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NATURA
9/10
Biologie für Gymnasien
bearbeitet von
Susanne Baumbach
Irmtraud Beyer
Birgit Gerkmann
Michael Guckeisen
Gert Haala
Sabine Hild
Christina Hörning
Carla Hundsdieck
Richard Müller
Peter Scheller
Horst Schneeweiß
Oliver Sommer
Thüringen 9/10 Arbeitsheft
Lösungen
Ernst Klett Verlag
Stuttgart · Leipzig
1. Auflage 1 5 4 3 2 1
| 16 15 14 13 12
Alle Drucke dieser Auflage sind unverändert und können im Unterricht nebeneinander verwendet werden.
Die letzte Zahl bezeichnet das Jahr des Druckes.
Das Werk und seine Teile sind urheberrechtlich geschützt. Jede Nutzung in anderen als den gesetzlich
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© Ernst Klett Verlag GmbH, Stuttgart 2012. Alle Rechte vorbehalten. www.klett.de
bearbeitet von: Susanne Baumbach, Dr. Irmtraud Beyer, Dr. Birgit Gerkmann, Michael Guckeisen, Gert Haala,
Dr. Sabine Hild, Christina Hörning, Carla Hundsdieck, Richard Müller, Peter Scheller, Dr. Dr. Horst Schneeweiß,
Oliver Sommer
Redaktion: Rolf Strecker
Mediengestaltung: Ingrid Walter
Illustrationen: Jörg Mair, München; Otto Nehren, Achern; Prof. Jürgen Wirth, Dreieich
Printed in Germany
A15144-04511601
Inhalt
1 Grüne Pflanzen, Pilze und Bakterien 4
2 Organismen in ihrer Umwelt 7
3 Genetik 14
4 Anwendungsbereiche der Genetik 19
5 Evolution 23
3 Inhalt
1
Grüne Pflanzen, Pilze und Bakterien
Welchen Weg nimmt das Wasser in der Pflanze? (Seite 4)
1
Zeichne in die Abbildung der Pflanze den Weg des Wassers farbig ein und gib mit einem
Pfeil die Richtung des Wasserstromes an. Beschrifte anschließend die Abbildungen.
– Oben ist der Begriff „Spaltöffnung“ einzusetzen, in der Mitte die Begriffe „Zentralzylinder“,
„Leitungsbahnen“ sowie „Rinde“ und unten der Begriff „Wurzelhaar“.
2
Ergänze den folgenden Text.
– einzufügende Begriffe: Boden, Wurzelhaaren, Leitungsbahnen, Blättern, kreisförmig, Spaltöff­
nungen
Transportvorgänge in der Sprossachse (Seite 5)
1
Beschreibe die Abläufe in der Sprossachse, die durch die Versuche A und B veranschaulicht
werden.
– A) Kapillarität: Die Kräfte zeigen nur in dünnen Röhren einen nennenswerten Effekt.
B) Der Transpirationssog wird erkennbar, ebenso seine Abhängigkeit von Temperatur und
Luftströmung.
2
Erkläre das Ergebnis von Versuch C.
– Die Laubblätter werden zunächst weiter mit Wasser versorgt, das von den Wurzeln über die Ge­
fäßteile zu den Laubblättern gelangt. Durch das Durchtrennen des Siebteils kann keine Lösung
mit Zucker, die in den Laubblättern gebildet wird, in die Wurzeln gelangen. Sie erhalten keine
Nahrung, sterben ab und die Aufnahme von Wasser und Mineralsalzen über die Wurzeln wird
eingestellt.
3
Erläutere den Zusammenhang zwischen dem Bau der Sprossachse und ihren Transportfunktionen.
– Der Gefäßteil besteht aus lang gestreckten toten Zellen, bei denen keine Zwischenwände vor­
handen sind. Somit entstehen dünne, feste Röhren, in denen Kapillarkräfte wirken. Das Wasser
gelangt hier nach oben. Der davon getrennte Siebteil besteht aus Zellen, deren Zwischenwände
Poren aufweisen. Hier fließt in Sommer und Herbst eine Lösung mit Zucker etc. langsam zu
den Wurzeln oder Früchten, wobei die Lösung schrittweise in die Zucker verbrauchenden Zellen
abgegeben wird.
Funktionsweise und Bedeutung der Spaltöffnungen (Seite 6)
1
Baue das oben beschriebene Modell nach und führe den Versuch durch. Skizziere deine
Beobachtung.
– individuelle Lösung
2
Vergleiche das Modellexperiment mit dem Bau und der Funktion einer pflanzlichen Spaltöffnung.
– Die Luftballons entsprechen den Schließzellen. Die nach Zusammenbinden und Aufblasen ent­
standene Öffnung zwischen den Luftballons entspricht dem Spalt. Das Verstärken der Luftbal­
lons auf der Innenseite entspricht der Verstärkung der Schließzellen an ihrer Innenseite. Beim
Aufblasen der Luftballons entsteht die gleiche Wölbung wie bei der Aufnahme von Wasser in
die Schließzellen.
3
Ca. 90 bis 95 % des Wassers, das Pflanzen über ihre Blätter abgeben, entweicht normalerweise aus den Spaltöffnungen. An heißen, trockenen Mittagen sind die Spaltöffnungen der
Pflanzen meist geschlossen. Erläutere, welche Bedeutung die Beweglichkeit des Spaltöffnungsapparates für die Pflanze hat.
– Durch die Veränderbarkeit der Spaltweite in Anpassung an die Situation ist eine kontrollierte
Wasserdampfabgabe gewährleistet. Somit wird verhindert, dass bei heißer, trockener Witterung
infolge eines hohen Transpirationssogs viel Wasser abgegeben wird.
Anmerkung zum Modell: Gut geeignet sind schlangenförmige Luftballons, die für das Basteln
von Figuren vorgesehen sind.
4 Grüne Pflanzen, Pilze und Bakterien
Fotosynthese und Zellatmung (Seite 7)
1
Setze in die Pfeile der Zeichnung die folgenden Begriffe ein und male die Pfeile farbig aus:
Kohlenstoffdioxid (hellblau), Licht (gelb), Sauerstoff (rosa), Wasser (dunkelblau), Zucker und
Stärke (orange).
– siehe Abbildung
Licht
Kohlenstoffdioxid
Pflanzenzellen
mit Blattgrün
Sauerstoff
Wasser
Zucker
und Stärke
2
Schreibe unter die Zeichnung einen Merksatz zur Fotosynthese.
– Bei der Fotosynthese stellen grüne Pflanzen mithilfe von Sonnenlicht und Blattgrün aus Wasser
und Kohlenstoffdioxid Zucker und Stärke her. Dabei wird Sauerstoff frei.
3
Setze in die Pfeile der Zeichnung die folgenden Begriffe ein und male die Pfeile entsprechend den in Klammern angegebenen Farben aus: Energiefreisetzung (rot), Kohlenstoffdioxid (hellblau), Sauerstoff (rosa), Wasser (dunkelblau), Zucker und Stärke (orange).
– siehe Abbildung
Zucker
und Stärke
Sauerstoff
W
Zellen von
Mensch, Tier
und Pflanze
ass
er
Kohlenstoffdioxid
Energiefreisetzung
4
Schreibe unter die Zeichnung einen Merksatz zur Zellatmung.
– Bei der Zellatmung gewinnen die Lebewesen Energie. Dazu wird Stärke bzw. Zucker mithilfe von
Sauerstoff zu Kohlenstoffdioxid und Wasser abgebaut.
Versuche zur Fotosynthese (Seite 8)
1
Ergänze die fehlenden Versuchsbedingungen, indem du die unten stehenden Angaben in die
Tabelle einordnest.
– A) 0,1 Vol % CO2, 35 °C, B) Schwachlicht, C) kein Licht, D) 0,03 Vol % CO2, F) 10 °C
2
Leite aus den Versuchsergebnissen Maßnahmen für die Steigerung der Pflanzenproduktion
in Gartenbau und Landwirtschaft ab und erkläre ihre Wirksamkeit.
– Zum Beispiel optimale Bedingungen wie Temperatur, Lichtintensität und Kohlenstoffdioxid­
konzentration der Luft führen zur Erhöhung der Fotosyntheseleistung. Maßnahmen wie
zusätzliche Beleuchtung in Gewächshäusern, Begasung von Gewächshauskulturen, Anbau von
Kulturpflanzen in Jahreszeiten, in denen möglichst günstige Temperaturbedingungen herrschen,
führen zur Steigerung der Pflanzenproduktion und zur Erhöhung der Erträge.
5 Grüne Pflanzen, Pilze und Bakterien
Hefe — Helfer in der Küche (Seite 9)
1
Was weißt du über die Hefe? Kreuze die richtigen Aussagen an.
– Hefe gehört zu den Pilzen.
Hefe fühlt sich wohl bei 25 °C — 30 °C.
Hefe ernährt sich von Kohlenhydraten.
2
Hefe kann ihre Energie auf zwei verschiedenen Wegen erzeugen: durch Atmung und durch
Gärung. Benenne die Unterschiede beider Wege.
– Die Atmung findet nur statt, wenn Sauerstoff vorhanden ist. Hierbei entstehen Kohlenstoffdio­
xid und Wasser. Gärung findet unter Luftabschluss statt. Dabei entstehen Kohlenstoffdioxid und
Alkohol.
3
Um Weizenbrot zu backen verwendet man neben Mehl und frischer Hefe lauwarmes Wasser
und etwas Zucker. Erkläre mithilfe der entsprechenden Zutaten, warum das Brot beim Backen aufgeht.
– Hefe benötigt eine feuchte, warme Umgebung und Nahrung. Daher verwendet man lauwarmes
Wasser und Zucker. Im Wasser beginnt die Hefe mit ihrem Stoffwechsel. Dabei entsteht Kohlen­
stoffdioxid, das den Teig aufgehen lässt.
4
Arbeitet in Zweiergruppen: Befüllt ein Reagenzglas zur Hälfte mit warmem Wasser und gebt drei Spatel Trockenhefe dazu. Entscheidet euch für zwei Lebensmittel, die ihr mit dem
Spatel hinzufügt. Notiert euch die hinzugegebene Menge. Stülpt einen vorher gut gedehnten Luftballon über das Reagenzglas. Die Reagenzgläser werden alle in einen Reagenzglasständer an einem warmen Ort nebeneinandergestellt. Vergleicht die Größe der Ballons
nach 30 Minuten.
– individuelle Lösung
Das Kefir-Projekt (Seite 10)
1
Führt die Versuche in Kleingruppen durch. Sprecht vorher ab, wer für welchen Versuch zuständig ist. Protokolliert genau und berichtet in der Gruppe.
– Zu V5: In 3 Flaschen (mit großer Öffnung und Verschluss) je 50 ml Frischmilch und je 5 g Kefir­
korn geben und verschließen. Eine Flasche kühl (z. B. Kühlschrank) bei ca. 10 °C lagern, eine
weitere bei Zimmertemperatur und die dritte an einem warmen Ort (z. B. Brutschrank) bei 37 °C
aufstellen. Die Abhängigkeit der Kefirbildung von der Temperatur bestätigt die RGT-Regel. Anmerkung: Kefirkörner sind z. B. in einigen Reformhäusern und „Naturkostläden“ erhältlich.
Das Projekt kann durch den Vergleich mit anderen Sauermilchprodukten (Dickmilch, Joghurt,
Butter, Käse) ergänzt werden.
Essig aus Wein (Seite 11)
1
Ermittle, aus welcher Reaktion die Essigbakterien offensichtlich die Energie für ihr Wachstum
gewinnen.
– Die Essigsäurebakterien oxidieren den Alkohol des Weins unter Zuhilfenahme von Luftsauer­
stoff. Wird Maische verwendet, benutzen die Bakterien unmittelbar den Fruchtzucker. Anmerkung: Das ist keine echte Gärung, sondern eine unvollständige Oxidation, da die Reaktion
nicht unter Luftabschluss verläuft.
2
In heutigen Essigfabriken werden die Buchenholzspäne durch Keramikkügelchen ersetzt.
Erläutere, welche Rolle die Späne oder Kügelchen spielen.
– Die Buchenholzspäne dienen der Fixierung der Essigsäurebakterien. Durch die Späne und auch
durch die Keramikkügelchen wird die besiedelte Oberfläche extrem vergrößert (z. B. im Vergleich
zur Essigmutter an der Oberfläche).
3
Welche Rolle könnten die Sprühvorrichtung, Luftpumpe und Abluftrohr bzw. die Rücklaufpumpe haben? Erkläre dies mit dem Stoffwechsel der Bakterien.
– Das Abluftrohr entsorgt die von den Bakterien erzeugten Gase, die Luftpumpe dient vor allem
der Sauerstoffzufuhr und die Sprühvorrichtung reichert die Lösung mit Sauerstoff an. Dass nicht
der gesamte Alkohol in einem Durchlauf umgesetzt wird, kann eine Rücklaufpumpe die Ausbeute
erhöhen.
4
Informiere dich über aktuelle Verfahren der Essigherstellung. Erkläre auch, wie Würzessig (z. B. Thymian- oder Estragonessig) hergestellt wird oder warum Essig oft jahrelang in
Holzfässern gelagert wird. Erstelle damit eine kurze Präsentation, in der du deinen Zuhörern
Argumente für die erheblichen Preisunterschiede bei Essig lieferst.
– individuelle Lösung
6 Grüne Pflanzen, Pilze und Bakterien
2
Organismen in ihrer Umwelt
Schneeschuhhase und Luchs (Seite 12)
1
Gib eine grobe Beschreibung des Verlaufs der Kurven und stelle im Pfeildiagramm die wechselseitigen Abhängigkeiten von Luchs und Hase mit den (+) und (–) Symbolen dar.
– Es sind Schwankungen zu beobachten, wobei es mehr Hasen gibt. Im Pfeildiagramm steht die
Luchspopulation und die Hasenpopulation in einer (+)/(–)-Wechselbeziehung. Anmerkungen: Die Geburtenrate der Luchse steigt mit zunehmender Anzahl der Schneeschuh­
hasen an. Die Dichtezahlen der Schneeschuhhasen fallen daraufhin mit zunehmender Anzahl
der Luchse ab. Der Räuber kann sich demnach nur vermehren, solange er ausreichend Nahrung
hat. Hat er die Beutepopulation zu sehr verringert, so dezimiert sich auch seine Populationsdich­
te. Dadurch kann sich wiederum die Beutepopulation erholen und steigt an. Die Durchschnitts­
zahlen der Beutepopulation liegen stets über den Durchschnittszahlen der Räuberpopulation.
2
Genauere Überprüfungen in den 70er- und 80er-Jahren des letzten Jahrhunderts und Vergleiche mit anderen Ökosystemen haben ergeben, dass weitere Faktoren an diesen Schwankungen (Abb. 1) beteiligt sind. Beschreibe die Kurvenverläufe (Abb. 2) und stelle mögliche
Beeinflussungen und ihre Folgen dar.
– Es gibt Beziehungen zur Nahrung der Hasen und anderen Beutetieren des Luchses.
Anmerkungen: Ist viel Nahrung vorhanden (verholzte Triebe), steigt die Anzahl der Schnee­
schuhhasen. Geht die Nahrungsmenge zurück, sinkt auch die Population wieder ab. Die Menge
der vorhandenen Nahrung steuert demnach die Dichte der Hasenpopulation. Je größer die
Hasenpopulation ist, desto mehr steigt auch die Anzahl der Räuber. Es ist zu erkennen, dass das
Räubermaximum nach dem Hasenmaximum auftritt. Die Dichte der Luchse wirkt sich aber auch
gemeinsam mit der Hasendichte auf die Populationsgröße der Kragenhühner aus. Der Luchs
weicht auf das Huhn als Beute aus, wenn zu wenig Hasen vorhanden sind. Außerdem erholt
sich nach einem völligen Rückgang der Populationen die Beutepopulation schneller.
3
Überprüfe deine Aussage aus Aufgabe 1.
– Die „einfache“ Luchs-Hase-Wechselbeziehung muss ergänzt werden, da ein Räuber nicht nur
eine Beute jagt und auch die Produzenten eine Rolle spielen. Anmerkungen: Die Kurvenverläufe stellen nur auf den ersten Blick eine echte Räuber-BeuteBeziehung dar. Bei näherer Überprüfung erkennt man, dass die Schneeschuhhasenpopulation
nahezu regelmäßige Populationswellen über einen Zeitraum von 10 Jahren mit unterschiedlich
hohen Amplituden aufweist. Dies deutet darauf hin, dass nicht allein die Luchspopulation
dichtebestimmend für die Hasenpopulation sein kann, zumal die Kurvenverläufe bei der Räu­
berpopulation in manchen Zeitabschnitten asynchron sind. Es müssen also auch noch andere
Faktoren eine Rolle spielen, wie z. B. die Nahrungsmenge für die Hasen.
Moose sind wichtige Wasserspeicher (Seite 13)
1
Notiere die Ergebnisse in der nachstehenden Tabelle.
– Bei Versuch 1 und 3 sind keine Veränderungen an der Pflanze festzustellen, eine Zunahme der
Masse ist allenfalls in äußerst geringem Umfang bei Versuch 1 festzustellen. Bei Versuch 2 und 4
entfalten sich die Blätter, die Massenzunahme ist groß.
2
Beantworte mithilfe deiner Ergebnisse die folgenden Fragen:
a) Mit welchen Pflanzenteilen nehmen Moose Wasser auf?
b) In welcher Zustandsform können Moose Wasser aufnehmen?
– a) Moose nehmen Wasser über die Blätter auf.
b) Wasser kann als „flüssiges“ Wasser oder als Wasserdampf aufgenommen werden.
3
Samenpflanzen wie die Sonnenblumen haben im Gegensatz zu den Moosen ein leistungsstarkes Transportsystem für Wasser. Begründe, warum Moose ohne ein solches System
auskommen.
– Samenpflanzen sind im Allgemeinen sehr viel größer und nehmen Wasser über die Wurzeln auf.
Sie müssen es über Leitungsbahnen zum Teil über weite Strecken nach oben transportieren.
7 Organismen in ihrer Umwelt
Einheimische Farne (Seite 14)
1
Beschreibe den Aufbau einer Farnpflanze.
– Sie besteht aus Wedeln, die alle bis zum Boden reichen, ein oberirdischer Spross fehlt.
2
Da Farne keine Blüten haben, muss ein Vorgang, der für Lebewesen typisch ist, bei ihnen auf
andere Weise stattfinden. Nenne diesen Vorgang.
– Farne sind Sporenpflanzen. Aus den Sporen entwickelt sich der Vorkeim, der weibliche und
männliche Geschlechtsorgane besitzt. Kommt es zu einer Befruchtung, entwickelt sich ein neuer
Farn.
3
Nachfolgend sind Wedel einiger Farne dargestellt. Versuche, in deiner Nähe eine solche
Farnpflanze zu finden.
– individuelle Lösung
Flechten — eine Symbiose zwischen Alge und Pilz (Seite 15)
1
Kennzeichne in der Abbildung oben die zum Pilz gehörenden Teile mit gelber Farbe und die
mit ihm in Symbiose lebenden einzelligen Algen mit grüner Farbe.
– Rinde und Pilzfäden gelb, Algen grün
2
Trage die Werte der Tabelle in Abbildung ein. Verbinde die Punkte zu einer Kurve.
– siehe Abbildung
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��
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3
Vergleiche den Verlauf der Kurven in den Abbildungen 1 und 2. Was fällt dir auf? Suche eine
Erklärung für die gefundenen Übereinstimmungen.
– Der Kurvenverlauf der Flechtendichte aus Diagramm 2 und der Beleuchtungsstärke ist ähnlich,
da die Flechte aufgrund der Fotosynthese der beteiligten Algen auf Licht angewiesen ist. Der
Wasserfaktor spielt keine wichtige Rolle, da die Flechte längere Trockenperioden überstehen
kann.
Was weißt du über Pilze? (Seite 16)
1
Trage die Lösungen waagrecht ein. Die umrandeten Felder ergeben, von oben nach unten
gelesen, ein Problem, mit dem sich Biologen bei der Beschäftigung mit Pilzen befassen
mussten.
– 1) HUT, 2) SYMBIOSE, 3) GIFTE, 4) MYKORRHIZA, 5) ROEHREN, 6) WALD; 7) ZWEI, 8) SPOREN, 9) HYPHEN, 10) FLECHTE, 11) STIEL, 12) PARASITISCH, 13) CHITIN, 14) MYZEL, 15) LAMELLEN
Lösungsworte: TIER ODER PFLANZE
2
Gib eine Antwort auf die Lösung des Kreuzworträtsels. Falls du nicht weiterkommst, helfen
dir die in die richtige Reihenfolge gebrachten Buchstaben aus den grau unterlegten Feldern
weiter.
– Bedeutung: Pilze sind weder das eine noch das andere. Sie sind keiner der beiden Gruppen
zuzuordnen (weder noch).
8 Organismen in ihrer Umwelt
Nahrungsnetz im Mischwald (Seite 17)
1
Beschreibe den Unterschied zwischen einer Nahrungskette und einem Nahrungsnetz.
– Nahrungskette: Mehrere Lebewesen stehen in einer linearen Nahrungsbeziehung.
Nahrungsnetz: Nahrungsbeziehungen verschiedener Organismen bestehen aus vielen Nah­
rungsketten und sind miteinander verknüpft.
2
Ordne den Organismen oder ihren Teilen die Ziffer der Abbildung zu. Entscheide jeweils,
ob es ein Produzent (P), ein Allesfresser (A), ein Pflanzenfresser (K1) oder ein Fleischfresser
(K2) ist. Dabei sind Mehrfachnennungen möglich. Falls du über die Art der Nahrung bei den
Tieren nicht sicher bist, informiere dich anhand des Buches oder anderer geeigneter Quellen.
– Ameise: 3, K1, K2, A (Allesfresser); Borkenkäfer 2, K1 (Larven fressen unter der Baumrinde);
Buntspecht: 1, K2 (Larven, Insekten); Eichel: 13, P; Eichelhäher: 14, K1, K2 (Eicheln, Nüsse,
Insekten, Jungvögel, Eier); Eichhörnchen: 11, K1, K2; Fichtenzapfen: 4, P; Fichtenzweige: 5, P;
Fuchs: 10, K2 (meist Mäuse, Ratten, aber auch Aas und Abfälle); Gräser: 6, P; Grasfrosch: 16, K2
(Würmer, Schnecken, Gliederfüßer); Haselnuss: 8, P; Maus: 12, K1 (Getreide, Sämereien); Pilz: 17,
P; Reh: 7, K1 (Kräuter, Gräser, frische Triebe); Ringelnatter: 15, K2 (Mäuse, Frösche, Eidechsen,
Kleinsäuger); Sperber („kleiner Habicht“): 9, K2 (kleinere Vögel, Säuger, Reptilien).
3
Zeichne in die Abbildung Pfeile so ein, dass die Nahrungsbeziehungen jeweils deutlich werden, d. h. wenn die Schlange den Grasfrosch frisst, zeigt die Pfeilspitze auf die Schlange.
– siehe Abbildung
9
1
14
4
13
8
5
2
11
10
7
3
15
17
16
6
12
4
Erkläre, was die Pfeile bedeuten.
– Ein Pfeil bedeutet jeweils „…wird gefressen von“.
Energiefluss im Ökosystem Wald (Seite 18)
1
Erläutere die Abbildung in eigenen Worten und verwende die markierten Begriffe des Eingangstextes.
– individuelle Lösung
2
Berechne, wie viel Prozent der Gesamtstrahlung die Produzenten und Konsumenten nutzen.
– Etwa 10 % der Gesamtstrahlung trifft auf die Erdoberfläche. Davon verwerten die Pflanzen etwa
2 % Brutto für die Fotosynthese. Der Nettowert entspricht 0,1 % der Gesamtstrahlung. Unter den
Konsumenten wird dieser Wert von Stufe zu Stufe auf ein Zehntel reduziert (0,01 % – 0,001 % –
0,0001 % der Gesamtstrahlung).
3
Begründe, warum eine Nahrungskette meistens beim Konsumenten 3. Ordnung aufhört.
– Weil der Energiegehalt der Nahrung um den Faktor 10 sinkt. (Weitergehende Erläuterung: Ein
Konsument dritter Ordnung wie der Greifvogel braucht einerseits ein sehr großes Gebiet, um
seine Nahrung zu erbeuten und muss dazu nicht nur für den Suchvorgang relativ viel Energie
investieren. Andererseits muss man berücksichtigen, dass er 10 g Beute braucht um 1 g zuzuneh­
men und die Beute wiederum 10 g Nahrung usw.)
4
Eine Wassermühle soll als Modellvorstellung für die enge Verbindung zwischen Stoffkreislauf
und Energiefluss dienen. Erläutere in deinem Heft die Vorzüge und Grenzen dieser Modellvorstellung.
– individuelle Lösung
9 Organismen in ihrer Umwelt
Der Wald hat viele Funktionen (Seite 19)
1
Die Abbildung zeigt nur Stichworte zu den verschiedenen Funktionen, die der Wald hat.
Überlege dir, ob die Begriffe eine „Schutzfunktion“ oder eher eine „Nutzfunktion“ bedeuten
und ordne sie dann der entsprechenden Spalte in der Tabelle unten zu.
– Schutzfunktion: Klima- und Bodenschutz, Hochwasserschutz, Naturschutz, Windschutz, Lawinen­
schutz, Lärmschutz
Nutzfunktion: Luftreinhaltung, Filter, Sauerstoffproduktion, Lebensraum, Erholung, Holzproduk­
tion, Wasserspeicher.
2
Lies den Text und liste die im Text genannten Einflüsse auf das Kleinklima und die Luftgüte
auf.
– Im Sommer Kühlung der Luft. Wälder sind Staubfilter: Bis zu 70 Tonnen Staub pro Jahr werden
von einem Hektar Wald aufgenommen. Bindung von Schwefeldioxid. Im Winter Verhinderung
von Kaltluftinseln.
Der Wald ist krank (Seite 21)
1
Die Abbildung zeigt den Zweig einer gesunden (links) und einer geschädigten Fichte (rechts).
Stelle auffallende Unterschiede zusammen.
– Nur der jüngste Nadeljahrgang ist bei der geschädigten Fichte vollständig erhalten. Je älter der
Zweig ist, desto weniger Nadeln weist er auf.
2
Viele kranke Nadelbäume bilden sogenannte Angsttriebe aus. Stelle eine Vermutung zu
deren biologischer Bedeutung auf.
– Der zusätzliche Kurztrieb soll die Nadelverluste ausgleichen.
3
Waldschäden zeigen sich nicht nur an Zweigen, sondern auch am Holz. Die zwei abgebildeten Baumscheiben stammen von gleich alten Fichten. Stelle auffallende Unterschiede in
einer Tabelle zusammen.
– Baumscheibe 1: Durchmesser ca. 12 cm, Jahresringe breit
Baumscheibe 2: Durchmesser etwa 9,5 cm, Jahresringe schmal
4
Bei welcher der beiden Baumscheiben handelt es sich um die einer gesunden, bei welcher
um die einer krankten Fichte? Begründe deine Entscheidung.
– Baumscheibe 1 ist die einer gesunden Fichte, Baumscheibe 2 die einer kranken Fichte. Da bei
der kranken Fichte die Fotosynthese beeinträchtigt ist, ist der jährliche Zuwachs geringer.
Zonierung des Sees und Nischen der Wasservögel (Seite 22)
1
Die ökologische Nische einer Art lässt sich vereinfacht als eine günstige Kombination von
Faktoren kennzeichnen, die einerseits arttypisch, andererseits durch die Umwelt bedingt
sind. Analysiere die Beschreibungen der Vogelarten und untersuche, welche Angepasstheiten die Vögel aufweisen und wie sie Konkurrenz vermeiden. Verfasse dazu einen Text in
deinem Heft.
– Die arttypischen Faktoren sind jeweils im Körperbau und Verhalten der Tiere und ihren
Leistungen zu finden (z. B. Schnabeltyp, Hals, Beine und Füße; Art und Weise der Nahrungs­
aufnahme; Flug zu entfernten Nahrungsplätzen, Standorttreue). Die Umweltfaktoren ergeben
sich aus der Zonierung in und am See. Da die Vogelarten das Nahrungsangebot unterschiedlich
nutzen, entgehen sie der Konkurrenz.
2
Untersuche weitere Arten wie z. B. Teichhuhn, Teichrohrsänger oder Rohrdommel unter diesen Gesichtspunkten. Recherchiere und erstelle entsprechende Texte in deinem Heft.
– Teichhuhn: Die Teichralle baut ihr Nest gut versteckt im dichten Pflanzenwuchs am Ufer. Auf der
Suche nach Nahrung läuft sie geschickt über die großen Blätter der Schwimmblattpflanzen und
pickt nach Schnecken und Wasserinsekten sowie Frosch- und Fischlaich. Mit dem schmalen Kör­
per schlüpft der Vogel leicht durch das Röhricht und mit den langen Zehen balanciert er sicher
über die Schwimmblätter. Teichhühner sind ortstreu.
Teichrohrsänger: Der standorttreue Singvogel verbringt sein Leben im dichten Röhrichtgürtel
und baut sein Nest kunstvoll an Schilfstängeln befestigt ein beträchtliches Stück über dem Was­
serspiegel. Es wird dabei zwischen vier Schilfhalme eingeflochten. Der winzige nur 15 Gramm
schwere Vogel wird vom Kuckuck zur Aufzucht der Jungen parasitiert. Die Jungvögel werden
mit Spinnen, Insekten und Insektenlarven gefüttert. Auf der Suche nach Nahrung klettert der
„Rohrspatz“ geschickt im Dickicht der Schilfhalme. Der Langstreckenzieher überwintert südlich
der Sahara.
10 Organismen in ihrer Umwelt
– Große Rohrdommel: Der sehr verborgen lebende ortstreue Vogel kommt meist an größeren Seen
mit ausgedehnten Schilfgürteln vor. Sie baut ihr flaches Nest dicht am Wasser und etwas erhöht
auf einer Unterlage aus Schilf- und Rohrkolbenstängeln. Die Rohrdommel gehört zu den Reihern
und hat ein ähnliches Nahrungsspektrum wie der beschriebene Graureiher. Auf der Suche nach
Fröschen, Schnecken und Insekten klettert sie aber durchs Röhricht. Dort kann sie sich auch
perfekt tarnen: Nähert sich eine Gefahr, nimmt sie die sogenannte Pfahlstellung an: Mit nach
oben gerichtetem Kopf und Schnabel schwankt sie wie das umgebende Schilf im Wind. Ihre
Längsstreifen erscheinen dabei wie einzelne Halme. Die dumpfen Balzrufe der Männchen im
Frühjahr haben ihr auch die Bezeichnung „Moorochse“ eingebracht.
Auf und ab (Seite 23)
1
Zeichne mit einem Farbstift in die Grafiken die Bereiche ein, in denen die Fische leben.
– Markierungen entsprechend der mittleren Skala einfügen.
2
Notiere, welchen Grund die täglichen Wanderungen der Mückenlarven haben könnten.
– Die Büschelmücken müssen das sauerstoffarme Tiefenwasser verlassen, um zu atmen und zu
fressen. Im sauerstoffreichen Oberflächenwasser laufen sie aber Gefahr, von Fischen gefressen
zu werden. Deswegen wandern sie nur nachts in diese Zone, da sie dann von den sich optisch
orientierenden Fischen weniger leicht gesehen werden.
Wer frisst wen? (Seite 24)
1
Kopiere diese Seite und schneide alle Organismen aus. Lege mit ihnen verschiedene Nahrungsketten. Gibt es Organismen, die in verschiedenen Nahrungsketten an unterschiedlicher
Position stehen können? Notiere deine Anordnungen.
– Erzeuger und Erstverbraucher, die reine
Pflanzenfresser sind, haben eine feste
Position in den Nahrungsketten. Konsu­
menten zweiter oder höherer Ordnung
können meist unterschiedliche Plätze
einnehmen. Der Karpfen frisst Pflanzen
(Erstverbraucher), aber z. B. auch Zuck­
mückenlarven (Zweitverbraucher).
2
Zeichne auf ein DIN A3-Blatt den
Querschnitt durch einen See. Klebe
die oben stehenden Bilder ein und
zeichne mit Pfeilen ein mögliches Nahrungsnetz. Erläutere, was die Pfeile
bedeuten.
– Verschiedene Lösungsmöglichkeiten. Anmerkung: Die Richtung der Pfeile
bezeichnet den Weg der Nahrung, also
vom Erzeuger zum Verbraucher höchster
Ordnung (s. Abbildung).
11 Organismen in ihrer Umwelt
Der Stoffkreislauf im See (Seite 25)
1
Die Abbildung zeigt den Stoffkreislauf im See und die daran beteiligten Organismen. Benenne
die „ökologische Rolle“ der Organismen von 1 bis 6, z. B. Erstverbraucher, Endverbraucher,
usw. und gib (außer für 5) jeweils zwei Beispielarten mithilfe des Buches an.
– 1) Erzeuger: Wasserpflanzen, Algen
2) Erstverbraucher: Wasserfloh, Schnecke
3) Zweitverbraucher: Rotfeder, Gelbrandkäfer
4) Endverbraucher: Hecht, Graureiher
5) abgestorbene Organismen: —
6) Zersetzer: Bakterien, Pilze
2
Benenne die Stoffe von A bis C und gib eine Art an, die den jeweiligen Stoff aufnimmt.
– A) Mineralstoffe: Algen, Wasserpflanzen
B) Sauerstoff: Hecht, Rotfeder, Schnecke
C) Kohlenstoffdioxid: Algen, Wasserpflanzen
Umweltgifte (Seite 26)
1
Eine Studie der Umweltorganisation WWF kam 2000 zu dem Ergebnis, dass die männliche
Zeugungsfähigkeit durch Umweltgifte abnimmt. Belegt wurde die Abnahme der Spermienqualität und -konzentration sowie eine Zunahme der Erkrankungen der männlichen Geschlechtsorgane. Gleichzeitig warfen die Wissenschaftler die Frage nach Zeugungsunfähigkeit durch
Kunststoffe auf (siehe Artikel). Recherchiere und schreibe dazu einen Bericht in dein Heft,
ob sich in den letzten 10 Jahren hierzu weitergehende Erkenntnisse ergeben haben und wie
man darauf reagiert.
– Recherche z. B. mit den Schlagworten: „Spermienqualität“, „Umweltgifte“, „Hoden“, „Fortpflan­
zungsfähigkeit“, „Bisphenol“. Die Erkenntnisse wurden zwar bestätigt, einige Chemikalienverord­
nungen auch verändert aber „Mehr als doppelt so viele Paare als noch in den sechziger Jahren
bleiben ungewollt kinderlos“ (Greenpeace-Studie 2006). Hormonell wirksame Chemikalien wie
Bisphenol A (BPA) sind aus der Industrie kaum wegzudenken, obwohl z. B. für BPA nachgewie­
sen ist, dass dadurch Chromosomenschäden entstehen und Fehlgeburten verursacht werden.
2
Entwirf in deinem Heft einen Text zu der Überschrift „Seeadler vor dem Aussterben?“. Nutze
dazu deine Kenntnisse über Nahrungsketten und den Ausschnitt aus der WWF-Umweltstudie.
– Unter den gefundenen Arzneimitteln in einem See können sich auch Hormonpräparate befinden
bzw. Stoffe, die hormonelle Wirkung besitzen. Diese gelangen über die Nahrungskette (Wasser­
pflanzen — Friedfische — Raubfische) in die Seeadler. Durch Veränderungen des Hormonhaus­
haltes werden die Eischalen nicht mehr richtig ausgebildet. Beim Bebrüten zerbrechen die Eier
und der Nachwuchs bleibt aus. Dadurch besteht die Gefahr des Aussterbens.
3
In Ratgebersendungen und Verbrauchermagazinen wird davor gewarnt, Konserven in Blechdosen zu kaufen, die durch den Transport beschädigt sind. Recherchiere, welche Gefahr von
diesen Behältern ausgehen könnte.
– Durch das Verbeulen der Blechdosen kann die Innenbeschichtung gebrochen sein. Das hormo­
nell wirkende Bisphenol wird frei und kann zu Fortpflanzungsstörungen beitragen.
4
Entwirf eine Untersuchungsmethode, mit der die schädigende Auswirkung eines Stoffes
bewiesen oder wiederlegt werden kann.
– Denkbare Ansätze sind: Vergleichende Feldstudien mit einer nicht belasteten Kontrollgruppe,
Tierversuche, Gewebekulturversuche usw.
12 Organismen in ihrer Umwelt
Artensterben (Seite 27)
1
Interpretiere die Grafik.
– Mittlerweile sind nur noch ca. die Hälfte aller Tier- und Pflanzenarten in Deutschland ungefähr­
det. Nahezu 20 % aller Tiere bei uns sind stark gefährdet oder bereits vom Aussterben bedroht.
2
Nenne mögliche Ursachen für den Artenrückgang.
– Ursachen sind die intensive Bewirtschaftung und die Nutzung der Landschaft durch den Men­
schen.
3
Die Raupen eines seltenen Schmetterlings leben auf Pflanzen besonders mineralstoffarmer
Böden. Begründe, warum es nicht ausreicht, nur den Schmetterling zu schützen.
– Um die Schmetterlingsart zu schützen, muss der Lebensraum des Schmetterlings geschützt wer­
den. Dazu müssen unbedingt auch die Futterpflanzen der Raupen erhalten bleiben. Durch den
Einsatz von Mineraldünger in der Landwirtschaft werden diese Pflanzen verdrängt. Den Raupen
wird damit die Nahrungsgrundlage entzogen und der Schmetterling wird aussterben.
Agenda 21 (Seite 28)
1
Beschreibe, was man unter Agenda 21 versteht.
– Sie ist ein Handlungsprogramm für das 21. Jahrhundert mit dem Ziel der nachhaltigen Entwick­
lung.
2
Erkläre den Ursprung des Begriffs „Nachhaltigkeit“.
– Der Betriff „Nachhaltigkeit“ geht auf eine Krisensituation im 17. Jahrhundert zurück. Damals
herrschte ein extremer Holzmangel, der sich negativ auf die Wirtschaft auswirkte. Die Rohstoff­
krise sollte durch ein Konzept einer nachhaltigen Waldwirtschaft bewältigt werden, wonach
dem Wald nur so viel Holz entnommen werden darf, wie nachwächst.
3
Erläutere die Notwendigkeit von nachhaltigem Handeln am Beispiel der Fischerei.
– In den Jahren 1997 bis 1999 gingen die Fangquoten in der Fischerei von 93 Mio. Tonnen auf 92 Mio. Tonnen zurück. Dies ist auf eine Überfischung der Meere zurückzuführen. Ändert sich
an dieser Praxis nichts, so werden sich die Fischbestände weiter verringern. Dies hätte schwer
wiegende Folgen für das Ökosystem Meer und für die Versorgung der Menschheit mit Fisch. Nur
durch einen nachhaltigen Fischfang kann diesem Problem begegnet werden.
13 Organismen in ihrer Umwelt
3
Genetik
Die Chromosomen — Träger der Erbsubstanz (Seite 29)
1
Beschreibe die Funktion und den Aufbau eines Chromosoms. Benutze dazu die folgenden
Begriffe, die aber zunächst in die richtige Reihenfolge gebracht werden müssen.
– Die Chromosomen sind die Träger der Erbsubstanz. Jeweils zwei Chromosomen gleichen sich in
Form und Größe (homologe Chromosomen). Sind die Chromosomen entspiralisiert, erkennt man
die Chromatiden. Sie sind am Centromer miteinander verbunden. Um ein Gerüstmodell ist ein
Chromatinfaden spiralig aufgewickelt. Er besteht aus der Desoxyribonucleinsäure (DNA).
Erbfaktoren — nichts anderes als Chemie? (Seite 30)
1
������
�������
������
������
Übertrage die in der Tabelle genannten Erkenntnisse auf das abgebildete Schema, indem du
die einzelnen Bestandteile beschriftest und die Teile der Abbildung zu einem Doppelstrang
zusammensetzt. Gib die Basenpaarung an.
– Anmerkung: Als Merkregel für die Basenpaarung kann gelten: Guanin (G) und Cytosin (C) sind
beides runde Buchstaben wie das D der drei Wasserstoffbrücken, die sie verbinden. Adenin
(A) und Thymin (T) sind kantige Buchstaben wie das Z der zwei Wasserstoffbrücken zwischen
ihnen.
2
Zuerst nahm man an, dass Proteine und nicht DNA die Träger der Erbinformation sind. Dabei
gingen die Forscher von der Hypothese aus, dass nur vier Basen DNA-Moleküle bilden. Man
wusste, dass in jeder Zelle mehrere tausend unterschiedliche Gene vorhanden sein müssen
und konnte sich daher nur Kombinationen aus den 20 Aminosäuren (Bausteine der Eiweiße)
zum Verschlüsseln der Informationen vorstellen. Erkläre, warum es nahe lag, die Eiweiße als
die Erbfaktoren anzusehen und welcher Versuch dies widerlegte.
– Da sich jedes der tausend Gene in seiner Struktur von den anderen unterscheidet, konnten nur
vier Basen logischerweise nicht die erforderliche Vielgestaltigkeit herstellen (Anmerkung: Man
nahm damals noch an, dass sich die vier Basen ringförmig verknüpfen müssten, siehe Rand­
spalte). Annahme war daher, dass die 20 unterschiedlichen Aminosäuren in ihrer wechselnden
Anordnung die genetische Information enthalten. Der DNA-Nachweis gelang 1944 (Avery,
MacLeod, McCarthy).
Fehlerhaftes DNAModell von 1935
Kern- und Zellteilung (Seite 31)
1
Ordne die Beschreibungen (I — VIII) den Phasen der Abbildung zu. Erläutere den Ablauf in
eigenen Worten.
– 1 – Interphase, 2 – frühe Prophase, 3 – späte Prophase, 4 – frühe Metaphase, 5 – späte Meta­
phase, 6 – frühe Anaphase, 7 – späte Anaphase, 8 – Telophase.
Identische Kopien? (Seite 32)
1
Informiere dich über den Ablauf der Replikation und notiere dir Stichpunkte. Überprüfe
dann, ob die Abbildung oben den Ablauf richtig darstellt.
– In den wesentlichen Zügen ist die Abbildung richtig. Sie vermittelt die grundsätzliche Eigenschaft
der DNA, eine identische Kopie von sich selbst herzustellen. Mit Abbildung 2 und 3 wird aber
suggeriert, dass der Replikationsvorgang simultan an beiden Strängen erfolgt. Dies ist nicht der
Fall.
2
Stelle verschiedene Möglichkeiten zusammen, wodurch Fehler beim Kopieren entstehen
könnten.
– Es könnten falsche Bausteine (Nucleotide) angelagert werden, es könnten aber auch Bausteine
übersprungen oder zusätzliche Bausteine eingeschoben werden. Sind Veränderungen an den
ursprünglichen Bausteinen vorhanden, kann sich auch der Reißverschluss nicht trennen bzw. die
Tochterstränge „fallen vorzeitig ab“.
14 Genetik
Die Meiose
Die Meiose (Seite 33)
Spermien und Eizellen sind die Keimzellen eines Menschen. Sie unterscheiden sich von den Körperzellen
durch die Anzahl ihrer Chromosomen.
Eine
Beispiel eine Hautzelle,
besitzt
im Zellkern
46
1 Vervollständige
dieKörperzelle,
Tabelle durchzum
die entsprechenden
Zeichnungen.
Beachte
die richtige
Chromosomen, eine Keimzelle
hingegen nur 23. Die Reduktion der Chromosomenanzahl erfolgt bei der Meiose.
Farbgebung.
– siehe Abbildung
A1 Vervollständige die Tabelle durch die entsprechenden Zeichnungen. Beachte die richtige Farbgebung.
Interphase:
Diese Zelle besitzt einen doppelten (diploiden) Chromosomensatz. Man
sieht die Kernmembran, die DNA und einen sich bildenden Spindelapparat.
Prophase I:
Die Kernmembran des Zellkerns löst sich auf und die Chromosomen
spiralisieren sich.
Metaphase I:
Die homologen Chromosomenpaare ordnen sich in der Äquatorialebene an
und die Spindelfasern heften sich an ihre Centromere.
Anaphase I:
Die homologen Chromosomenpaare werden getrennt. Die 2-ChromatidChromosomen werden zu den Zellpolen gezogen.
Telophase I:
Es bildet sich eine neue Kernmembran, die Spindelfasern verschwinden und
die Zelle beginnt sich zu teilen.
Die entstandenen haploiden Tochterzellen durchlaufen nun erneut einen
Teilungsprozess, welcher der Mitose stark ähnelt.
Prophase II:
In beiden Tochterzellen bildet sich neben der – sich langsam auflösenden –
Zellmembran erneut ein Spindelapparat.
Metaphase II:
Die 2-Chromatid-Chromosomen ordnen sich erneut in der Äquatorialebene
an und die Spindelfasern heften sich an ihre Centromere.
Anaphase II:
Die einzelnen Chromatiden werden zu den beiden Zellpolen gezogen; es
erfolgt eine Trennung der Schwesterchomatiden.
Telophase II:
Es bilden sich insgesamt vier Keimzellen, die jeweils einen haploiden
Chromosomensatz besitzen. Jedes Chromosom besteht zurzeit nur aus
einem Chromatid.
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Von dieser Druckvorlage ist die Vervielfältigung für den eigenen Unterrichtsgebrauch
gestattet. Die Kopiergebühren sind abgegolten.
15 Genetik
116L_Meiose_068322.doc
Kombinationsmöglichkeiten und Rekombination
Es gibt bei drei Chromosomenpaaren (1–3)
acht Möglichkeiten,
weil sich väterliche (V)
und mütterliche (M)
Chromosomen zufällig
verteilen.
1
2
3
V
V
V
M
M
M
V
V
M
V
M
V
M
V
V
V
M
M
M
M
V
M
V
M
Der allgemeine mathematische Zusammenhang zwischen der
Menge der homologen
Chromosomenpaare
und der Menge der
unterschiedlichen
Keimzellen ist y = 2x (y =
Anzahl der Keimzellen,
x = Anzahl homologer
Chromosomenpaare).
Beim Menschen sind es
z. B. 23 Paare homologer
Chromosomen, also 223
= 8 388 608 Möglichkeiten, verschiedene
Keimzellen zu bilden.
Dazu kommen noch
Crossingover-Effekte,
die hier nicht eingerechnet sind.
Die Entstehung der Keimzellen (Seite 34)
1
Beschreibe die Unterschiede bei der Entstehung der Keimzellen von Mann und Frau.
– Bei der Bildung der Eizellen entstehen aus einer Urkeimzelle drei kleinere Polkörperchen, die
absterben und nur eine große Eizelle, während bei der Bildung der Spermien vier gleichwertige
Zellen entstehen.
2
Zeichne in Abbildung 2 die entsprechende Anordnung der Chromosomen bzw. Chromatiden
ein. Erkläre dann, wie die Unterschiede zwischen den vier Spermien zustande kommen.
– Abhängig von der Anordnung der Chromosomenpaare in der Äquatorialebene der ers­ten Teilung
unterscheiden sich die Spermien in der Kombination der Chromatiden (s. Randspalte, in der
Grafik entsprechen sich je zwei Zellen).
3
Obwohl nur eine Eizelle aus einer Urkeimzelle entsteht, sind die Teilungsschritte dazwischen
notwendig. Begründe.
– Ohne die dazwischen liegenden Teilungsschritte wäre die Urkeimzelle diploid, d.h. durch die
Entstehung der drei Polkörperchen wird eine Reduktion des Chromosomensatzes möglich. Außerdem können neue Kombinationen zwischen den Chromosomen (hier Chromatiden) ent‑
stehen (wie in der Bildung der Spermien gezeigt).
Die Transkription — erster Teil der Proteinbiosynthese (Seite 35)
1
Beschreibe den Vorgang der Transkription mit eigenen Worten. Verwende Fachbegriffe.
– Enzyme trennen die DNA in zwei Einzelstränge. Vom informationstragenden Strang wird ein
Abdruck angefertigt, der als Boten-RNA den Kern verlässt.
2
Worin liegen die Unterschiede zwischen der Replikation und der Transkription?
– Bei der Replikation wird die DNA vollständig verdoppelt. Es entsteht ein Doppelstrang. Bei der
Transkription wird ein Abdruck eines Teilstücks erstellt. Es entsteht ein Einzelstrang, wobei die
Base Thymin durch Uracil ersetzt wird.
Die Translation — der zweite Teil der Proteinbiosynthese (Seite 36)
1
Beschreibe den Vorgang der Translation und benutze dabei die Fachbegriffe.
– Die Ribosomen lesen die m-RNA ab. Dabei werden zu den Basentripletts der m-RNA passende
Transport-RNA (t-RNA) angefügt. Die Aminosäuren der t-RNA werden von den Ribosomen zu
einer Kette verknüpft. Dazu wandern die Ribosomen nach der Verknüpfung um ein Basentriplett
weiter. Da jede t-RNA nur eine bestimmte Aminosäure transportieren kann, entsteht dadurch
eine Kette mit einer speziellen Reihenfolge an Aminosäuren. Am Ende der m-RNA ist ein Protein
entstanden, das ins Cytoplasma entlassen wird.
Das Mendel‘sche Lexikon (Seite 37)
1
16 Genetik
In einem Kreuzungsschema tauchen immer wieder bestimmte Fachbegriffe auf. Recherchiere in deinem Biologiebuch oder im Internet, was die folgenden Begriffe bedeuten und
erkläre sie kurz mit eigenen Worten.
– Parentalgeneration: „Elterngeneration“, Ausgangsgruppe einer Kreuzung, Abkürzung: P
Filialgeneration: Nachkommen der Parentalgeneration, Abkürzung: F1 bzw. F2
Genotyp: „Erbbild“ eines Organismus; Gesamtheit der Gene eines Organismus
Phänotyp: „Erscheinungsbild“ eines Organismus, das durch seinen Genotyp geprägt wird; Gesamtheit aller Merkmale
Gen: Erbanlage; DNA-Abschnitt, der die genetische Information für ein Merkmal trägt
Allel: Zustandsform, Variante eines Gens
reinerbig bzw. homozygot: Organismus mit zwei identischen Allelen eines Gens
mischerbig bzw. heterozygot: Organismus mit zwei verschiedenen Allelen eines Gens
dominant: Allel, das sich gegenüber einem rezessiven Allel phänotypisch durchsetzt
rezessiv: Allel, das durch ein anderes, dominantes Allel überdeckt wird
Keimzellen: Spermien- und Eizellen; sie besitzen einen haploiden Chromosomensatz.
Vererbung eines Merkmals (Seite 38)
1
Ergänze den Erbgang.
– Für die Meerschweinchen gilt: Reinerbig schwarze Tiere werden mit reinerbig weißen gekreuzt.
Zur Genotypenbezeichnung wird A und a verwendet, da diese Buchstaben besser zu unterschei­
den sind als S und s.
Schema zur 1. Mendel’schen Regel:
Phänotyp: schwarz x weiß
Genotyp P: AA x aa
Keimzellen: A, A und a, a
Genotypenverteilung F1: alle Aa
Phänotyp: alle uniform schwarz
Schema zur 2. Mendel’schen Regel:
Phänotyp: schwarz x schwarz
Genotyp F1: Aa x Aa
Keimzellen: A, a oder A, a Genotypenverteilung F2: AA, Aa, Aa, aa
Phänotyp: schwarz : weiß = 3 : 1
2
Erkläre die Zahlenverhältnisse, die die Züchter genannt haben.
– Die Zahlenverhältnisse erklären sich aus einer angenäherten 3 : 1-Verteilung in der F2-Generation.
Die Abweichung erklärt sich aus der geringen Zahl der untersuchten Tiere.
3
Formuliere die zugehörigen Mendel‘schen Regeln.
– Erste Mendel‘sche Regel: Kreuzt man zwei Individuen einer Art miteinander, die sich in einem
Merkmal reinerbig unterscheiden, so sind die Nachkommen in der F1-Generation in Bezug auf
dieses Merkmal untereinander gleich. Das gilt auch bei der reziproken Kreuzung (Uniformitäts­
regel).
Zweite Mendel‘sche Regel: Kreuzt man die Mischlinge der F1-Generation untereinander, so
treten in der F2-Generation auch die Merkmale der Elterngeneration P in einem festen Zahlen­
verhältnis wieder auf. Beim dominant-rezessiven Erbgang erfolgt die Aufspaltung im Verhältnis
3 : 1 (Spaltungsregel).
Reinerbig oder mischerbig? (Seite 39)
1
Führe zum Test eine Kreuzung mit einem weiteren schwarzen Tier durch. Benutze für die
Aufgaben das obere Kreuzungsschema. Der Erbfaktor, auch „Allel“ genannt, für schwarz sei A,
für weiß a. Interpretiere das Testergebnis.
– Bei Kreuzung mit einem schwarzen Tier kann man nicht sicher sein, ob es den Genotyp AA oder
Aa hat.
2
Verfahre in gleicher Weise mit einem weißen Tier. Benutze das untere Kreuzungsschema und
ziehe entsprechende Schlussfolgerungen.
– Wird die Testkreuzung mit einem weißen Tier durchgeführt, kann man sicher sein, dass der
Genotyp aa vorliegt.
3
Formuliere eine allgemeine Regel für eine solche Testkreuzung (sie wird auch als „Rückkreuzung“ bezeichnet).
– Die Testkreuzung muss mit dem Elterntier durchgeführt werden, das die rezessiven Allele im
Phänotyp zeigt. Dann ergibt sich für einen mischerbigen Genotyp des Untersuchungstiers eine
1 : 1-Aufspaltung (Tiere mit dem dominanten zu Tiere mit dem rezessiven Merkmal). Bei reiner­
bigem Genotyp sind alle Nachkommen der Testkreuzung einheitlich (nur dominanter Phänotyp).
4
Begründe, warum beim „intermediären Erbgang“ keine Testkreuzung notwendig ist.
– Liegt ein intermediärer Erbgang vor, wird der mischerbige Genotyp am Phänotyp erkannt.
17 Genetik
Gleichzeitige Vererbung zweier Merkmale (Seite 40)
1
Ergänze den Erbgang.
– siehe Abbildung
������� �����������������������������
����
����
����
��
��
��
��
��
��
��
����
��
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����
��
����
��
���� ���� ���� ����
��
���� ���� ���� ����
��
���� ���� ���� ����
��
���� ���� ���� ����
2
Formuliere eine Regel.
– Die Formulierung entspricht der 3. Mendel’schen Regel.
3
Beschreibe die jetzt neu vorkommenden Felltypen und die zugehörigen Genotypen.
– Die Eltern besitzen jeweils die beiden dominanten bzw. die beiden rezessiven Allele. Jetzt treten
auch Tiere auf, die eine Kombination beider Merkmalspaare zeigen (schwarz/glatt mit S*bb und
weiß/wirbelig mit ssB*, wobei * für den großen oder kleinen Buchstaben steht).
4
Untersuche, ob es schwarze, glatthaarige Meerschweinchen geben könnte, die bei Kreuzung
untereinander nur phänotypisch gleiche Nachkommen hätten.
– Dies gelingt nur bei reinerbigen Tieren (SSbb).
Mutationen und Modifikationen (Seite 41)
1
Erkläre, was man unter die Begriffen „Mutation“ und „Modifikation“ versteht.
– Mutation: Eine zufällig auftretende Veränderung der Erbsubstanz. Mutationen, die Keimzellen
betreffen, werden an die Nachkommen vererbt.
Modifikation: Umweltbedingte Veränderung des Phänotyps. Modifikationen werden nicht
vererbt.
2
Ordne die beiden folgenden Abbildungen jeweils dem Begriff „Mutation“ oder dem Begriff
„Modifikation“ zu und begründe deine Wahl.
– Abbildung links: Diese Veränderung ist eine Modifikation: Es handelt sich um eine Angepasst­
heit des Löwenzahns an die speziellen Umweltbedingungen im Hochland.
Abbildung rechts: Hier handelt es sich um eine Mutation, da Albinos natürlicherweise nicht
vorkommen. Die Veränderung ist also genetisch bedingt.
3
Finde weitere Beispiele für Mutationen und Modifikationen.
– Mutationen: Vielfalt der Blütenfarben, Rot- und Blutbuche, Bluterkrankheit, Mukoviszidose
Modifikationen: Wuchsform bei frei-/ engstehenden Bäumen, Frühjahrs-/ Herbstfärbung bei
Schmetterlingen, …
18 Genetik
4
Anwendungsbereiche der Genetik
Krauses und glattes Haar (Seite 42)
1
Nenne Kennzeichen, die für eine dominante bzw. für eine rezessive Vererbung charakteris­
tisch sind.
– Ein Allel gilt als dominant, wenn es sich im heterozygoten Zustand ausprägen kann. Für
Krankheiten gilt: Mindestens ein Elternteil einer erkrankten Person leidet ebenfalls unter
der Krankheit. Bei autosomaler Vererbung sind beide Geschlechter betroffen, bei rezessiver
Vererbung haben die Erkrankten in der Regel gesunde Eltern. Eine seltene Krankheit tritt bei
blutsverwandten Eltern häufiger auf.
2
Entscheide anhand des Stammbaums, ob das beschriebene Merkmal dominant oder rezessiv
vererbt wird. Begründe deine Entscheidung.
– Da krause Haare in jeder Generation auftreten, kann es sich nur um eine dominante Vererbung
handeln. Wäre es ein rezessiver Erbgang, müsste für alle einheiratenden Personen Mischerbig­
keit angenommen werden. Da das Merkmal selten ist, kann man dies ausschließen.
3
Nenne Unterschiede zwischen den Genotypen der glatthaarigen Personen und der Personen
mit krausem Haar.
– Glatthaarige Personen besitzen den Genotyp aa. Kraushaarige Personen können Aa oder AA haben. Anmerkung: Liegen Erbgänge für Krankheiten vor, ist Letzteres fast stets auszuschlie­
ßen.
4
Susanne und Theo spekulieren, ob ihre künftigen Kinder glatte oder krause Haare haben
werden. Was würdest du annehmen? Begründe deine Entscheidung.
– Die Kinder der beiden Personen können keine krausen Haare bekommen, da bei autosomaldominanter Vererbung vorhandene Gene auch phänotypisch sichtbar wären (Susanne und Theo
sind beide aa).
Genetisch bedingte Krankheiten und Verwandtschaftsverhältnisse (Seite 43)
1
Die Zahl gibt jeweils die durchschnittliche Übereinstimmung des Erbgutes mit den verwandten Personen an. Trage die fehlenden Prozentsätze in die leeren, grau markierten Felder ein.
Beginne mit der zentral stehenden Person (100).
– Ururgroßeltern: je 6,25; Nichte: 25; Urenkel/in: je 12,5.
2
Beschreibe den Einfluss der dargestellten Verwandtenehe (A).
– Im Vergleich mit Kindern nicht verwandter Eltern erhöht sich der Prozentsatz (15,6 des überein­
stimmenden Erbgutes).
Das AB0-Sytem (Seite 44)
1
Stelle mithilfe von Abbildung 1 fest, nach welchen Merkmalen die Blutgruppen des AB0Systems bezeichnet sind.
– Die Bezeichnung der Blutgruppen richtet sich nach den Eiweißen (Antigenen) auf der Oberflä­
che der roten Blutzellen.
2
Gib zu den Merkmalen in der Tabelle (Abb. 2) die möglichen Genotypen der Eltern und Kinder an. Benutze zur Genbezeichnung IA (Blutgruppe A), IB (Blutgruppe B) und i (Blutgruppe
0).
– Folgende Geno- und Phänotypen gehören zusammen: (Als Alternative sind beim Genotyp in
Klammern bisher gebräuchliche, aber irreführende Bezeichnungen angegeben.)
Phänotyp
Genotyp
Blutgruppe 0
ii (00)
Blutgruppe A
IAIA oder IAi (AA, A0)
Blutgruppe B
IBIB oder IBi (BB, B0)
Blutgruppe AB
IAIB (Alternative: AB)
3
Im folgenden „Familienfoto“ haben sich einige Enkelkinder am falschen Ort hingestellt. Ordne sie (mit Begründung) den richtigen Elternpaaren zu. Die Anzahl der Kinder pro Paar soll
sich dabei nicht ändern.
– Die Kinder 9 und 3 müssen zu Paar c und Kind 6 muss zu Paar b oder e. Ein möglicher Tausch
wäre daher z. B. Kind 4 geht zu Paar d (statt 6), Kind 5 geht zu Paar b (statt 3) und Kind 6 geht
zu Paar e (statt 9).
19 Anwendungsbereiche der Genetik
Die Vererbung des Geschlechts (Seite 45)
1
Gib die Karyogramme (a + b) für die Körperzelle der Frau und eines Mannes zahlenmäßig an
und beschreibe den Unterschied.
– a) Karyogramm der Frau (44 + XX), b) Karyogramm des Mannes (44 + XY); die Autosomenzahl
und -form ist jeweils gleich, nur die Geschlechtschromosomen sind verschieden groß.
2
Zeichne in die Körper- und Keimzellen der Abbildung (c — k) die Geschlechtschromosomen
ein und beschreibe, wie das Geschlecht des Kindes bestimmt wird.
– In den Körperzellen werden XX bzw. XY eingezeichnet; c) und d) sind Eizellen mit 22 + X, e) ist
ein Spermium mit 22 + X, f) ein Spermium mit 22 + Y; g) und i) 44 + XX, h) und k) 44 + XY. Das
Geschlecht des Kindes wird durch die Spermienzelle (mit X- oder Y-Chromosom) bestimmt.
Das Down-Syndrom (Seite 46)
1
Analysiere die Abbildung rechts und erläutere, welche Besonderheiten das Karyogramm
eines Down-Patienten hat.
– Das Chromosom 21 tritt im Karyogramm des Mannes dreifach auf (Trisomie 21).
2
Die folgende Abbildung zeigt einige Stadien aus der Meiose einer Eizelle und zwei verschiedene Mechanismen, die zur Fehlverteilung des kleinen Chromosoms Nr. 21 führen können.
a) Beschreibe kurz den Ausgangszustand der Chromosomen in Abbildung A.
b) Erkläre die Unterschiede zwischen den in A und B dargestellten Vorgängen.
– a) Dargestellt ist das Chromosomenpaar Nr. 21. Die Chromosomen liegen bereits verdoppelt vor.
Jedes Chromosom besteht daher aus zwei Chromatiden.
b) In Abb. A trennen sich in der ersten Reifeteilung die homologen Chromosomen nicht und ein
Polkörperchen bleibt leer (b). In der zweiten Reifeteilung werden die Chromatiden getrennt und
die Eizelle besitzt vor der Befruchtung 2 Chromatiden Nr. 21. Durch die Befruchtung entsteht
dann die Trisomie. In Abb. B läuft die erste Reifeteilung normal ab. In der zweiten Reifeteilung
trennen sich die Chromatiden des mütterlichen Chromosoms nicht.
3
Trotz seiner Winzigkeit beherbergt das Chromosom Nr. 21 zahlreiche bereits nachgewiesene
Gene, die für die Struktur wichtiger Enzyme codieren. Erläutere, welche Probleme sich bei
3-fachem Vorhandensein des Chromosoms ergeben könnten.
– Durch das 3-fache Vorhandensein wird die Gendosis erhöht: Statt der normalen Enzymmenge
kann jetzt das 1,5fache hergestellt werden, sodass verschiedene Stoffwechselprozesse nicht
mehr im Gleichgewicht sind.
Gentechnisch veränderte Bakterien helfen Diabetikern (Seite 47)
1
Ergänze in der Zeichnung die einzelnen Schritte beim Einbau des menschlichen Insulin-Gens
in eine Bakterienzelle.
– links von oben nach unten:
• Gewinnung Plasmid-DNA
• Schneiden des Ringes mit Restriktionsenzymen
rechts von oben nach unten:
• Gewinnung menschlicher DNA
• Schneiden mit Restriktionsenzymen
• Aufspüren des gewünschten Gens und Isolierung
• Verbindung von Plasmid und Gen mit Ligasen
• Einbau in plasmidfreie Escherichia coli-Zelle
unten:
Für die Insulinproduktion werden die gentechnisch veränderten Bakterien anschließend in
speziellen Tanks, sogenannten Fermentern, optimal mit Nährstoffen und Sauerstoff versorgt
(„kultiviert“).
20 Anwendungsbereiche der Genetik
Aus eins mach zwei — Klonen (Seite 48)
1
Beschreibe für die verschiedenen Techniken (Abb. 1 — 4) das Ziel der Methode und stichwortartig den Ablauf der Experimente. Ziehe dann Rückschlüsse auf die Fähigkeiten des Zellkerns.
– Klonen durch Embryonenteilung (Abb. 1) geht von dem Achtzellenstadium aus, d. h. die be­
fruchtete Eizelle teilt sich dreimal und wird dann experimentell in einzelne Zellen zerlegt. Ziel ist
es, ein Tier mit züchterisch ausgewählten Eigenschaften zu vervielfältigen. Dass sich aus jeder
Zelle auch nach der dritten Teilung ein vollständiger Organismus entwickeln kann, zeigt, dass
im Achtzellstadium die komplette Erbinformation im Zellkern noch ablesbar ist. Das Klonen von
Krallenfröschen (Abb. 2) und von Säugetieren (Abb. 3) benutzt die Methode des Kerntransfers.
Die unbefruchtete Eizelle wird jeweils entkernt und der Zellkern aus einer ausdifferenzierten
Zelle eines Spendertieres eingefügt. Die Amphibienentwicklung erfolgt dann im Wasser, die
Säugetierentwicklung in einem speziell dafür vorbereiteten Muttertier. Auch hier zeigt die nach­
folgende Entwicklung, dass sogar in dem Zellkern ausdifferenzierter Zellen noch die komplette
Erbinformation für die Entwicklung des gesamten Lebewesens enthalten ist. Ziel ist es, ebenso
wie beim Embryonensplitting „genetische Doppelgänger“ eines bestimmten Individuums zu
bekommen. Das therapeutische Klonen (Abb. 4) entspricht der Methode des Kerntransfers,
geht aber nur bis zur Entwicklung von Geweben im Reagenzglas und nicht bis zum Embryo bzw.
adulten Organismus. Die Gewebe können entweder dem Kernspender wieder implantiert oder
auf einen anderen Empfänger mit ähnlichen Gewebemerkmalen übertragen werden.
Ziel: Ersatz von krankem Gewebe durch gesundes.
Gentechnik in der Pflanzenzüchtung (Seite 49)
1
Beschreibe die Anwendung der Antisense-Technik anhand der „Anti-Matsch-Tomate“.
– Wissenschaftler haben das unerwünschte Gen der Tomaten isoliert. Mithilfe der gentechnischen
Methoden (Antisense) ist es damit gelungen, dieses Gen zusätzlich umgekehrt in die normale
Tomaten-DNA einzubauen (s. Abb.). Die beiden Gene — das „richtige” und das „falsche” — bilden
nun m-RNA-Stränge, die einander komplementär sind. Die komplementären m-RNA-Stränge
lagern sich aneinander und blockieren sich gegenseitig. Auf diese Weise wird die Translation
und damit die Bildung des „Matsch-Enzyms” unterbunden. Das Ergebnis des Gentransfers ist
als „Anti-Matsch-Tomate” bekannt geworden.
2
Bewerte den Einsatz dieser gentechnischen Methode für die Verbraucher.
– Mögliche Argumente: Pro: Die „Gentomaten“ können am Strauch reifen und dadurch mehr
Vitamine/ Aromastoffe bilden; sie sind länger fest und lagerfähig. Contra: Verbraucher kann nicht zwischen frischer und gentechnisch veränderter Ware unter­
scheiden, länger gelagerte Früchte haben weniger Vitamine/ Aromastoffe und die zusätzlichen
Gene könnten noch unbekannte Effekte haben.
Biotechnologie und Züchtung (Seite 50)
1
Beschreibe das dargestellte Verfahren.
– Von einer diploiden Pflanze werden Staubgefäße entnommen und auf einen Nährboden
gebracht. Die darin enthaltenen unreifen Pollenkörner beginnen sich zu teilen und wachsen
zu einer Pflanze heran. Diese Pflanze besitzt einen haploiden Chromosomensatz. Durch die
Behandlung mit Colchicin wird die Mitose so beeinflusst, dass eine Pflanze mit einem diploiden
Chromosomensatz entsteht.
2
Erklären den Nutzen dieser Methode.
– Haploide Pflanzen zeigen schneller neue Eigenschaften, da auch rezessive Gene in Erscheinung
treten. Nach der Behandlung mit Colchicin entstehen reinerbige, diploide Pflanzen mit den
neuen Merkmalen. Mit dieser Methode lassen sich schnell neue Pflanzensorten erzeugen.
21 Anwendungsbereiche der Genetik
Präimplantationsdiagnostik — Designerbabys auf Bestellung? (Seite 51)
1
Erkläre, was sich hinter dem Begriff „Präimplantationsdiagnostik“ verbirgt.
– Es handelt sich um eine Untersuchung an künstlich gezeugten Embryonen. Diese werden vor
dem Einsetzen in die Gebärmutter auf Erbkrankheiten und Chromosomenabweichungen hin
untersucht.
2
Beschreibe das Untersuchungsverfahren der Präimplantationsdiagnostik.
– Ca. 3 Tage nach der Befruchtung befindet sich der Embryo im 4- bis 8-Zellstadium. Dem Embryo
wird eine Zelle entnommen. Man untersucht bestimmte Gene, von denen man weiß, dass auf
ihnen bestimmte Erbkrankheiten lokalisiert sind. Durch die PID können auch Fehlbildungen an
Chromosomen festgestellt und das Geschlecht bestimmt werden.
3
Sammelt Pro- und Contra-Argumente für die PID, notiert sie und diskutiert in der Klasse.
– Pro: Genetisch bedingte Krankheiten können geheilt und evtl. Spätabtreibungen kranker Feten
verhindert werden.
Contra: Heilung nicht garantiert, seelische Belastung hoch, Erzeugung von vielen „nutzlosen“
Embryonen, Abtreibungen, Kostenfaktor
Gentechnik — Fluch oder Segen (Seite 52)
1
Ordne folgende Argumente der Pro- und Contra-Seite zu.
– Pro:
• Transgene Lebewesen könnten Arzneimittel kostengünstig und in großen Mengen liefern.
• Das Aussterben bedrohter Tier- und Pflanzenarten könnte durch Klonen verhindert werden.
• Gentechnisch manipulierte Pflanzen können helfen, den Hunger in der Welt zu bekämpfen.
• Die Stammzellenforschung kann helfen, die Zahl der Tierversuche zu verringern.
• Schädlingsresistente Nutzpflanzen vermindern den Einsatz von Pestiziden.
Contra:
• Tieren werden krankmachende Gene eingepflanzt, um die Wirkung von Medikamenten zu
testen.
• Die Auswirkungen von genmanipulierten Nahrungsmitteln auf die menschliche Gesundheit
sind nicht absehbar.
• Der Mensch spielt Schöpfer und verletzt damit die Menschenwürde.
• Gentechnisch veränderte Bakterien oder Viren könnten aus den Labors in die Umwelt entwei­
chen.
• Das Aussterben bedrohter Tier- und Pflanzenarten könnte durch gentechnisch veränderte
Lebewesen beschleunigt werden.
2
Notiere deine eigene Meinung zur Gentechnik. Sammelt eure verschiedenen Argumente und
veranstaltet eine Pro- und Contra-Diskussion in der Klasse.
– individuelle Lösung
22 Anwendungsbereiche der Genetik
5
Evolution
Die Erdgeschichte (Seite 53)
1
Recherchiere und finde für jede Ära (1 — 7) charakteristische Vertreter aus der Tier- und Pflanzenwelt. Trage ihre Bezeichnungen in die Tabelle ein.
– Falls das Zusatzmaterial (s. unten) zur Beantwortung hinzugezogen wird: Tierwelt: (1) – (?). i, c; (3) – r, l, h; (5) – t, j, r, y, b, q, u, m; Pflanzenwelt: (2) – e, n, w; (4) – k, f, p, s;
(6) – g, o, x, d; (7) – a, z.
Galerie der Dinosaurier (Seite 54)
1
Wähle drei der dargestellten Saurier aus und informiere dich über folgende Punkte: Die
deutsche Bezeichnung, Größe und Gewicht, den Zeitraum des Vorkommens, die geographische Verbreitung, systematische Einordnung (Großgruppe, verwandte Arten), Ernährungsform und Gebiss, Lebensraum und Art der Fortbewegung, mögliche Besonderheiten im
Körperbau, im vermuteten Verhalten und mögliche Feinde.
– Anmerkung: Der Arbeitsauftrag kann mit einem Museumsbesuch oder dem Besuch einer
Fundstätte verbunden werden. Die Ergebnisse aller Schülerinnen und Schüler können in einer
Ausstellung zusammengefasst werden.
Zusatzmaterial zum Arbeitsblatt S. 53
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23 Evolution
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Von Aristoteles bis Darwin (Seite 55)
1
Auf Madeira und auf den Kerguelen-Inseln im südlichen Indischen Ozean, wo sehr häufig
stürmische Winde toben, gibt es eine Vielzahl flugunfähiger Insekten. Schmetterlinge und
Fliegen mit Stummelflügeln oder Flügelansätzen lassen vermuten, dass deren Vorfahren
einst flugfähig waren. Erkläre diesen Sachverhalt aus der Sicht von a) Aristoteles, b) Lamarck, c) Cuvier und d) Darwin.
– a) Nach Aristoteles sind die flugunfähigen Insekten durch einen göttlichen Schöpfer entstan­
den und verloren dann ihre Flügel, da dies vorteilhafter war.
b) Nach Lamarck strebten die Insekten als Umweltanpassung die Flügellosigkeit an und ver­
erbten diese Eigenschaft weiter.
c) Nach Cuvier starben die flugfähigen Insekten durch die katastrophalen Windverhältnisse
aus. An ihrer Stelle wurden flugunfähige Insekten erschaffen.
d) Nach Darwin brachte die Natur eine Vielzahl (Überschuss) von Organismen mit variierenden
Eigenschaften hervor. Insekten mit Flügeln waren weniger gut angepasst, sodass die Mehrzahl
ausstarb und nur die flugunfähigen überlebten.
Ohne Selektion keine Evolution (Seite 56)
1
Verfasse Merksätze zu folgenden drei Selektionsarten und gib jeweils ein Beispiel an.
– künstliche Selektion: Züchtung von Pflanzen und Tieren durch den Menschen. Zufällig auftre­
tende Veränderungen bei einem Organismus werden ausgelesen und gezüchtet (Hunderassen).
sexuelle Selektion: Auslese von Männchen mit bestimmten Merkmalen durch die weiblichen
Artgenossen. Es ergeben sich Vorteile bei der Fortpflanzung (Mähne bei Löwen, Geweih als
Waffe)
natürliche Selektion: Erfolgreiche Anpassung an die Umwelt nach vorangegangener Mutation.
Es überleben nur die am besten angepassten, also überlebenstüchtigen Nachkommen (Birken­
spanner).
2
Erläutere, welche Umweltfaktoren dort vorzufinden sind und stelle das Ergebnis in Bezug zu
einer Selektionsart.
– Auf dieser Inselgruppe herrschen ständig starke Winde und Stürme. Das Fliegen wäre für die
relativ leichten und kleinen Insekten ungünstig, denn sie können leicht aufs Meer getrieben
werden und dort sterben. Somit hatten Tiere, die durch mehrere Mutationen flugunfähig waren,
keinen Nachteil, sondern sogar einen Selektionsvorteil. Das Merkmal „Stummelflügel“ wurde
weitervererbt.
Homologien — Analogien (Seite 57)
1
Was verstehen Wissenschaftler unter „homologen Organen“ und „analogen Organen“? Erkläre.
– Homologe Organe besitzen den gleichen Grundbauplan. Sie können aber verschieden aussehen
und unterschiedliche Funktionen haben.
Analoge Organe haben keinen gemeinsamen Ursprung. Sie unterscheiden sich also in ihrem
Grundbauplan, erfüllen aber die gleiche Funktion.
2
Die nebeneinander stehenden Abbildungen zeigen jeweils ähnliche Organe zweier Lebewesen. Vergleiche die Organe und entscheide, ob es sich um homologe und analoge Organe
handelt. Schreibe in Stichpunkten eine Erklärung dazu.
– Maulwurf, Maulwurfsgrille: analog, unterschiedlicher Ursprung, gleiche Funktion
Insektenflügel, Vogelflügel: analog, unterschiedlicher Ursprung, gleiche Funktion
Gartenbohne, Rankenplatterbse: homolog, gleicher Ursprung, unterschiedliche Funktion
Fossilien präparieren (Seite 58)
1
24 Evolution
Fasse die wesentlichen Aussagen des Textes in eigenen Worten schriftlich und übersichtlich
zusammen.
– individuelle Lösung. Der Text kann im Sinne der Methodenschulung sowohl die Textarbeit als
auch das Benutzen der Fachsprache unterstützen. Vor allem aber sollte der Inhalt des unstruk­
turierten Textes in eine optisch einprägsame Form (z. B. Mindmap, Schlagwortliste, evtl. auch
zusätzliches Bildmaterial) überführt werden.
Wie Fossilien entstehen können (Seite 59)
1
Finde für jede der vier unterschiedlichen Entstehungsarten von Fossilien die passende Überschrift und gib für jedes Bild an, was darauf dargestellt ist.
– von links nach rechts: Versteinerung (Ceratit = Ammonit), Abdrücke (Haselnussblatt), Inkohlung
(Schachtelhalm), Mumifizierung (Mammut).
2
Beschreibe die Entstehung des jeweiligen Fossils.
– Versteinerung: Sedimentation, Weichteile verfaulen, Hohlraum bleibt zurück, wird von Gesteins­
material ausgefüllt und durch Druck zu Stein umgewandelt.
Abdrücke: Toter Körper sinkt auf den Grund, wird im Schlamm eingebettet, Körper wird zersetzt,
Abdruck bleibt erhalten und Schlamm erhärtet.
Inkohlung: Abgestorbene Pflanzen werden unter hohem Druck und Temperatur unter O2-Ab­
schluss zu Braun- und Steinkohle, Kohle reichert sich im Gewebe an.
Mumifizierung: Tote Lebewesen werden in Eis eingefroren, ihnen wird in heißen Gebieten alles
Wasser entzogen oder sie werden in saurem Moorwasser konserviert.
Vergleich von Vogel, Archaeopteryx und Reptil (Seite 60)
1
Vergleiche das Skelett des Archaeopteryx mit dem eines Reptils bzw. eines heutigen Vogels.
Erstelle dazu eine Tabelle in deinem Heft und beachte insbesondere die markierten Punkte.
– siehe Tabelle
Reptilien
Archaeopteryx
Vögel
1. Schädel
Kiefer mit Zähnen
schnabelförmiger Kiefer
mit Zähnen besetzt, Schädelform und Augenhöhle
vogelähnlich
Hornschnabel ohne Zähne
2. Wirbelsäule
alle Wirbel frei beweglich,
keine Verwachsung
bewegliche Rückenwirbel
nur Halswirbel beweglich,
Wirbel sonst starr
3. Vordergliedmaßen
Vordergliedmaßen zum
Laufen mit fünffingriger
Hand
Vordergliedmaßen als
Flügel, aber drei Finger
mit Krallen
Flügel mit verwachsenen
Handknochen, keine
Krallen
4. Beckenknochen, Schwanz
langer Schwanz, Becken­
knochen schwächer,
Wirbel frei beweglich
langer Schwanz mit frei
beweglichen Wirbeln,
nicht mit dem Becken
verwachsene Wirbel
starre Wirbelsäule mit Becken verwachsen; kurzer
Schwanz mit verwachsenen Wirbeln
5. Brustkorb
nur vordere Rippen mit
Brustbein verwachsen,
hintere Rippen frei
Brustbein kaum ausgebildet, Längsreihe von
Knochenspangen, Rippen
frei
Schlüsselbeine zum
Gabelbein und alle Rippen
mit dem Brustbein verwachsen
6. Hintergliedmaßen
Schien- und Wadenbein
getrennt, Mittelfußknochen frei, fünf Zehen mit
Krallen
vogelbeinähnlich mit
vier Zehen (drei nach
vorne, eine nach hinten),
aber ohne verwachsene
Knochen
Schien- und Wadenbein
verwachsen, ebenso
Mittelfuß- und Fußwurzelknochen, vier Zehen mit
Krallen
2
Beurteile die Flugfähigkeit von Archaeopteryx anhand des Skeletts und der Rekonstruktion.
Verfasse dazu einen kurzen Text in deinem Heft.
– Für die Flugfähigkeit notwendig ist: Gewichtsreduktion, Federn, Ansatzstelle für Flugmusku­
latur, langes Flügelskelett für große Spannweite/Flügelfläche. Archaeopteryx reduziert das
Gewicht teilweise (z. B. beim Schwanz), aber weit weniger als moderne Vögel. Das Flügelskelett
weist Vogelmerkmale auf, die Krallen sprechen aber für weitere Funktionen.
3
Welche Bedeutung hatte vermutlich der Schwanz hinsichtlich der Lauffähigkeit von Archae­
opteryx? Notiere eine begründete Vermutung in deinem Heft.
– Bei den fossilen Tieren ist zum Laufen ein Gegengewicht zum Vorderkörper notwendig, da die
Vorderbeine als Stütze entfallen. Beim heutigen Vogel sorgt das Einknicken des Beins dafür,
dass der Körper unter dem Schwerpunkt (also weiter vorn) gestützt wird.
25 Evolution
Der Weg zum aufrechten Gang (Seite 61)
1
Ordne den Hypothesen 1 bis 5 die passenden Abbildungen zu (zwei- und mehrfache Verwendung der Abbildung möglich).
– 1: D und E; 2: C; 3: E; 4: A und B; 5: D
2
Mit der Aussage 6 wird der Verlust eines großen Teils der Körperbehaarung in Verbindung
gebracht. Erkläre.
– In der Steppe war das Haarkleid als Wärmeschutz überflüssig, denn es sorgte für einen uner­
wünschten Wärmestau. Das Kopfhaar schützte weiterhin vor einer zu großen UV-Bestrahlung
von oben.
Hominisation — Menschwerdung (Seite 62)
1
Um geschichtliche Abfolgen leicht verständlich darzustellen, benutzt man gerne einen Zeitstrahl. Es ist allerdings nicht sinnvoll, die Gattungen in Form eines Zeitstrahls darzustellen.
Begründe.
– Der Prozess der Menschwerdung ist bisher noch nicht lückenlos beschrieben. Einige Gattungen
haben sich von gemeinsamen Vorfahren abgespalten und sind danach wieder ausgestorben.
2
Informiere dich über die Besonderheiten, die Fundorte und das Alter der fossilien Überreste.
Vervollständige die Tabelle.
– siehe Tabelle
Gattung
Zeit in Jahren
Fundort
Besonderheit
Orrorin tugenensis
6 bis 7 Mio.
Kenia
ging schon aufrecht
Australopithecus
afarensis
3,2 Mio.
Äthiopien
erster Fund „Lucy“
Australopithecus
africanus
2,3 Mio.
Südafrika
erster Beweis für Afrika als
„Wiege des Menschen“
Homo rudolfensis
2,5 bis 1,9 Mio.
Kenia
erste Art der Gattung Homo
Homo habilis
2,5 bis 1,5 Mio.
Tansania
Steinwerkzeuge
Homo erectus
1,8 bis 1,4 Mio.
Afrika, Asien
konnte evtl. schon sprechen
Homo sapiens
120 000
Afrika, Europa,
ganze Erde
individuelle Lösung
Menschenrassen gibt es nicht! (Seite 63)
1
Sammle Belege und beweise, dass alle Menschen auf der Erde zu einer Art gehoren.
– Alle Menschen sind untereinander fruchtbar und bringen fruchtbare Nachkommen zur Welt. Sie
haben alle die gleiche Chromosomenzahl und ihre Blut- sowie Serumeigenschaften stimmen
überein.
2
Informiere dich über Dr. J. Craig Venter und darüber, welche Rolle er und sein Team bezüglich
dieser Meldung spielen.
– Dr. J. Craig Venter und sein Team entschlüsselten das menschliche Genom. Nur ca. 0,01 % aller
Gene bestimmen unsere äußere Erscheinung. Somit gib es nur „eine“ Menschenrasse.
26 Evolution
Kulturelle Evolution — vom Feuerstein zur Firewall (Seite 64)
1
Ordne den Jahreszahlen in der Tabelle wichtige Errungenschaften der Menschheitsgeschichte zu.
– siehe Tabelle
Zeit vor Christus
Errungenschaft
Beispiele
Zeit nach Christus
Errungenschaft
Beispiele
1,5 Mio. Jahre
Feuernutzung
500 Jahre
Windrad
1 Mio. Jahre
Faustkeil
1000 Jahre
erste Raketen
100 000 Jahre
Faustkeil
1500 Jahre
Buchdruck
50 000 Jahre
Steinklingen
1800 Jahre
Dampfmaschine
10 000 Jahre
Steinwerkzeuge
1900 Jahre
Flugzeug
5000 Jahre
Ackerbau
1960 Jahre
Anti-Baby-Pille
1000 Jahre
Holzrad
1969 Jahre
Mondlandung
500 Jahre
Feder und Tinte
1980 Jahre
Heimcomputer
100 Jahre
Glas
2003 Jahre
Web 2.0
2
Anzahl n der Errungenschaften
Stelle die kulturelle Evolution in einem Zeitdiagramm dar. Das Diagramm soll die exponentielle Entwicklung der kulturellen Errungenschaften von vor 1,5 Mio. Jahren bis heute zeigen.
Achsenbeschriftung: x-Achse = Zeit, y-Achse = Anzahl n der Errungenschaften.
– siehe Abbildung
–1,5 Mio Jahre
Zeit
heute
3
Nimm kritisch Stellung zu der Abbildung.
– Nicht alle Errungenschaften führen zu einem „Fortschritt“ für die Menschheit.
4
Erstelle wahlweise einen „Blog“ oder einen „Podcast“ zum Thema „Kulturelle Evolution im 21.
und 22. Jahrhundert“. Stelle diesen deinen Mitschülern vor.
– individuelle Lösung
27 Evolution