. Der Vorteil für die Blüte besteht darin, dass das Insekt mit großer Wahrscheinlichkeit als nächste Blüte eine Blüte derselben Art besucht, wo die Bestäubung dann erfolgen kann. Auch das Insekt hat einen Vorteil: Da nur wenige Insektenarten (manchmal auch nur eine einzige) in den Kelch der Blüte vordringen können und damit an den Nektar gelangen, finden sich nur wenige Nahrungskonkurrenten für die bestimmten Insekten. Die Ernährung ist gesichert. Variabilität und Angepasstheit (Seite 195) A1 Gleichwarme Lebewesen zeigen in kalter Umgebung unterschiedliche Verhaltensweisen: Sie rollen sich zusammen, in Herden lebende Tiere stellen sich dicht aneinander usw. Handelt es sich dabei um eine Angepasstheit? Erläutere. – Die Angepasstheit besteht darin, dass die Gesamtoberfläche, über die Wärmeenergie an die kältere Umgebung abgegeben werden muss, verkleinert wird. So werden Energie und damit auch Nährstoffe gespart. 43 Basiskonzepte A2 Erläutere die Angepasstheit des menschlichen Atemorgans an die Umgebung Luft. Wären wir auch unter Wasser angepasst? Erkläre. – Die feinen Lungenbläschen (Alveolen) ermöglichen einen intensiven Kontakt zwischen Luft und Blutkreislaufsystem: Die Atemgase können so schnell ausgetauscht werden. Unter Wasser könnten die Alveolen nicht sonderlich viel gelösten Sauerstoff aus dem Wasser holen. Die Konzentration des Sauerstoffs ist im Wasser zu gering, ein ständiger Strom von Wasser durch die Alveolen wäre nötig, ein dauerndes Befüllen und Entleeren der Alveolen wäre nicht ausreichend. Außerdem befindet sich in der Lunge immer Mischluft, da sie niemals ganz entleert werden kann. Auch dies wäre bei den geringen Sauerstoffkonzentrationen im Wasser für eine Atmung nicht ausreichend. A3 Erläutere den Unterschied zwischen den Begriffen „Angepasstheit“ und „Anpassung“. – Anpassung ist ein gezielter Vorgang und kann zumindest beim Menschen auch bewusst gemacht werden. Angepasstheit erfolgt ungezielt durch die Umweltbedingungen im Laufe von langen Zeiträumen. A4 Am Beispiel von Kiemen und Lungen oder auch von Sonnen- und Schattenblatt lässt sich ein weiteres biologisches Prinzip ableiten. Finde es heraus und erkläre. – Prinzip: Struktur und Funktion; Lunge und Kiemen: s. Aufgabe 2; Sonnen -und Schattenblatt: Bei dauerhaft viel Sonnenschein ist eine hohe Fotosyntheseleistung möglich. Die Pflanze ermöglicht dies durch das Vorhandensein vieler Chloroplasten, vor allem in den der Sonne zugewandten Zellen des Palisadengewebes. Da dies einen hohen Gaswechsel erfordert, befindet sich ein großvolumiges Schwammgewebe auf der der Sonne abgewandten Blattseite. Geschichte und Verwandtschaft (Seite 197) A1 Fasse die Aussagen von Darwins Theorie zusammen und stelle sie denen von Lamarcks Theorie gegenüber. – Darwin: Lebewesen verändern sich passiv. Die Nachkommen ähneln zwar ihren Eltern, sind aber auch immer ein wenig verschieden von ihnen. Diejenigen Nachkommen, die am besten an die Umwelt angepasst sind, können mehr Nachkommen erzeugen als die anderen. Deren Nachkommen wiederum ähneln erneut ihren Eltern und können mehr Nachkommen erzeugen. Über viele Generationen können sich so Veränderungen in Populationen zeigen. Stück für Stück werden Lebewesen so an die Veränderungen der Umwelt angepasst. Lamarck: Lebewesen verändern sich aktiv, wenn sich die Umweltbedingungen ändern. Diese Veränderung erfolgt in kleinen Schritten je nach Bedarf oder Nicht-Bedarf. Diese Veränderungen werden an die Nachkommen vererbt. A2 Vergleiche die Wirbeltierextremität mit einem Insektenbein. Liegt Verwandtschaft vor. Begründe. – Es liegt keine Homologie vor. Begründung: Bestimmte Bestandteile der Wirbeltierextremität kommen bei der Insektenextremität nicht vor (Elle/Speiche, mehrere Handwurzel-, Mittelhandund Fingerknochen). Der Schenkelring der Insektenbeine kommt wiederum bei den Wirbeltieren nicht vor. A3 Wale und Hunde gehören beide zu den Wirbeltieren. Trotzdem sieht das Bein des Hundes rein äußerlich vollkommen anders aus als die Flosse eines Wales. Gib eine Erklärung hierfür ab. – Die Extremitäten beider Tiere wurden im Laufe der Evolution immer besser an den Lebensraum, in dem die Tiere leben, angepasst. So ist ein Wal bevorteilt, wenn er sich mit einer Flosse antreiben kann. Nur so kann er im Wasser Feinden schnell entkommen und seine Nahrung erreichen. Ein Wal mit einer Hundeextremität müsste verhungern und könnte sich nicht erfolgreich fortpflanzen. Die Betrachtung für den Hund kann umgekehrt erfolgen. A4 Wirbeltierfossilien lassen den Aufbau ihrer Beinskelette erkennen. Deren Vergleich erlaubt verwandtschaftliche Zuordnungen. Erkläre die Vorgehensweise. – In guten Fossilfunden lässt sich die Zahl und Lage der Knochen gut erkennen. Finden sich zum Beispiel bei verschiedenen Fossilien bestimmte Gemeinsamkeiten (etwa Verringerung der Menge der Fingerknochen wie beim Pferd) ist die Wahrscheinlichkeit groß, dass diese Tiere recht nah miteinander verwandt sind. Diese Aussage ist daher gerechtfertigt, da man annimmt, dass eine Übereinstimmung im Aufbau solch komplexer Organe im Laufe der Evolution nicht zweimal entstanden sein kann. 44 Basiskonzepte
