natura - Klett
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NATURA 8 Biologie für Gymnasien bearbeitet von Helmut Moßner Gerhard Sailer Johann Staudinger Bayern für die Jahrgangsstufe 8 Lösungen Ernst Klett Schulbuchverlage Stuttgart • Leipzig Zu diesem Buch Schülerbuch Seite 3 Dein Bio-Buch lernst du kennen, wenn du die folgende Aufgabe löst. Suche in der angegeben Reihenfolge die Seiten auf. Je nach Seitentyp wählst du aus den Überschriften im Buch den unten angegebenen Buchstaben aus. Lösung: 58 Material: Vielzeller 96 Praktikum: Beobachtungen am Regenwurm Regenwürmer sind Boden94 Info: bewohner 60 Leitthema: Organisationsebenen 28 Lexikon: Vielfalt der Bakterien 130 Impulse: Der Mensch — auch ein Kulturwesen 10 Methoden: Experimentieren 92 Impulse: Leben im Korallenriff 151 Lexikon: Methoden der Empfängnisverhütung 65 Praktikum: 104 Material: 70 Impulse: 122 Info: 152 Info: 114 Info: Untersuchung an der Honigbiene Pflanze, Tier oder was sonst? Insektenflug Unsere nächsten Verwandten Reproduktionsmedizin und p ränatale Diagnose Analogie und Homologie Der Lösungssatz lautet: Lernen mit Natura Methoden Schülerbuch Seite 7 Lege eine Sammlung mit verschiedenen Larvenhäuten an. Versuche die gefundenen Arten mithilfe eines Bestimmungsbuches zu bestimmen. — Larvenhäute (Exuvien) findet man von Ende April bis Mitte September. Die meisten Exuvien sind fest an Pflanzenstängel gekrallt und befinden sich etwa einen halben Meter über der Gewässeroberfläche. In Bestimmungsbüchern findet man häufig Hinweise zum Schlüpfort und zur Schlüpfperiode. Mit einer Lupe oder einem Binokular kann man meist die Gattung gut bestimmen. Bestimmungsschlüssel finden sich in den meisten Bestimmungsbüchern. Exuvien lassen sich in durchsichtigen Filmdosen gut aufbewahren, nachdem man die Funde 2 Tage lang bei geöffnetem Deckel getrocknet hat. 2 Methoden Schülerbuch Seite 8 Gehe in eine Bücherei und untersuche, wie sie organisiert ist. Welche Sachgruppen gibt es? Wie sind sie untergliedert? Welche Signatur tragen die Regale, welche die darin befindlichen Bücher? — Viele öffentliche Bibliotheken Süddeutschlands sind gleich organisiert. Die Allgemeine Systematik ist in Sachgruppen gegliedert, die mit Großbuchstaben von A bis Z gekennzeichnet sind; nicht verwendet sind die Buchstaben I und J. Die Sachgruppe A ist Allgemeines. Hier sind die Nachschlagewerke zu finden. Weitere, für biologische Recherchen wichtige Sachgruppen sind U (Naturwissenschaften), V (Medizin) und W (Technik). Die Kennbuchstaben sind an den Regalen an auffälliger Stelle gut sichtbar und groß angeschrieben. Innerhalb einer Sachgruppe gibt es eine mehrstufige Untergliederung, die mit Kleinbuchstaben beginnt und schließlich Ziffern erhält. Diese Untergliederungen stehen an den einzelnen Regalbrettern. Es bedeutet in den Naturwissenschaften Ua Allgemeines, Ub Astronomie, Uc Physik, Ud Chemie, Ue Geowissenschaften und Uf Biologie, Ug Botanik, Uh Zoologie und Uk Humanbiologie. Insekten sind beispielsweise unter Uhn 11, Säugetiere unter Uhn 24 zu finden. Die Bücher tragen als Signatur die Kategorie, unter der sie eingruppiert sind, ergänzt um eine Abkürzung des Autors oder der Buchreihe. Für Natura findet man „Nat“. Kläre durch Recherchieren: a) Welche der abgebildeten Tiere leben als Larve im Wasser und als erwachsenes Insekt außerhalb des Wassers? — Die Larven der Mosaikjungfer leben in kleineren, stehenden Gewässern, aber auch in größeren Baggerseen. Die Larve benötigt zur Entwicklung im Allgemeinen zwei Jahre. Rückenschwimmer überwintern als Vollinsekt. Zu Beginn des Frühjahrs paaren sich die Insekten. Die Eier werden meist im April in weiche Pflanzenteile eingestochen. Danach sterben die Imagines. Bis zum Herbst häuten sich die Larven fünf Mal. b) Was versteht man unter Tracheenatmung? Recherchiere im Schulbuch! — Dieses besondere Atmungssystem ist das Tracheensystem. Seine Atemöffnungen sind seitlich an den Hinterleibsringen als kleine Poren (Stigmen) zu erkennen. Eine Schutzvorrichtung aus Chitinhärchen dient als Staubfilter. Von jedem Stigma aus führen Luftröhren, die Tracheen, ins Körperinnere. Diese besitzen dünne, elastische Wände, die den Gasaustausch mit den einzelnen Körperzellen ermöglichen. Eingelagerte Chitinspiralen verhindern ein Zusammendrücken bzw. Zusammenfallen der feinen Röhren. Das Ein- und Ausatmen erfolgt durch beson- dere Muskeln, die den Hinterleib abwechselnd abflachen und verkürzen, sowie durch die Eigenelastizität der Tracheen. Die Wirkungsweise ist die gleiche wie bei einem Blasebalg. Zusätzlich unterstützen noch Bein- und Flügelbewegungen die Atmung. c) Wie atmen die abgebildeten Insekten im Wasser? — Großlibellenlarven, wie die abgebildete blaugrüne Mosaikjunger, besitzen im Enddarm eine Kiemenkammer. Die mit einem Tracheolennetz durchzogenen Kiemenplättchen ragen in diese Kammer hinein. Durch rhythmische Kontraktionen des Abdomens wird das Wasser ausgetauscht. Im Gegensatz dazu besitzen Kleinlibellenlarven am Abdomenende drei Kiemenblättchen, die als Ruder eingesetzt auch der Fortbewegung dienen. Die Larven des Gelbrandkäfers sind Luftatmer. Die Stigmen sind, bis auf die beiden letzten des Hinterleibsegmentes, verschlossen. Die beiden geöffneten Stigmen sind mit wasserabstoßenden Haarkränzen umgeben. Diese durchstoßen das Wasseroberflächenhäutchen, sodass die Luft in den beiden Tracheenlängssträngen erneuert werden kann. Die beiden Hinterleibsanhänge (Cerci) sind dagegen mit hydrophilen Borsten besetzt, sie durchstoßen die Wasseroberfläche nicht. Die Larven hängen dadurch bei der Atmung am Wasseroberflächenhäutchen. Der adulte Käfer nimmt unter den Flügeldecken einen großen Luftvorrat mit. Durch den Luftvorrat ist der Schwerpunkt des Käfers etwas zum Kopf hin verschoben. Kommt der Käfer an die Wasseroberfläche, nimmt er dort automatisch die Atemstellung ein. Am Hinterleibsende durchdringen wasserabstoßende Haarsäume das Oberflächenhäutchen des Wassers. Die Hinterbeine werden in abgespreizter Stellung von unten gegen das Wasseroberflächenhäutchen gestemmt, wodurch diese Stellung stabilisiert wird. Die Flügeldecken werden etwas angehoben. Dadurch entsteht am Hinterende ein Spalt, durch den die Luft mittels Atembewegungen erneuert werden kann. Die Stigmen der Tracheen münden alle in den Raum unter den Flügeldecken, sodass der Luftvorrat während des Tauchens einige Zeit ausreicht. Der Rückenschwimmer (Notonecta) hängt zur Atmung in seiner charakteristischen Stellung mit dem Bauch nach oben am Wasseroberflächenhäutchen. Mit den beiden vorderen Beinpaaren stützt er sich von unten gegen das Oberflächenhäutchen, nur Klappen am Hinterleibsende gelangen an die Luft, sodass der gesamte Atemluftvorrat erneuert werden kann. Auf der Bauchseite befinden sich zwei Reihen von unbenetzbaren Borsten d) — e) — f) — g) — in zwei längs verlaufenden Rinnen, die die Luft festhalten. Am Grunde dieser Rinnen befinden sich Tracheenöffnungen, sodass Sauerstoff aus diesem Vorrat beim Tauchen zur Atmung genutzt werden kann. Die Bauchseite bekommt einen größeren Auftrieb als die Rückenseite, sodass das Tier auf den Rücken kippt. Ordne die abgebildeten Wasserinsekten bestimmten Ordnungen zu, z. B. Libellen, Zweiflügler, Wanzen etc. Wasserläufer, Rückenschwimmer gehören zur Ordnung der Wanzen, die Mosaikjungfer zu den Libellen, der Gelbrandkäfer zu den Käfern. Informiere dich über die Ernährung von Libellenlarven. Individuelle Lösung Was versteht man unter einer Metamorphose. Erkläre den Begriff. Finde heraus, welche der abgebildeten Tiere eine vollständige, welche eine unvollständige Metamorphose durchmachen. Unvollständige Metamorphose: Libelle, Wasserläufer, Rückenschwimmer Vollständige Metamorphose: Gelbrandkäfer Ermittle die Fluggeschwindigkeiten von erwachsenen Insekten. Welches Insekt hält den Rekord? Fluggeschwindigkeiten in km/h: Stechmücke: 1,4; Florfliege: 2,2; Stubenfliege: 8,2; Maikäfer: 11; Kohlweißling: 14; Wanderheuschrecke: 16; Hummel: 18; Hornisse: 22; Honigbiene: 29; Libellen bis 50 km/h Schülerbuch Seite 11 Welches Experiment könnte Aufschluss darüber geben, warum der Wasserläufer nicht untergeht? — Eine Petrischale wird mit Wasser gefüllt. Man gibt auf die Wasseroberfläche ein Filterpapier, auf dieses legt man eine Büroklammer. Mit einer Pinzette drückt man das Filterpapier nach unten. Die Büroklammer schwimmt auf der Wasseroberfläche. Gibt man einen Tropfen Spülmittel zu, so sinkt die Büroklammer nach unten. Die Oberflächenspannung kommt dadurch zustande, dass sich die zwischen den Wassermolekülen wirkenden Anziehungskräfte an der Grenzfläche nicht aufheben. Die resultierende Kraft ist senkrecht nach unten gerichtet. Da sich dort aber bereits Wassermoleküle befinden, erscheint die Wasseroberfläche wie eine gespannte elastische Haut. Der Rückenschwimmer kommt immer wieder an die Wasseroberfläche. Informiere dich über die Atmung von Insekten (s. Seite 66). — Da der Rückenschwimmer über Tracheen atmet, muss er einen Luftvorrat ins Wasser mitnehmen. Methoden 3 Plane einen weiteren Versuch, der eine Aussage darüber machen soll, welche Beutetiergröße die Libellenlarve bevorzugt. — Die Attrappengröße wird von 2 mm bis etwa 20 mm variiert. Dazu eignet sich eine schwarze Attrappe. Die anderen Parameter bleiben gleich. Man wiederholt jedes Experiment 10-mal und notiert die Zahl der Reaktionen. Schülerbuch Seite 15 Erstelle eine Tabelle mit den systematischen Begriffen der Abbildung auf S. 14 für das Reich der Tiere und der Pflanzen. — siehe Tabelle Systematischer Begriff Reich Pflanzen Tiere Stamm Blütenpflanzen Wirbeltiere Klasse Zweikeimblättrige Vögel Ordnung Asternartige Sperlingsvögel Familie Korbblütler Meisenvögel Gattung Kratzdisteln Meisen Art Ackerkratzdistel Blaumeise Zeit Angepasstheit Schülerbuch Seite 21 Fasse die Kennzeichen von Lebewesen und die darin enthaltenen Basiskonzepte in Form einer Mind-Map zusammen. — siehe Abbildung unten Wende ähnlich wie beim Hund die Basiskonzepte auf eine Nutzpflanze, z. B. die Kartoffel, an. — Die Kartoffel (Organisationsebene Organismus) ist ein krautiges Nachtschattengewächs. Die Blätter sind gefiedert. Die Blüten sind 5-zählig (Organisationsebene Organ). Sie wurde im Verlauf der Zeit aus der Stammpflanze, die ursprünglich im Hochland von Peru und Bolivien wuchs, herausgezüchtet (Zeit). Die Knollen enthalten in ihren Speicherzellen (Zellebene) etwa 20% Stärke (Stoffe und Teilchen). Die Vermehrung der Kartoffel erfolgt in der Regel ungeschlechtlich, indem eine Knolle in den Boden eingelegt wird (Fortpflanzung). Dabei keimen die Knospen („Augen“) der Kartoffel aus und bilden bis zu 50 neue Knollen (Zeit, Struktur und Funktion). Die in der Kartoffel gespeicherte Stärke wird in Traubenzucker umgewandelt. Dieser dient als Energielieferant für das Wachstum der jungen Triebe (Stoffe und Teilchen, Energie). Die Triebe wachsen ans Licht und bilden den Spross und die Blätter (Organisationsebene Organ). Diese ergrünen und können nun mithilfe des Sonnenlichtes über die Fotosynthese Traubenzucker bilden (Stoffe und Teilchen, Energie). Dieser wird in die Knollen transportiert und dort als Speicherstärke abgelagert (Angepasstheit). Struktur und Funktion Organistationsebenen Aufbau aus Zellen Gestalt Angepasstheit Kennzeichen der Lebewesen Veränderbarkeit Zeit Wachstum und Entwicklung Zeit Angepasstheit Regulation Reizbarkeit und Bewegung Fortpflanzung und Vererbung Information und Kommunikation 4 Ordnung und Vielfalt Zeit Information und Kommunikation Stoffwechsel Stoffe und Teilchen Energie Energie Welche Leitthemen wurde bereits in der 5. und 6. Klasse behandelt? Vergleiche dazu auch die Seite 161 im Buch. Suche die Leitthemenseiten in diesem Buch und mache dich mit den dort aufgeführten Basiskonzepten vertraut. — Leitthemen: Stoffe und Teilchen, Energie, Regulation, Fortpflanzung und Sexualität, Kommunikation, Struktur und Funktion Bakterien Schülerbuch Seite 25 Ordne den Ziffern der Wachstumskurve jeweils eine Wachstumsphase zu. — Anlaufphase (1), exponentielle Phase (2), Absterbephase (3) Berechne wie viele Bakterien nach 10 Vermehrungsschritten vorliegen. — 2×þ = 1024 Schülerbuch Seite 27 Stelle in einer Tabelle die möglichen Ernährungsformen der Bakterien zusammen und gib jeweils ein Beispiel an. — siehe Tabelle Heterotrophe Ernährung Autotrophe Ernährung anaerob aerob photoautotroph chemoautotroph Milchsäurebakterien Essigbakterien Cyanobakterien Schwefelbakterien Konstruiere aus den oben angegeben Bakterien einen Stoffkreislauf, wie er in der Abb. 26. 2 dargestellt ist. — siehe Abbildung unten Schülerbuch Seite 30/31 Material 1: Sicherheitsunterweisung Sicherheits- und Arbeitsanweisungen für das mikrobiologische und gentechnische Arbeiten 1. Informiere dich, wo sich Verbandskasten, Feuerlöschdecke, Feuerlöscher, Augenwaschflasche und der Not-Aus-Schalter befinden und mache dich mit ihnen vertraut. Feuerschutzpläne und Fluchtwege einprägen. 2. Essen und trinken sowie das Aufbewahren von Nahrungsmitteln im Praktikumsraum ist verboten! 3. Private Gegenstände nicht in den Praktikumsraum bringen. 4. Im Praktikumsraum stets einen geschlossenen Arbeitsmantel tragen, beim Verlassen des Raumes den Mantel ausziehen. 5. Auf Sauberkeit und Ordnung am Arbeitsplatz achten, vor Versuchsbeginn alle benötigten Materialien bereitstellen; Arbeitsfläche aus Gründen der Desinfektion möglichst klein halten. Nicht benötigte Geräte und Chemikalien aufräumen. Nicht auf die Tische setzen. 6. Vorsicht beim Arbeiten mit dem Gasbrenner! Brennbare Substanzen nie in die Nähe des Brenners stellen. Lange Haare zusammenbinden! 7. Pipettieren mit dem Mund ist verboten, stets Pipettierhilfen verwenden. 8. Bei Bedarf Handschuhe tragen (z. B. bei Verletzungen). Bei möglicher Gefährdung der Augen (z. B. beim Erhitzen von Flüssigkeiten) Schutzbrille tragen. 9. Chemikalien mit sauberem Spatel aus Vorratsgefäß entnehmen, nie mit den Fingern anfassen. Nur soviel Substanz aus dem Vorrat entnehmen, wie benötigt wird: niemals Substanz zurückgeben. — Zur Entnahme von Chemikalien den Stopfen (Deckel) nach dem Öffnen umgekehrt auf den Tisch legen, danach Flasche sofort wieder verschließen. Stets nur eine Flasche öffnen! — Achte auf die Gefahrensymbole auf den Chemikalienflaschen und mache dich mit den Symbolen vertraut. — Chemikalien nur auf Wägepapier abwiegen! 10. Steril arbeiten! Einschleppen anderer Mikroorganismen und von Enzymen (Hände!) muss vermieden werden, ebenso das Ausbreiten der Mikroorganismen im Raum. — Arbeitsfläche vor und nach dem Arbeiten mit 70%igem Ethanol desinfizieren. — Luftzug vermeiden: Fenster und Türen während des Arbeitens geschlossen halten. — Nur sauberes und steriles Material verwenden, Impfösen sorgfältig ausglühen. — Nährmedien, Reagenzgläser, Pipettenspitzen sterilisieren. 11. Nichts in den Abguss schütten!! Alles Material, das mit Mikroorganismen in Kontakt war, muss autoklaviert werden. — Feste Abfälle werden in einem Abfallgefäß mit autoklavierbarer Mülltüte gesammelt. — Flüssigkeiten werden in einem verschließbaren Behälter gesammelt. Er enthält Spülmittel zur Desinfektion. Tote Bakterien Erzeuger (Produzenten) z. B. Cyanobakterien oder Schwefelbakterien Zersetzer (Destruenten) z. B. Bakterien im Kompost Mineralien Bakterien 5 — Mit Mikroorganismen kontaminierte Glas- und autoklavierbare Kunststoffgefäße (Pipetten, Objektträger . . . ) werden in einem Gefäß mit Wasser und Spülmittel gesammelt. — Nicht mehr benötigte Agarplatten werden in einem autoklavierbaren Plastiksack gesammelt. 12. Der Autoklav darf nur von eingewiesenen Personen (Lehrer!) bedient werden. 13. Vermeide Aerosolbildung: Aerosole werden z. B. bei schnellem Ausdrücken von Pipetten gebildet und breiten sich als Bakteriennebel unkontrolliert im Labor aus. 14. Beim Arbeiten mit Mikroorganismen. — Nach jeder Beendigung eines Arbeitsablaufes sowie bei Arbeitsunterbrechungen und vor Verlassen des Labors müssen die Hände gewaschen und anschließend mit Sterilium desinfiziert werden. 15. Verschüttete Bakterienkulturen werden sofort mit Desinfektionsmittel (70%iges Ethanol) behandelt. Größere Flüssigkeitsmengen vorher mit Zellstoff aufnehmen (Handschuhe!), Zellstoff anschließend autoklavieren. — Kontaminierte Kleidung mit alkoholischem Desinfektionsmittel desinfizieren. — Kontaminierte Hautstellen mit Sterilium desinfizieren. 16. Möglichst am Arbeitsplatz keine schriftlichen Arbeiten; Schreiben an einem gesonderten Platz (Sterilität!). 17. Kulturgefäße und Agarplatten mit wasserunlöslichem Stift beschriften: Bakterien, Datum, Name des Experimentators (Anfangsbuchstabe), eventuell Hinweise auf das Experiment (z. B. Medium) — Agarplatten werden am Boden (Rand) beschriftet, nicht am Deckel! Deckel könnten ausgetauscht werden. Weitere Hinweise Versuchsanleitungen vor Versuchsbeginn genau durchlesen und beachten; bei Unklarheiten beim Lehrer nachfragen. Ÿ Bei allen Experimenten sorgfältig Protokoll führen. Ÿ Bediene nur Geräte, an denen du dich auskennst. Lasse dir vor dem erstmaligen Gebrauch die Bedienung jedes Geräts erklären. Ÿ Nach Beendigung der Versuche, Arbeitsplatz aufräumen, Gefäße sorgfältig spülen und zum Trocknen abstellen. (Beachte aber Punkt 10 und 11 !!!) Ÿ Beschädigungen an Experimentiergeräten sofort dem Lehrer melden. Material 2: Unterschriftenliste — siehe Arbeitsblatt auf Seite 7 6 Bakterien Schülerbuch Seite 32/33 Verbessere die unterstrichenen, falschen Aussagen in dein Heft. — Bakterien sind so klein, dass sie nur mit dem Mikroskop sichtbar werden — Die kleinen DNS-Ringe sind Plasmide — Die Zellteilungen dauern etwa 20 Minuten — Bakterien, die organische Substanz abbauen sind heterotroph. Unter autotropher Ernährung versteht man Bakterien, die Fotosynthese oder Chemosynthese betreiben — Unter Gärung versteht man die Energiegewinnung ohne Sauerstoff. — Bei der Jogurtherstellung bauen die Milchsäurebakterien Milchzucker ab — Knöllchenbakterien kommen in Schmetterlingsblütlern (Leguminosen) vor, nicht jedoch in Gräsern — Knöllchenbakterien binden den Stickstoff der Luft, — Dieser dient dem Wachstum der Pflanze — Sporen überstehen das Kochen Hat die Freundin eine falsche Aussage übersehen? — Übersehene Aussage: Auch am Meeresgrund sind Bakterien zu finden. So nutzen beispielsweise Schwefelbakterien den ausströmenden Schwefelwasserstoff zur Energiegewinnung. Sie sind chemoautotroph. Zeichne das Grundgerüst in dein Heft und ergänze mit den in der Wortliste angegebenen Begriffe. — s. Abb. auf Seite 8 Warum ist der Milzbranderreger als Pulver besonders lange infektiös? — Bacillus anthracis, der Milzbranderreger erzeugt Endosporen. Unter Mangelbedingungen kommt es zur Ausbildung der Sporen. Dabei verliert die Bakterienzelle bis zu 90 % ihres Wassergehaltes, eine Sporenhülle, die im Wesentlichen aus Proteinen besteht, bildet sich aus. Bakteriensporen sind resistent gegen Hitze, Austrocknung, Strahlung, Säuren und chemische Desinfektionsmittel. Sie können lange Zeit in ihrem Ruhezustand bleiben und unter geeigneten Bedingungen innerhalb von wenigen Minuten wieder auskeimen. Die auskeimende Spore nimmt Wasser auf und tritt aus der Sporenhülle hervor. Schließlich beginnt die Zelle sich wieder zu teilen. Die kleinen Sporen können über die Bildung von Aerosolen gut verbreitet werden. Welche Bedingungen finden Bakterien in der menschlichen Lunge vor? — Beim Einatmen gelangen die kleinen Sporen in die Lunge. Diese besitzt eine große respiratorische Oberfläche, die mit Epithel ausgekleidet ist. Die Zellen sind stets feucht. Der Schleim kann als Substrat genutzt werden. Die Körpertemperatur beträgt 37 °C was ebenfalls das schnelle Wachstum der Bakterien begünstigt. Unterschriftenliste An der Sicherheitsbelehrung für das mikrobiologische Praktikum für das Schuljahr .......................... Datum .......................... habe ich teilgenommen. Die Sicherheitsbelehrung umfasst folgende Inhalte: 1. Alarmplan 2. Verhalten bei Verletzungen und bei Flucht 3. Verhalten im Falle eines Brandes 4. Allgemeine Sicherheitshinweise 5. Umgang mit Chemikalien 6. Hygieneplan 7. Umgang mit Bakterien: Steriles Arbeiten, Medien, Autoklavieren, Desinfektionstechniken, Beschriftungen. Name Klasse Unterschrift © Als Kopiervorlage freigegeben. Ernst Klett Schulbuchverlage, Stuttgart 2006 Bakterien 7 photoautotroph anaerob chemoautotroph autotroph heterotroph Chromosom aerob prokaryotische Zelle Destruenten Ernährung Symbioten Kokken Lebensweise Einteilung nach Gestalt Parasiten Stäbchen Bakterien Spirillen Black Smoker Boden Dickdarm Lebensräume systematische Einteilung Vermehrung Haut Heiße Quellen Salzseen exponentiell Zellteilung Echte Bakterien Archaebakterien Tiefsee Lösung zu Seite 32, Aufgabe 3 Wie könnte man sich gegen die Krankheit schützen? — Milzbrand ist eine Tierkrankheit. Menschliche Milzbranderkrankungen sind selten. Die Krankheit tritt besonders bei Weidetieren auf. Da die Bakterien mit dem Kot ausgeschieden werden, finden sie sich vor allem auf Viehweiden. Besonders stark verbreitet ist der Milzbranderreger in den Tropen Afrikas. In Europa und Nordamerika ist Milzbrand in den vergangenen Jahren bei Menschen nicht mehr vorgekommen, bei Tieren nur noch selten. Die Infektion kann glücklicherweise nicht von Mensch zu Mensch übertragen werden. Die meisten Milzbranderkrankungen befallen die Haut. Hier finden sich dunkle, meist schmerzlose Geschwüre, die der Erkrankung „Anthrax“ (Kohle) den Namen gegeben haben. Die Infektion erfolgt über kleine Verletzungen. Der Hautmilzbrand ist oft führt zu langwierigen Erkrankungen, kann aber spontan ausheilen. Diese Form ist mit geeigneten Antibiotika schnell und erfolgreich zu therapieren, am wirkungsvollsten ist 8 Bakterien Ciprofloxacin. Ein Impfstoff gegen Anthrax ist in Deutschland nicht verfügbar. Der beim Militär in den USA eingesetzte Impfstoff schützt vor allem gegenüber der an der Haut ablaufenden Form. Gegenüber der Lungenform ist der Schutz wahrscheinlich weit geringer. Der beim Militär verfügbare Impfstoff ist schlecht verträglich. Auch müssen regelmäßig einmal jährlich Auffrischungsimpfungen erfolgen. Eine routinemäßige Impfung für große Bevölkerungsgruppen ist daher nicht gerechtfertigt. Beim Verdacht, dass Milzbrandbakterien als weißes Pulver in einem Brief zugeschickt wurden, muss der Kontakt mit dem Pulver vermieden werden. Vor allem darf das Pulver nicht eingeatmet werden. Man sollte umgehend den Raum verlassen und hinter sich abschließen. Die Hände sollten gründlich gewaschen werden. Polizei und/oder das nächste Gesundheitsamt sollten benachrichtigt werden. Übertrage die Tabelle in dein Heft und ergänze die Tabelle. Art der Ernährung autotroph - fotoautotroph - chemoautotroph heterotroph Energiequelle Kohlenstoffquelle Licht Anorganische Verbindung Kohlenstoffdioxid Kohlenstoffdioxid Organische Verbindung Organische Verbindung Kannst du dir vorstellen, dass Leben auf dem Mars existiert? Welche Bakteriengruppe kommt in Frage? — Nimmt man an, dass Kohlenstoffdioxid und Wasserstoff in der Marsatmosphäre sowie etwas Wasser an der Marsoberfläche vorhanden sind, sind die Grundvoraussetzungen für das Wachstum der methanogenen Bakterien gegeben. Methanogene Bakterien gehören zu den Archaebakterien. Sie sind Anaerobier, benötigen also zum Wachstum keinen Sauerstoff. Eine Gruppe dieser Bakterien nutzt das Kohlenstoffdioxid als Substrat, das mit Wasserstoff als Elektronendonator zu Methan reduziert wird. Das Bakterium nutzt die chemische Energie, die bei der Reaktion von Wasserstoff mit Kohlenstoffdioxid frei wird, es ist also chemoautotroph. CO2 + 4 H2 … CH4 + 2 H2O G°’= 131 kJ Selbst wenn kein Wasserstoff vorhanden sein sollte, können einige Bakterienstämme das vorhandene Kohlenmonooxid nutzen. Berechne, wie oft eine Bakterienzelle von 1 µm Durchmesser in eine Tierzelle von 100 µm Durchmesser passt, wenn du annimmst, dass die Zellen aus Würfeln bestehen? — 100 x 100 x100 = 1 000 000 Zellen Stelle das Wachstum der beiden Bakterienstämme grafisch dar. Begründe mithilfe der beiden Kurven, warum es wichtig ist, Fleisch zu kühlen bzw. einzufrieren. — Bei 0 °C wachsen die Bakterien nicht. Stamm 1 zeigt jedoch bereits bei der Temperatur von 5 °C, also Bedingungen wie im Kühlschrank, geringes Wachstum. Je höher die Temperatur, desto besser ist das Wachstum bis zum Temperaturoptimum. Stamm 1 ist weniger hitzetolerant als Stamm 2. Bei 50 °C stellen beide Stämme das Wachstum ein. Ergänze die fehlenden Begriffe in den Kästchen und benenne die vier Typen der Energiegewinnung. — Typ 1: Heterotrophe, aerobe Energiegewinnung (Zellatmung) Traubenzucker Sauerstoff Bakterium 1 Kohlenstoffdioxid Wasser — Typ 2: Heterotrophe, anaerobe Energiegewinnung: Milchsäuregärung Milchzucker Bakterium 2 Milchsäure — Typ 3: Autotrophe Energiegewinnung: Fotosynthese Wachstum und Temperatur Stamm 1 60 50 Gewicht (in mg/l) Licht Stamm 2 Kohlenstoffdioxid Wasser 40 30 Bakterium 3 20 10 0 Traubenzucker 0 5 Sauerstoff 10 15 20 25 30 35 40 45 50 Temperatur (in°C) Die beiden Bakterienstämme haben unterschiedliche Temperaturoptima, also eine Temperatur, bei der sie am besten wachsen. Gib diese Temperaturen an. — Stamm 1 hat sein Temperaturoptimum bei 25 °C, Stamm 2 bei 40 °C — Typ 4: Chemoautotrophe Energiegewinnung Kohlenstoffdioxid Schwefelwasserstoff Bakterium 4 Traubenzucker Schwefel Bakterien 9 Vom Einzeller zum Vielzeller Schülerbuch Seite 46/47 Handelt es sich um eine Pflanzen- oder Tierzelle? Begründe. — Es handelt sich um eine Pflanzenzelle: Es sind ein Chloroplast, eine Vakuole und eine Zellwand vorhanden. Ordne den Ziffern jeweils ein Zellorganell bzw. einen Zellbestandteil zu. — 1 Zellkern, 2 DNS, 3 Ribosom, 4 Endoplasmatisches Retikulum (RE), 5 Golgi-Apparat, 6 Vakuole, 7 Mitochondrium, 8 Chloroplast, 9 Zellmembran, 10 Zellwand, 11 Tüpfel, Ordne den Buchstaben A—F einen Stoff zu. — A Aminosäuren, B Eiweiß, C Kohlenstoffdioxid, D Sauerstoff, E Wasser, F Traubenzucker Benenne anhand der Abbildung die in den Punkten 1, 3, 4, 5, 7 und 8 ablaufenden Vorgänge. — 1: Abschreiben der Erbinformation, — 3: Eiweißsynthese an den Ribosomen: aus Aminosäuren wird das Makromolekül Eiweiß zusammengesetzt. — 4: Das ER dient der Synthese von Fetten und dem Transport von Stoffen, z. B. von Eiweißmolekülen. — 5: Im Golgi-Apparat werden die vom ER angelieferten Produkte weiterverarbeitet. Man kann den Golgi-Apparat auch mit einer Fertigungs-, Sortier- und Versandeinrichtung vergleichen. Die fertiggestellten Produkte verlassen den Golgi-Apparat auf der Kern abgewandten Seite. — 7: Die Mitochondrien sind die Orte der Zellatmung, bei der aus Traubenzucker und Sauerstoff Energie gewonnen wird. Diese wird in Form kleiner Transporteinheiten als chemische Energie gespeichert und kann in der Zelle an anderer Stelle für energieaufwändige Prozesse, z. B. die Synthese der Eiweiße, genutzt werden. Als Abfallprodukte entstehen Kohlenstoffdioxid und Wasser. — 8: Im Inneren der Chloroplasten findet man ein weiteres Membransystem, das an manchen Stellen dicht gepackte Stapel erkennen lässt. Hier ist der grüne Blattfarbstoff Chlorophyll eingelagert. Dieser kann die Energie des Lichtes auffangen. Die Lichtenergie dient dazu, im Vorgang der Fotosynthese aus Kohlenstoffdioxid und Wasser den energiereichen Traubenzucker herzustellen. Als Nebenprodukt wird Sauerstoff frei gesetzt. Erkläre, weshalb die Zelle als ein offenes System bezeichnet wird, das mit der Umwelt in Stoff- und Energieaustausch steht. — Unter einem System versteht man einen klar begrenzten Ausschnitt des Raumes. Bei offenen Systemen ist sowohl ein Stoff als auch ein Energieaustausch mit der Umgebung möglich. Stoffaustausch: Die Zelle nimmt Stoffe (z. B. Wasser, Sauerstoff, Kohlenstoffdioxid, Mineralsalze) aus der Umgebung auf. Andere Stoffe werden wieder abgegeben (Kohlenstoffdioxid, Sauerstoff, Wasserdampf, Abfallstoffe). 10 Vom Einzeller zum Vielzeller — — — Energieaustausch: Die Pflanzenzelle ist auf die Lichtenergie angewiesen, um den energiereichen Traubenzucker zu synthetisieren. Die tierische Zelle nimmt energiereiche organische Verbindungen auf und verwendet z. B. den energiereichen Traubenzucker als Energiequelle. Erkläre, woraus der in Punkt 8 der Abbildung abgelagerte Vorrat besteht und warum dieser nachts weniger wird. Bei der Fotosynthese entsteht aus Kohlenstoffdioxid und Wasser Traubenzucker und Wasser. Die Traubenzuckermoleküle lagern sich zu Stärke zusammen. Diese wird zunächst in den Chloroplasten abgelagert. Diese Stärke versorgt die gesamte Pflanze mit chemischer Energie und Kohlenstoffgerüsten für die Synthese anderer Moleküle, z. B. Cellulose. Etwa die Hälfte in der Stärke gespeicherten Energie wird für die Zellatmung benötigt. Da nachts keine Fotosynthese ablaufen kann, wird ein Teil der Stärke wieder in Traubenzucker umgewandelt und veratmet. Ein anderer Teil der Stärke wird enzymatisch in die wasserlösliche Transportform Saccharose umgebaut. Diese wird über die Leitbündel in andere Pflanzenteil transportiert. Ein Teil wird in Speicherzellen von Wurzeln, Knollen, Samen und Früchten wieder in Form des Speicherstoffes Stärke abgelagert. Für den Aufbau bestimmter Produkte wird Energie benötigt. In der Darstellung unten sind Stromkabel eingezeichnet. Wie wird jedoch die Energie in der Zelle tatsächlich transportiert? Die in den Chloroplasten und Mitochondrien frei werdende Energie wird zunächst in Form kleiner Transportmoleküle (ATP) gespeichert. ATP wird daher auch als “Energiewährung“ der Zelle bezeichnet. Pro Tag wird das gesamte ATP im menschlichen Körper ca. 1000 mal auf- und wieder abgebaut. Fasse zusammen, bei welchen Stoffwechselvorgängen Energie frei wird, bei welchen jedoch Energie benötigt wird. Energiefreisetzung: Fotosynthese, Zellatmung. Energieverbrauch: Transport von Wasser in die Zelle, Stoffumbau im ER und im Golgi-Apparat, Eiweißsynthese an den Ribosomen. Stelle tabellarisch Zylinderzelle und Plasmazelle einander gegenüber und vergleiche sie in Bezug auf die Zahl bzw. Ausdehnung folgender Zellorganelle: Mitochondrien, Endoplasmatisches Retikulum, Ribosomen. — siehe nachfolgende Tabelle Zylinderzelle Plasmazelle Mitochondrien 18 8 Endoplasmatisches Retikulum Nicht sehr ausgedehnt Nimmt großen Raum ein Ribosomen Geringere Anzahl Große Anzahl Äußere eine Vermutung, warum die Zellen solche großen Unterschiede in der Zahl ihrer Organelle aufweisen. — Für den Transport der Verdauungsprodukte durch die Zylinderzellen wird Energie benötigt. Da diese von den Mitochondrien bereitgestellt wird, ist die Zahl der Mitochondrien in diesem Zelltyp groß. Die Produktion der aus Eiweiß bestehenden Antikörper erfordert eine Vielzahl von Ribosomen. Die Antikörper werden im ER zur Zellmembran transportiert und nach außen abgegeben. Erstelle eine Mind-Map der Zellbestandteile. Beginne wie unten dargestellt. — siehe Spalte unten Vergleiche die Aufteilung des Erbguts bei einer Zellteilung mit der oben dargestellten Verbreitung von Informationen in einem Büro. Arbeite die Gemeinsamkeiten heraus. — Kopieren: „aus eins mach zwei“, exaktes Duplikat, gleiche Information; — Verteilen: paralleles Lesen der Information Zellkern Chloroplasten Warum ist es nötig, das Erbmaterial in der Synthesephase zu verdoppeln? — Es wird in der Mitose auf zwei Zellen verteilt, die beide die gesamte Information enthalten müssen. Vergleiche die urprüngliche Mutterzelle vor mit den entstehenden Tochterzellen nach einer Zellteilung hinsichtlich des Erbguts. Stelle die Befunde in einer Tabelle zusammen. — siehe Tabelle Mutterzelle Tochterzelle Chromosomen Zweichromatidchromosom Einchromatidchromosom Erbmaterial doppelt einfach Stelle in einer Tabelle zusammen, welche Teilstrukturen bzw. Organellen in der prokaryotischen Zelle (Bakterienzelle) und welche in der eukaryotischen Zelle (Pflanzen- bzw. Tierzelle) die unten aufgeführten Funktionen übernehmen: Vererbung, Eiweißsynthese, Stofftransport, Gewinnung von Energie, Abgrenzung des Zellplasmas nach außen, Festigung der Zelle nach außen, Speicherung der Erbinformation, Zellatmung, Fotosynthese. — Lösung s. Seite 12 Mitochondrien Ribosomen ohne Membran Zellbestandteile mit Doppelmembran mit Einfachmembran Endoplasmatisches Retikulum Golgi-Apparat Vakuole Zellplasma Lösung zu Seite 47, Aufgabe 11 Vom Einzeller zum Vielzeller 11 siehe Tabelle Bakterienzelle Pflanzenzelle Tierische Zelle Vererbung Ringförmiges Chromosom Zellkern Zellkern Eiweißsynthese Ribosomen Ribosomen Ribosomen Endoplasmatisches Retikulum Endoplasmatisches Retikulum Stofftransport — Gewinnung von Energie Membraneinstülpung Chloroplast, Mitochondrium Mitochondrium Abgrenzung des Zellplasmas nach außen Membran Membran Membran Festigung der Zelle nach außen Zellwand Manchmal Schleimhülle Zellwand Speicherung der Erbinformation Chromosom und Plasmide Zellkern mit vielen Chromosomen Zellkern mit vielen Chromosomen Zellatmung Membraneinstülpung Mitochondrien Mitochondrien Fotosynthese Membraneinstülpung Chloroplasten — Schülerbuch Seite 48 Vergleiche den Weg der Nahrung bei Paramecium und Mensch. Welches Organell entspricht welchem Organ? — siehe Tabelle Weg der Nahrung Pantoffeltierchen Mensch Nahrungsaufnahme Mundfeld Mund Verdauung Nahrungsbläschen Magen/Darm Ausscheidung fester Stoffe Zellafter After Ausscheidung von Flüssigkeiten pulsierendes Bläschen Niere Pantoffeltierchen teilen sich etwa alle 24 Stunden. Nach 19 Tagen können theoretisch aus einem Tierchen 500 000 entstehen. Wann wäre eine Million überschritten? — Da sich ihre Anzahl in 24 Stunden verdoppelt, werden theoretisch nach weiteren 24 Stunden, also nach insgesamt 20 Tagen, eine Million Tierchen vorhanden sein. Diese Million wird am 21. Tag überschritten. Schülerbuch Seite 53 Welche Vorteile bringt der Zusammenschluss einzelner Zellen zu Kolonien? — In einer Umwelt, in der viele Fressfeinde nicht viel größer sind als eine Einzelzelle von Gonium, ist der Zusammenschluss zu einer Kolonie von entscheidendem Vorteil: Die enorme Größe verhindert das Gefressenwerden. 12 Vom Einzeller zum Vielzeller — Stelle nach den Abbildungen dieser Seite in einer Tabelle Gemeinsamkeiten und Unterschiede zwischen Chlamydomonas, Gonium, Eudorina und Volvox zusammen. — siehe Tabelle Gattung Zellzahl Anordnung Aufgaben der Zellen Chlamydomonas 1 einzellig alle Lebensfunktionen Gonium 4—6 flächig alle Lebensfunktionen Eudorina 32 flächig alle Lebensfunktionen Volvox bis 20 000 Hohlkugel arbeitsteilig: Ernährung, Bewegung, Fortpflanzung „Einzeller sind unsterblich“. Begründe diese Aussage anhand der Beispiele. — Bei der Zellteilung im Verlauf der Fortpflanzung bleiben keine spezialisierten Zellen zurück, wie z. B. bei Volvox. Schülerbuch Seite 58/59 Ordne den Ziffern je ein Organell zu und gib dessen Hauptaufgabe an. — 1 = Augenfleck, 2 = Geißelsäckchen, 3 = Pulsierende Vakuole, 4 = Zellkern, 5 = lange Geißel, 6 = Chloroplast, 7 = Speicherstoffe, 8 = Zellhaut Definiere den Begriff Organell. — Organelle sind Untereinheiten der Zelle, denen ganz bestimmte Funktionen zugeordnet werden können. Ordne die Begriffe autotroph und heterotroph jeweils einer Ernährungsweise zu und beschreibe diese mit einer Wortgleichung. — Am Licht: Autotrophe Ernährung durch Fotosynthese. Im Dunkeln: Heterotrophe Ernährung durch Aufnahme von Nahrungspartikeln, die in Verdauungsbläschen eingeschlossen werden und im Körper verdaut werden. Ordne Euglena in ein Reich der Lebewesen ein. — Euglena gehört zu den „ursprünglichen Eukaryoten“. Es besitzt einen echten Zellkern, ist aber noch sehr einfach gebaut. Wende die Kennzeichen des Lebens (s. Seite 20) auf Euglena an. — Bestimmte Gestalt: Euglenen sind lang herzförmig, schraubenartig verdreht und besitzen 2 Geißeln, eine kurze und eine lange Zuggeißel. — Aufbau aus Zellen: Euglena besteht aus einer einzigen Zelle. — Wachstum und Entwicklung: Erreicht Euglena durch Wachstum eine bestimmte Größe teilt sich das Augentierchen. Die Geißeln werden abgebaut, der Kern teilt sich, die Zelle bildet durch Längsteilung zwei kleinere Tochterzellen. — Stoffwechsel: Euglena nimmt Stoffe aus der Umgebung auf und gibt andere Stoffe wieder ab. Aufgenommene Nahrung wird verdaut und in körpereigene Stoffe umgewandelt. Trotz des Stoffzuflusses und des Stoffabflusses verändern sich die Gestalt und die innere Zusammensetzung des Augentierchens wenig (Fließgleichgewicht). — Reizbarkeit und Bewegung: Bei gleichmäßiger Lichteinstrahlung schwimmen die Euglenen in Richtung Lichtquelle. Der Lichtreiz wird von dem Fotorezeptor an der Basis der Schwimmgeißel wahrgenommen. Aufgrund der Geißelbewegung rotiert Euglena bei der — — — — Salzkonzentration außen Förderleistung der pulsierenden Vakuole Zusammenhang zwischen Salzkonstruktion außen und Förderleistung der pulsierenden Vakuole 2,5 Förderleistung (ul/min) Salzkonzentration außen (%) 2,0 1,5 1,0 — — 0,5 0 Versuch 1 Lösung zu Seite 58, Aufgabe 8 Versuch 2 Versuch 3 Vorwärtsbewegung ständig um die Längsachse. Fälllt das Licht von der Seite her ein, wird der Fotorezeptor bei jeder Umdrehung einmal beschattet. Euglena ändert seine Schwimmrichtung so lange, bis der Fotorezeptor nicht mehr beschattet wird und das Licht von vorn kommt. Auch bei Berührung ändert Euglena die Schwimmrichtung. Fortpflanzung und Vererbung: Bevor sich Euglena in zwei Tochterzellen teilt, werden die Chromosomen verdoppelt, jede Zelle erhält eine identische Kopie der Erbinformation (Ungeschlechtliche Fortpflanzung). Manche Augentierchen können sich aber auch geschlechtlich fortpflanzen. Zunächst verschmelzen zwei Euglena-Zellen, dann deren Zellkerne. Veränderbarkeit: Von Euglena existieren etwa 150 Arten. Diese sind im Verlauf der Evolution durch Veränderungen (Mutationen) in der Erbinformation entstanden. Vergleiche die Mitose von Euglena mit der Mitose der anderen Eukaryoten (Normaltyp). Ergänze im Heft die Stellen mit den Fragezeichen. Bei Erreichen einer bestimmten Zellgröße verdoppeln sich die Chromosomen. Es entstehen Zwei-Chromatid-Chromosomen. Diese Phase ist die Synthesephase. Die sich anschließende Trennung der Chromosomen wird als Mitose bezeichnet. Um die 2-Chromatid-Chromosomen trennen zu können, verkürzen und verdicken sie sich, dies ist die Verpackung. Bei der Normalzelle wandern die Ein-Chromatid-Chromosomen = Chromatiden zu den Polen der Zelle, bei Euglena werden sie innerhalb des Zellkerns verteilt. Anschließend entspiralisieren sich die EinChromatid-Chromosomen wieder, es schließt sich die Zellteilung an. Während sich bei Euglena die Tochterzellen trennen, bleiben in Geweben die Tochterzellen miteinander verbunden. Die Abbildung 58 unten zeigen das Prinzip der Osmose. Beschreibe diesen Vorgang mit eigenen Worten Osmose: Das Zellplasma enthält gelöste Salze, ihre Konzentration beträgt 0,9 %. Legt man die Zelle in Wasser mit einer geringeren Salzkonzentration, müsste das Salz aus der Zelle heraus- und Wasser in die Zelle einströmen. Die Zellmembran wirkt wie eine Barriere, die kleine Poren enthält, durch die zwar die kleineren Wasserteilchen in die Zelle einströmen können, die größeren Salzteilchen jedoch nicht aus der Zelle heraus diffundieren können. Übertrage die Werte der Tabelle in ein Diagramm. s. Abb. links Erläutere und interpretiere das Ergebnis. Je geringer die Salzkonzentration im Außenmedium ist, desto mehr Wasser strömt in die Zelle ein und desto mehr Wasser wird über die pulsierende Vakuole nach außen transportiert. Vom Einzeller zum Vielzeller 13 Welche Folgen hätte es für die Einzeller, wenn keine pulsierenden Vakuolen vorhanden wären? — Es bestünde die Gefahr, dass die Zelle durch die Wasseraufnahme platzt. Ein Erwachsener besitzt etwa 5 000 cm Blut. Berechne, wie viele rote Blutzellen im menschlichen Blut vorhanden sind. — Zahl der roten Blutzellen im Blut: 5000 x 1000 x 5 000 000 = 25 000 000 000 000 Wie viele Zellteilungen pro Sekunde müssen im Knochenmark ablaufen, damit absterbende rote Blutzellen wieder vollständig ersetzt werden? Tipp: Rechne die 120 Tage in Sekunden um. — Bildung der roten Blutzellen pro Sekunde: 25 000 000 000 000 : 20 : 24 : 60 : 60 = 2 411 265 Stelle tierische und pflanzliche Merkmale von Volvox in einer Tabelle zusammen. — siehe Tabelle Tierische Merkmale Pflanzliche Merkmale Orientierung mit Fotorezeptor und Augenfleck Fotosynthese Fortbewegung durch Geißeln Zellwände Plasmabrücken, die Stoff und Energieaustausch ermöglichen Geschlechtliche und ungeschlechtliche Fortpflanzung Begründe, warum die Kugelalge weder in das Pflanzen- noch in das Tierreich eingeordnet wird. — Bei Volvox handelt es sich um einen einfachen Eukaryoten. Volvox unterscheidet sich erheblich von vielzelligen Pflanzen und Tieren. Volvox besteht aus nur zwei verschiedenen Zelltypen. Man kann daher noch nicht von einem echten Vielzeller sprechen, da bei diesen unterschiedliche somatischen Zellen mit ausgeprägter Arbeitsteilung auftreten. Volvox steht damit am Anfang der Evolution der höheren Eukaryoten. Gib das Reich an, dem Volvox systematisch zugeordnet wird und nenne weitere Vertreter dieses Reiches. — Reich der ursprünglichen Eukaryoten (Protisten). Weitere Vertreter: Wimpertierchen, Geißeltierchen, Kieselalgen, Schleimpilze, Amöben, Rotalgen, Grünalgen, Braunalgen, Algenpilze. Molekül Organell Zelle Traubenzucker, Sauerstoff Chloroplast, Geißel einzelne Körperzelle, Spermium, Eizelle Lösung zu Seite 59, Aufgabe 19 14 Vom Einzeller zum Vielzeller Gewebe Organismus — alle Körperzellen, Volvox Erläutere am Beispiel der Kugelalge, was man unter ungeschlechtlicher, was unter geschlechtlicher Fortpflanzung versteht. — Ungeschlechtliche Vermehrung: Bestimmte Zellen, die Fortpflanzungszellen, teilen sich und bilden kleinere Tochterkugeln. Die Tochterzellen besitzen eine identische Erbinformation wie die Mutterzellen. Geschlechtliche Vermehrung: Die Fortpflanzungszellen werden zu Spermien- und zu Eizellen. Männliche Spermienzelle und weibliche Eizelle sowie deren Zellkerne verschmezen. Dabei wird das Erbmaterial der beiden Zellen miteinander kombiniert. Diese wachsen zu neuen Gitterkugeln heran. Durch die Vermischung der Erbanlagen entstehen Nachkommen mit neuen Merkmalskombinationen. Warum spricht man bei Volvox von einem Vielzeller, bei Eudorina dagegen von einer Algenkolonie? — Bei Eudorina werden die 32 Zellen durch eine Gallerthülle zusammengehalten. Die einzelnen Zellen können jedoch abgetrennt ohne weiteres überleben. Volvox kann bereits als vielzelliges Individuum angesehen werden, die einzelnen Zellen sind durch Plasmafäden miteinander verbunden. Einzelne Zellen sind nicht mehr überlebensfähig. Volvox wird als „erste Leiche“ bezeichnet. Ist diese Bezeichnung zutreffend? — Bei Volvox tritt bereits eine Differenzierung zwischen Körperzellen und Keimzellen auf. Die Körperzellen altern und sterben ab, wenn die Tochterkugeln im Inneren der Mutterkugel groß genug sind. Die Bezeichnung erste Leiche ist daher gerechtfertigt. Die Zellen einfacher Kolonien sind dagegen potentiell unsterblich, da sie durch Teilung immer wieder regenerieren können. Lies die Doppelseite 60/61 „Leitthema Organisationsebenen“. Ordne die unten aufgeführten Begriffe in die richtige Organisationsebene ein. Organisationsebene: Molekül, Organell, Zelle, Gewebe, Organismus. Einzelne Körperzelle, alle Körperzellen, Chloroplast, Traubenzucker, Spermium, Geißel, Zellkern, Volvox, Sauerstoff, Eizelle, Mitochondrium. — siehe Tabelle unten links Stelle einen Zusammenhang zwischen Generationszeit und Körpergröße her, indem du die Grafik unten auswertest. Unter Generationszeit versteht man die durchschnittliche Zeitdauer zwischen der Geburt eines Lebewesens und der Geburt seiner Nachkommen. — Die Tabelle zeigt, dass kleine Organismen eine kürzere Generationszeit besitzen. Größere Organismen brauchen länger, bis sie die für die Fortpflanzung benötigte Körpergröße erreichen. Schülerbuch Seite 61 Babuschkas sind Puppen, die wiederum kleinere und noch kleinere Puppen enthalten. Vergleiche diese Puppen mit den Organisationsebenen der Lebewesen. — Lebewesen folgen ebenfalls dem Schachtelprinzip. Der Organismus kann als System aufgefasst werden, in dem wiederum kleinere Untereinheiten bzw. Untersysteme zusammenwirken bzw. aufeinander abgestimmt sind. System Organismus Organsysteme Organe Jede Organisationsebene weist neue Eigenschaften auf, die in der darunter liegenden Ebene nicht vorhanden waren. Finde dazu passende Beispiele. — Atom: Beispiel: Wasserstoffatom: kleines Teilchen, Gas — Molekül: Wasser: Bei Raumtemperatur flüssig, hat andere Eigenschaften wie die Atome Wasserstoff und Sauerstoff. — Organell: Beispiel: Chloroplast: Fotosynthese möglich, aber allein noch nicht lebensfähig. Erst durch das Zusammenwirken verschiedener Moleküle im Chloroplasten ist die Fotosynthese möglich. — Zelle: Kleinste, überlebensfähige Einheit durch Zusammenspiel aller Organellen der Zelle (Mitochondrien, Zellkerm etc.) — Gewebe: verschiedene Zellen können sich spezialisieren und dadurch wiederum verschiedene Aufgaben wahrnehmen. Beispiel: Drüsengewebe produziert Schleim, der die Schleimhäute feucht hält, Muskelgewebe dagegen dient der Kontraktion und damit der Fortbewegung. — Organe: Durch das Zusammenwirkung verschiedener Gewebe kann der Gesamtorganismus funktionieren. Beispiel: Ohne Magen ist die Verdauung nicht möglich, ohne Herz funktioniert der Blutkreislauf nicht. — Organsysteme: Allein mit dem Magen ist die Verdauung nicht möglich, sondern das gesamte Verdauungsystem (Mund, Speiseröhre, Dünndarm, Dickdarm) muss zusammenarbeiten. — Organismus: Der Organismus ist mit der Zelle vergleichbar: In der Zelle arbeiten die einzelnen Organelle zusammen, im Organismus die Organe und Organsysteme. — Lebensgemeinschaft: Ein Organismus allein kann nicht existieren. Gäbe es keine Pflanzen, die das Licht der Sonne in organische Stoffe umwandelten (z. B. Traubenzucker), könnten auch Tiere nicht existieren, da sie auf die energiereichen organischen Stoffe als Nahrung angewiesen sind. Benenne die aufgeführten Bauteile von Pflanzen und Tieren mit dem richtigen Organisationsbegriff: a) Wasserleitungsbahn, Zellkern, Kohlenstoffdioxid, Wurzel, Endoplasmatisches Retikulum, Spross. b) Bizeps-Muskel, Niere, Geschlechtsorgane, Sauerstoff, Stäbchen der Netzhaut, Netzhaut, Nervensystem. — siehe Tabelle unten Gibt es über die Lebensgemeinschaft hinaus weitere Organisationsebenen? — Als weitere Organisationsebenen gibt es: — Ökosysteme (= Biotop + Lebensgemeinschaft). Beispiele: Tundra, Wüste, See, tropische Regenwälder, Korallenriffe — Die Erde (mit Kern, Erdmantel, Erdkruste). — Das Sonnensystem mit den Planeten — Sternensysteme (Galxien) wie das Milchstraßensystem mit vielen Sonnensystemen — Universum mit vielen Galaxien Atom Molekül Organell Zelle Gewebe Organ Organsystem Sauerstoff Kohlenstoffdioxid Endoplasmatisches Retikulum Stäbchen der Netzhaut Wasserleitungsbahn, Netzhaut Bizeps-Muskel, Niere Wurzel, Spross, Nervensystem Lösung zu Seite 61, Aufgabe 3 Vom Einzeller zum Vielzeller 15 Schülerbuch Seite 67 Schülerbuch Seite 68 Vergleiche Insekt und Wirbeltier hinsichtlich ihres Körperbaus. Übertrage dazu die nebenstehende Tabelle in dein Heft und fülle die Spalte für die Wirbeltiere aus. Schlage, falls nötig, die Informationen in Büchern oder Unterlagen aus deinem früheren Biologieunterricht nach. — siehe Tabelle Zeichne das Sprungbein der Heuschrecke (s. Abb. 75.1). Vergleiche es mit dem Grundbauplan eines Laufbeins. — Im Vergleich zum Laufbein, das den Grundtypus des Insektenbeins darstellt, ist beim Sprungbein der Laubheuschrecke die Muskulatur des Schenkels verstärkt. Der Schenkel ist entsprechend dicker, das Kniegelenk ist das Sprunggelenk. Wirbeltier Insekt Gestalt, Gliederung Kopf, Rumpf, 4 Extremitäten oder Flossen Kopf, Brust, Hinterleib, 6 Beine Skelett innen außen Flügel Umgewandelte Vorderbeine Skelettausstülpungen Mundwerkzeuge Nach innen gerichtet Nach außen gerichtet Augen Linsenaugen Netzaugen (viele Einzelaugen) Herz Kompaktes Herz in der Brust Röhrenherz am Rücken Blutkreislauf geschlossen offen Blut Mit Sauerstofftransport Ohne Sauerstofftransport Gasaustausch Lunge oder Kiemen Tracheensystem Nervensystem Zentralnervensystem Kopfganglien, Bauchmark Wie wird der Gasaustausch bei Pantoffeltierchen, Fischen, Vögeln und den Menschen bewerkstelligt? — Pantoffeltierchen: Diffusion, keine speziellen Atemorgane — Fische: Kiemen — Vögel und Menschen: Lungen Welche Aufgaben erfüllt das Nervensystem eines Tieres? Stelle gegenüber, welche Bauteile des menschlichen Zentralnervensystems denen des Nervensystems der Insekten entsprechen. — Aufgaben: Weiterleitung und Verarbeitung von Erregungen und Reizen im Körper 16 Wirbellose Tiere Mensch Insekt Gehirn Kopfganglien Rückenmark Bauchmark Nerven Nerven Schülerbuch Seite 73 Vergleiche die beiden Fotos der Facettenaugen eines Ohrenkneifers (links) und einer Libelle (rechts). Welches der beiden Insekten erkennt ein schärferes Bild seiner Umwelt? Begründe deine Antwort. — Libelle erkennt schärferes Bild ihrer Umwelt, da sie mehr Einzelaugen besitzt. So ergibt sich ein feiner gerastertes Bild, auf dem mehr Einzelheiten zu erkennen sind. Schülerbuch Seite 77 Ordne die Fotos der Insekten auf dieser Seite den Namensschildern und den hier beschriebenen Insektengruppen zu. Informiere dich in einem Bestimmungsbuch über diese Insekten. — A 5 Grashüpfer und 8 Feldgrille, B 10 Azurjungfer, C 7 Silberfischchen, D 3 Tagpfauenauge und 4 Taubenschwänzchen, E 9 Marienkäfer, F 6 Kohlschnake, G 1 Hornisse, H 2 Feuerwanze Schülerbuch Seite 80 Überlege, welche Vorteile ein Zusammenleben in einem Insektenstaat für die Einzelindividuen hat. — Schutz des Einzelnen, größere Leistungen durch Arbeitsteilung, stärkere Vermehrung durch gemeinsame Brutpflege etc. Schülerbuch Seite 82/83 Arbeite anhand der Abbildungen Gemeinsamkeiten und Unterschiede im Körperbau der beiden Arten heraus und stelle sie in einer Tabelle zusammen. Stubenfliege Stechmücke Körper plump, gedrungen schlank, grazil Antennen kurz lang Flügelpaare 2 2 Mundwerkzeuge tupfendsaugend stechendsaugend Augen groß klein Beinpaare 6 6 Vergleiche beide Entwicklungszyklen und stelle Gemeinsamkeiten und Unterschiede in einer Tabelle dar. — siehe Tabelle Stubenfliege Stechmücke Entwicklungstyp vollkommen vollkommen Puppe Tönnchenpuppe beweglich, im Wasser Larven Maden (beinlos) im Wasser schwimmend, mit Borsten Entwicklungsort Fleisch, Mist etc. Wasser (Tümpel, Pfützen) Erläutere Faktoren, die für beide nötig sind, um ihren Entwicklungszyklus zu schließen und sich damit zu vermehren. Warum bietet die menschliche Umgebung diesen Insektenarten annähernd optimale Bedingungen dafür? — Stubenfliege: braucht Fleisch- und andere Abfälle für die Eiablage und Ernährung der Larven, Wärme für die Entwicklung nötig; in menschlichen Haushalten gegeben Stechmücke: braucht Kleinstgewässer für die Entwicklung der Larven und Puppen, in Gärten häufig Eimer und andere Behälter mit Wasser vorhanden; Weibchen saugen Blut, das für die Eireifung nötig ist, finden dies auch bei Menschen Vergleiche die Mundwerkzeugtypen von Stubenfliege und Stechmücke. In welchem Zusammenhang stehen sie mit der Ernährungsweise? — Stubenfliege: tupfend-saugend; tupfen Flüssigkeiten (z. B. Zuckerwasser) von Oberflächen auf Stechmücke: stechend-saugend; stechen Blutgefäße schlafender Wirbeltiere an, um an das Blut zu gelangen Vergleiche die Sinnesorgane am Kopf der beiden Insektenarten und leite daraus Aussagen über deren Lebensweise ab. — Stubenfliege: unterentwickelte Antennen, große Facettenaugen; guter Sehsinn, Orientierung mit den Augen, tagaktiv Stechmücke: lange Antennen, kleine Augen; Orientierung v. a. mit dem Geruchsinn, nachtaktiv Welche Problematik steckt in dem Auftreten von Stubenfliegen und Stechmücken in der Nähe des Menschen? Wie können diese Tiere dem Menschen schaden? Gehen von ihnen ernste Gefahren für unsere Gesundheit aus? — Übertragung von Keimen (Bakterien, Schimmelpilze) auf menschliche Nahrungsmittel, dadurch Übertragung von Krankheiten möglich; Verderben der Nahrung durch Verschimmeln oder Verfaulen, aber auch durch Madenbefall Überlege, welche Tiere in unseren Dörfern und Städten dringend auf Fliegen und Mücken als Nahrungstiere angewiesen sind. Versuche grafisch möglichst anschaulich darzustellen, wie diese Lebewesen voneinander abhängen. — Fressfeinde von Fliegen und Mücken: Schwalben und andere Vögel, Frösche, Spinnen, Wespen etc. Beispiel einer Nahrungskette: Mist … Stubenfliege … Springspinne … Kohlmeise … Sperber Erkläre mithilfe der Skizzen der Füße, wie es der Stubenfliege gelingt, auf so unterschiedlichen Untergründen auch kopfüber zu laufen, ohne abzurutschen. — Haken zum Festkrallen auf rauen Untergründen, z. B. Tapete; Haftpolster zum Laufen auf glatten Untergründen, z. B. Glas Beschreibe den Entwicklungszyklus des Malariaerregers. Welche Rolle spielt dabei die Anophelesmücke? — Beschreibung des Schemas; Rolle der Mücke: Zwischenwirt, Träger der Sichelkeime, Überträger auf den Endwirt (Menschen) Gegen Malariaerreger gibt es bisher nur schlecht wirksame Medikamente. Überlege dir Vorschläge, mit welchen indirekten Maßnahmen man trotzdem die Krankheit eindämmen und bekämpfen könnte. Beziehe dabei dein Wissen über Stechmücken mit ein. — Einsatz von Insektenvernichtungsmitteln gegen Anophelesmücke, um Überträger zu reduzieren; Trockenlegung von Kleingewässern, um Entwicklung der Larven zu unterbinden; Benutzung von Insektensprays und Moskitonetzen, um Mückenstiche zu verringern; etc. Schülerbuch Seite 85 Wie viele Spinnfäden müsste man nebeneinander legen, um die Dicke eines menschlichen Kopfhaars zu erhalten? — Man müsste 20 Spinnfäden nebeneinander legen. Schülerbuch Seite 88/89 Die Insekten bilden unter den Gliederfüßern die weitaus größte Gruppe: 85 % der Gliederfüßer sind Insekten. Berechne welchen prozentualen Anteil an der Gesamtartenzahl der Tiere damit die Insekten haben. — 66,3 % Etwa 4 200 Säugetierarten kennt man. Das ist nur ein kleiner Teil der Wirbeltiere, von denen es insgesamt 48 000 Arten gibt. Wieviel Prozent machen demnach die Säugetiere unter den Wirbeltieren aus? — 9,1 % Berechne, um welches Vielfache es mehr Insekten als Säugetiere gibt! — um das 243-fache mehr Insekten Wirbellose Tiere 17 Übertrage die nebenstehende Tabelle in dein Heft und stelle die Gemeinsamkeiten und Unterschiede im Körperbau der vier Klassen der Gliederfüßer zusammen. — siehe Tabelle Insekten Spinnentiere Krebstiere Tausendfüßer Zahl der Beinpaare 6 8 10 oder mehr bis 250 Skelett Außenskelett aus Chitin Außenskelett aus Chitin Außenskelett aus Chitin und Kalk Außenskelett aus Chitin Atmungsorgan Tracheensystem Fächertracheen Kiemen Tracheensystem Körpergliederung Kopf, Brust, Hinterleib Vorderkörper, Hinterkörper Kopfbrust, Hinterleib Kopf, Rumpfsegmente Zahl der Antennen 2 0 4 2 Wirbellose Tiere Beschreibe anhand von Abbildung 3 die Explosion einer Nesselzelle. — Berührt ein Beutetier auch nur einen der 6 bis 8 Fangarme, wird über den Auslösestift einer oder mehrerer Nesselzellen der Fangmechanismus ausgelöst. Der Deckel wird abgesprengt und der Stilettapparat bohrt sich in den Körper des Opfers. Dabei können sogar Chitinpanzer von Wasserflöhen (Kleinkrebse) durchschlagen werden. Der lange Nesselfaden wird umgestülpt und ausgeschleudert. Er dringt in den Körper der Beute ein. Das Nesselgift ergießt sich in die Wunde, lähmt und tötet das Tier. Schließlich befördern die Fangarme die Beute unzerkleinert in die Mundöffnung. Danach wird sie im MagenDarm-Raum zersetzt. Schülerbuch Seite 91 Übertrage den Bestimmungsschlüssel in dein Heft und trage die entsprechenden Tiergruppen in die leeren Felder ein. — Freie Felder von links nach rechts: Spinnentiere, Tausendfüßer, Krebstiere, Insekten Identifiziere die mit Ziffern gekennzeichneten Organe des Krebses. — 1 Erstes Antennenpaar 2 Zweites Antennenpaar 3 Mundöffnung 4 Kieferfüße 5 Bauchmark/Nervensystem 6 Kropf/Magen 7 Mitteldarmdrüse 8 Darm 9 Röhrenherz 10 Geschlechtsorgane 11 Laufbeine 12 Afterfüße Warum hat der Krebs keine Lungen oder Tracheen als Atmungsorgane? — Krebse leben im Wasser, dort sind Tracheen oder Lungen nicht funktionstüchtig. Vergleiche die inneren Organe des Krebses mit denen der Insekten und der Wirbeltiere (siehe S. 66). Wo liegen Unterschiede? — Krebse haben eine ähnliche innere Organisation wie die Insekten (Röhrenherz am Rücken, Strickleiternervensystem), haben aber eine Mitteldarmdrüse (vergleichbar mit Leber und Bauchspeicheldrüse bei Wirbeltieren) Zu welchen Klassen gehören die abgebildeten Gliederfüßer? Informiere dich in einem Bestimmungsbuch über deren Namen und deren Lebensweise. — A 3 Schmetterlingslarve, B 4 Bücherskorpion, C 1 Assel, D 2 Tausendfüßer 18 Schülerbuch Seite 90 Ordne den Zahlen der Abbildung die richtigen Bezeichnungen zu. Stelle eine Tabelle auf, in der Gemeinsamkeiten und Unterschiede von Süßwasserpolyp und Qualle vermerkt sind. — 1) Ektoderm, 2) Stützschicht, 3) Keimdrüse, 4) Entoderm, 5) Magen-Darm-Raum, 6) Fangarm Weshalb bezeichnet man die Fortpflanzung des Polypen einer Qualle als ungeschlechtlich, die Fortpflanzung der Qualle selbst als geschlechtlich? — Die Quallen bilden Keimzellen, die zu einer Befruchtung führen, während Polypen durch Knospung Quallenlarven bilden. Erkläre die folgenden Begriffe: Generationswechsel, Metamorphose, Larve. — Generationswechsel: Liegt dann vor, wenn sich verschiedene Generationen von Lebewesen einer Art unterschiedlich fortpflanzen. Metamorphose: Grundlegende innere und/ oder äußere Verwandlung innerhalb der Individualentwicklung. Larve: Frühes Entwicklungsstadium von Tieren während der Metamorphose. Schülerbuch Seite 95 Grabe einen Regenwurm aus, spüle die Erde ab und betrachte ihn. Achte darauf, dass das Tier nicht trocken wird. — Man erkennt die Gliederung in einzelne, gleich aussehende Körperringe oder Segmente. Die Rückenseite ist dunkler als die Bauchseite, Mundwerkzeuge fehlen. Im vorderen Drittel fällt ein drüsenreicher Gürtel durch seine hellere Färbung auf. Versuche herauszufinden, wo vorne und hinten bei einem Regenwurm ist. Nimm das Tier locker in die geschlossene Hand. — Sein Vorderende ist abgerundet; es ist das erste Segment, das als „Kopflappen“ über die Mundöffnung herausragt. Das Hinterende ist abgeflacht und läuft spitz aus. Streiche mit einem Finger in beide Längsrichtungen über den Körper des Wurmes. Was spürst du? — Streicht man an der Bauchseite von hinten nach vorn, bemerkt man die feinen Chitinborsten; in entgegengesetzter Richtung ist nichts zu spüren. Die Borsten können dem Körper anliegen, sich aber in Gegenrichtung abspreizen. Lasse den Wurm über Pergamentpapier und eine Glasplatte kriechen. Beobachte und beschreibe sein Verhalten. — Auf dem Pergamentpapier ist ein kratzendes Geräusch zu hören, während der Regenwurm vorwärts kriecht. Der Körper des Wurms wird abwechselnd lang und dünn, dann kurz und dick. Das Tier kriecht vorwärts, wenn die Wellenbewegungen von vorne nach hinten laufen, es kriecht rückwärts, wenn die Wellenfront von hinten nach vorne durchläuft. Die 4 Paar Chitinborsten je Segment verankern das Tier auf dem Pergament und verursachen das kratzende Geräusch. Auf der Glasplatte windet sich das Tier hin und her, es kommt aber nicht voran. Die Chitinborsten greifen nicht auf der glatten Unterlage. Schülerbuch Seite 99 Welche Eigenschaften haben die Lebensräume der Weinbergschnecken? — Sie sind zumindest zeitweise feucht und enthalten Nahrungspflanzen. Stellenweise muss der Untergrund weich genug sein zum Graben einer Erdhöhle für die Eiablage. Weinbergschnecken besitzen 2 Paar Fühler. Beschreibe ihre Funktionen. — Am Paar der langen Fühler sitzen die Augen. Die kurzen Fühler dienen als Tastorgane. Es gibt auch gehäuselose Schnecken, wie etwa die Rote Wegschnecke. a) Bei welchen Wetterverhältnissen begegnet man den Tieren häufig? Erkläre. b) Betrachte eine Rote Wegschnecke. Welche typischen Merkmale des Molluskenkörpers kannst du an ihr entdecken? Suche die Atemöffnung. a) Man trifft sie besonders häufig nach Regen, Nebel oder Tau an, da sie auf feuchtem Untergrund weniger Wasser bei der Fort-bewegung verlieren. b) Von außen sind Fuß und Eingeweidesack erkennbar. Die Atemöffnung befindet sich ein Stück hinter dem Kopf am unteren Rand des Schildes. Schülerbuch Seite 100 Zusatzexperimente 1. Angesogen oder festgeklebt: Das Kriechen einer Schnecke auf einer Glasscheibe wird von den Schülern oft fälschlich als „Ansaugen“ beschrieben. Um zwischen Saugen und dem tatsächlichen Kleben durch den vom Tier gebildeten Schleimfilm zu unterscheiden, kann man beim Kriechen vorsichtig ein Stöckchen zwischen Fuß und Glasplatte schieben. Die Schnecke fällt dadurch nicht ab, wie es beim Abfallen nach Haften durch Unterdruck erfolgen würde. 2. Hören oder fühlen: Als Vergleichsversuch wird eine Stimmgabel in der Luft zum Schwingen gebracht. Die Schnecke wird beobachtet. Sie dürfte keinerlei Reaktion zeigen, da Schnecken nicht hören können. Ein solcher Ausschlussversuch ist für den Erkenntnisprozess wichtig, da so zwischen Erklärungshypothesen unterschieden werden kann. 3. Negative Geotaxis: Eine Schnecke, die sich in ihrer Schale befindet, wird in einen Wasserzylinder gegeben, der dann verschlossen wird. Sie sinkt auf den Gefäßboden. (Eine Weinbergschnecke z. B. kann bis zu 24 Stunden im Wasser überleben.) Schiebt sich die Schnecke aus dem Gehäuse, so kriecht sie mit eingezogenen Fühlern nach oben. Wird der Zylinder dann umgedreht, erfolgt keine Fortsetzung in der gleichen Richtung. Die Schnecke stoppt, wendet und kriecht wieder nach oben. 4. Rekonstruktion der Lamellenstruktur: Leere Schneckenhäuser, die noch relativ frisch sein müssen, werden unter Beachtung der nötigen Vorsichtsmaßnahmen (Schutzbrille) erhitzt. Erfolgt das Erhitzen langsam und gleichmäßig, ergeben sich Sprünge, die über die gesamte Schale verteilt sind. Durch genaues Zeichnen des Musters der Sprünge lässt sich dann nach dem Erkalten der Schale die Lamellenstruktur rekonstruieren. 5. Hauptbestandteil der Schale: Gesammelte leere Häuser von möglichst unterschiedlich alten Schnecken werden in verdünnte Säure (z. B. Essigessenz) gelegt. Als Vergleichssubstanz eignet sich ein Stück Kalkstein. Leere Schneckenhäuser, die recht frisch sind, zersetzen sich durch aufgelagertes Conchiolin (chitinähnliche Substanz) relativ langsam. Werden Schneckenhausbruchstücke mit mehr oder weniger starken Verwitterungserscheinungen in verdünnte Säure gelegt, lösen sie sich unterschiedlich schnell auf. In der Auswertung der Reaktionsgeschwindigkeiten kann man die Bedeutung des Conchiolins erklären. Es kann die Frage bearbeitet werden: Warum büßen Schnecken bei saurem Regen ihr Gehäuse nicht ein? (Hinweis: Die Schalen sollten vor den Experimenten vom Lehrer mit einer Fett lösenden Substanz gereinigt werden.) Wirbellose Tiere 19 Unterscheidung der Wegschnecken Wegschnecken Fußsohle orange einfarbig Fußsohle nicht orange und nicht einfarbig bis 150mm lang Gartenschnecke Große Wegschnecke bis 70mm lang Braune Wegschnecke Seitenbinde 25 - 30mm lang 80 -150mm lang ca. 70mm lang meist dunkelgrau bis schwarz, selten dunkelbraun Pflanzenfresser einfarbig rot, braun oder schwarz bräunlich/gelb oder rötlich/gelb Allesfresser Pflanzenfresser Im Laub von Gärten, Parks und Wäldern lebend An feuchten Stellen im Unterholz, in Hecken und Gärten Im Laub und in Moospolstern von Laub- und Nadelwäldern Schülerbuch Seite 101 Von der Wellhornschnecke werden häufig leere Eiballen gefunden, die an den Strand gespült wurden. Die Schnecke ernährt sich hauptsächlich von Aas. Ihr röhrenförmiger Sipho spürt chemische Reize im Wasser auf. Größere Einsiedlerkrebse fressen sie, um ihr Gehäuse in Besitz zu nehmen. Das Gift der Kegelschnecken ist noch wirksamer als Morphium. Es ist in der Lage auch Menschen zu töten. In geringen Dosen wird es als Schmerzmittel eingesetzt. Nacktkiemer schützen sich vor Feinden, indem sie giftige Tiere (z B. die Portugiesische Galeere) fressen, um so Giftzellen aufzunehmen. Viele sind mit seitlichen, flügelartigen Lappen versehen und sehr farbenprächtig, daher auch der Name „See-Schmetterlinge“. Einige Meeres-Nacktschnecken weisen unter bestimmten Bedingungen Kalknadeln zur Verstärkung ihres weichen Körpers auf. Gehäuse einheimischer Süßwasserschnecken Sumpfschnecke (6 Umgänge, bis 30 mm) Kleine Schlammschnecke (5– 6 Umgänge, 7–9 mm) Spitzschlammschnecke (7 Umgänge, 45–60 mm) Ohrförmige Schlammschnecke (4 Umgänge, 25 –35 mm) 20 Wirbellose Tiere Posthornschnecke (5 Umgänge,10 –14 mm) Schülerbuch Seite 102 Beschreibe den Weg des Atemwasserstroms mithilfe von Abb. 2. — Die Miesmuschel strudelt Wasser durch die Einströmöffnung in die Mantelhöhle ihres Körpers. Spezielle Wimpern filtrieren Nahrung aus dem Atemwasser. Das Wasser fließt weiter an den Kiemen vorbei und gelangt durch die Ausströmöffnung wieder nach außen. Miesmuscheln haben eine wirtschaftliche Bedeutung. Welche kann das sein? — Miesmuscheln werden gegessen und zur Perlenerzeugung verwendet. Vergleiche die Baupläne von Weinbergschnecke und Miesmuschel. Suche Unterschiede und Gemeinsamkeiten. — Gemeinsamkeiten: Schale oder Haus aus Kalk, Fuß, Mantel, Eingeweidesack. Unterschiede: Bei der Weinbergschnecke liegt ein einteiliges Gehäuse vor. Sie hat einen Kopf mit Radula. Die Miesmuschel hat eine zweiklappige Schale und weder Kopf noch Radula. Gibt es Arten, die du lieber in ein neues „Reich“ einordnen würdest? Nenne Gründe. — Kammkoralle, Blaugrünes Bakterium, Purpurbakterium, Blauschimmel: Die Pflanzen bzw. Tierkriterien treffen nicht zu. Schülerbuch Seite 107 Ordne zwei Tierarten, den Maikäfer und die Weinbergschnecke, in das System der Lebewesen ein, indem du ihnen die entsprechenden wissenschaftlichen Kategorien von der Art bis zum Reich zuweist (analog zur Einordnung der Wildkatze). Schlage dazu evtl. in einem Bestimmungsbuch nach. Wo trennen sich deren Stammeslinien. — siehe Tabelle Kategorie Maikäfer Weinbergschnecke Reich Tiere Tiere Unterreich Vielzeller Vielzeller Abteilung Gewebetiere Gewebetiere Stamm Gliederfüßer Weichtiere Schülerbuch Seite 103 Klasse Insekten Schnecken Stelle in einer Tabelle Gemeinsamkeiten und Unterschiede von Schnecken, Muscheln und Kopffüßern zusammen. — siehe Tabelle Ordnung Käfer Lungenschnecken Familie Marienkäfer Stielaugenschnecken Merkmal Schnecke Muschel Tintenfisch Gattung Coccinella Helix Kalkschale einteilig zweiklappig Schulp Art H. pomatia Gliederung Kopf, Fuß, Mantel, Rumpf, Eingeweidesack Fuß, Mantel, Rumpf Kopf, Fuß, Mantel, Eingeweidesack C. septempunctata Atmung „Lunge“, Kiemen Kiemen Kiemen Nahrungsaufnahme Radula, Oberkiefer Atemwasser Schnabelkiefer, manchmal Radula Sinne Augen, Geschmack, Geruch, Tastsinn, kein Gehör (Augen), Geschmack, Tast-sinn, kein Gehör Linsenaugen, Geschmack, Tastsinn, kein Gehör Kreislauf Herz, offener Kreislauf Herz, offener Kreislauf Herz, fast geschlossener Kreislauf Schülerbuch Seite 104 Betrachte zunächst nur die Abbildungen dieser Seite und versuche, die vorgestellten Lebewesen dem Tier- bzw. Pflanzenreich zuzuordnen. — Durch rein äußerliche Merkmale würde möglicherweise z. B. die Kammkoralle bei den Pflanzen eingeordnet werden. Lies dann die kurzen Beschreibungen und entscheide nochmals. Begründe die Zuordnung. — Beispielsweise Kammkoralle: Weder Pflanze, da keine Fotosynthese, noch Tier, da Ernährung und Vermehrung tieruntypisch. Entscheide und begründe, ob es sich bei den folgenden Variationen innerhalb einer Art um individuelle Unterschiede aufgrund von Umweltfaktoren oder um Unterschiede in den Erbanlagen handelt: a) Muskulöser Mann —Schmaler, untrainierter Mann b) Gelbgrüner Wellensittich — Blauer Wellensittich c) Buche mit grünen Blättern —Zuchtform der Blutbuche mit roten Blättern d) Kräftiger Salat in gedüngtem Boden — Kümmerlicher Salat in ungedüngtem Boden Diskutiere, in welchen Fällen auch eine Kombination aus vererbten und erworbenen Faktoren denkbar wäre. — Individuelle Veränderung: a) Grund: Training, d) Grund: Mineralstoffzufuhr Unterschiede in Erbanlagen: b), c) Merkmale jeweils von Geburt an Kombination möglich: a) evtl. auch unterschiedliche Veranlagungen zum Muskelaufbau bei Menschen Wirbellose Tiere 21 Evolution Schülerbuch Seite 111 Erläutere den Befund, dass wesentlich mehr Fossilien von Meerestieren als von Landlebewesen gefunden werden. — Das Verschütten toter Organismen durch Sedimentation ist im Meer häufiger als das Verschwinden der Reste durch Aasfresser: — ständiges Absinken feinen Materials — zufälliges Verschütten — weniger Aasfresser durch Sauerstoffmangel — viele Aasfresser — große Wasserfläche — (meist) kleine Landfläche Informiere dich im Internet über die Nutzung der Grube Messel durch den Menschen im Laufe der letzten 200 Jahre. — Seit 1859 Abbau von Ölschiefer, Eisenerz und Braunkohle — Im Zeitraum zwischen 1884 und 1963 wurden 20 Millionen Tonnen Ölschiefer abgebaut. Beim „Verschwelen“ wurden Öl und Schiefer getrennt, Teer, Paraffin, Benzin und Dieselöl gewonnen. („Messeldiesel“) — 1971-91 Planungen zur Einrichtung einer Mülldeponie — seit 14.6.1991 Eintrag als Boden- und Kulturdenkmal — seit 12.1995 erste Naturerbestätte Deutschlands, in die Liste des Weltkulturund Naturerbes der UNESCO Schreibe eine Geschichte zu den letzten Minuten im Leben eines Urpferds. Achte dabei auf mögliche Gründe für das Verenden im See. — Aufsuchen des Sees: Uferstreifen mit Pflanzennahrung, Trinkwasser — Versinken im Wasser: Ausrutschen, Flucht vor Räubern, giftiges Wasser, betäubendes Gasgemisch (z.B. hoher Kohlenstoffdioxidgehalt) Analysiere das nebenstehende Spurenbild im Hinblick auf die im Text angesprochenen Fragestellungen. — Alt- und Jungtier, erkennbar an Abdruckgröße und Abstand der Abdrucke, bewegen sich in der gleichen Richtung nach oben — ein größeres Tier trifft von links auf die beiden — nicht genauer unterscheidbares Spurengewühl — das größere Tier bewegt sich nach links oben weiter — das Alttier bewegt sich nach oben weiter, die Schrittlänge ist größer als vor dem Zusammentreffen — mögliche Interpretation: Alt- und Jungtier werden von einem Räuber angegriffen, der sich das Jungtier schnappt. Das Alttier kann entkommen und flieht schnell. Es könnte auch Kannibalismus vorliegen, da die Spuren alle demselben Typ zuzuordnen sind. Das gemeinsame Auftreten von Alt- und Jungtier könnte auf Brutpflege hinweisen. 22 Evolution Erstelle eine erdgeschichtliche Tabelle mit den folgenden vier Spalten: Periode, Beginn (vor Mio. Jahren), Herkunft des Namens sowie Tier- und Pflanzenwelt. Nutze die Lehrbuchseiten und recherchiere zusätzlich in Lexika und Internet. — siehe Tabelle auf Seite 23 Schon griechische Landwirte der Antike wunderten sich, dass sie beim Pflügen in bergigem Gelände auf Steine mit Fischabdrücken stießen. Beschreibe den Weg eines solchen Fossils vom Leben im Meer bis zum Fund im Gebirge. — Sterben und Absinken → Sedimentation → weiteres Überschütten und Absinken der Schichten in tiefere Bereiche → zunehmender Druck und höhere Temperaturen pressen Material zu Sedimentschicht → durch Bewegung der Erdplatten kommt es zu einem Hochheben des Materials → Gebirgsbildung → Erosion gibt eingeschlossene und stark umgeformte Fossilien frei Schülerbuch Seite 113 Liste tabellarisch die Reptilien- und Vogelmerkmale von Archaeopteryx auf. — siehe Tabelle Seite 24 oben Informiere dich über die Brückenformen Cynognathus, Eusthenopteron, Ginkgo, Ichthyostega. Stelle jeweils tabellarisch die Daten übersichtlich zusammen: erdgeschichtliche Periode, verknüpfte Organismengruppen mit den jeweiligen Merkmalen, Lebensweise und Lebensraum, . . — siehe Tabelle Seite 24 unten Nach DARWIN sind „lebende Fossilien“ Lebewesen, die wie Fossilien verschiedene, gegenwärtig weit voneinander getrennte „Ordnungen“ verbinden. Erörtere im Hinblick auf diese Definition die Zuordnung der Quastenflosser zu den „lebenden Fossilien“. — Quastenflosser zeigen Merkmale mehrerer Tiergruppen: — Fischmerkmale: Kiemen, Flossenfläche, Schwanzflosse — Amphibienmerkmal: Lunge, Flossenstiel als Arm- bzw. Beinskelett, Kreuzgang Schülerbuch Seite 115 Vergleiche mithilfe der Abb. 1 den Skelettaufbau der Füße von Tapir, Nashorn und Pferd und beschreibe ihn im Sinne einer homologen Ausbildung. — Dass die Füße der Vorderextremitäten der abgebildeten Säugetiere homolog sind, erkennt man am gemeinsamen Bauplan, bestehend aus Wußwurzelknochen, Mittelfußknochen und drei Zehenknochen. Die Abbildung dieser homologen Organe besteht vor allem in der Anzahl der Zehen. Beim Tapir sind vier Zehen, beim Nashorn drei, beim Pferd noch eine Zehe. Die Abbildung zeigt, dass bei Pferden (gelegentlich) eine weitere Zehe ausgebildet werden kann. Periode Beginn (vor Mio. Jahren) Herkunft des Namens Pflanzenwelt Tierwelt Quartär 2,3 vierte Erdepoche Blütenpflanzen Formen des Menschen Tertiär 65 dritte Erdepoche Blütenpflanzen Insekten, Knochenfische, Haie, Entwicklung der Vögel und Säugetiere (große Formen), Vorfahren des Menschen Kreide 130 Kreidefelsen (Südengland, Nordfrankreich) Baumfarne, Ginkgos, Nadelbäume, Farne, strauchartige Blütenpflanzen Insekten, Dinosaurier, Riesenammoniten Jura 205) Juragebirge in der Schweiz, Frankreich und Deutschland Palmfarne, Ginkgo, Nadelbäume, Farne, Schachtelhalme Dinosaurier, Archaeopteryx, Ammoniten, Seelilien Trias 245 Dreiteilung von Sedimentschichten in Buntsandstein, Muschelkalk und Keuper Ginkgo, Farne, Baumfarne, Schachtelhalme viele Reptilienformen (u. a. Dinosaurier), erste Säugetiere Perm 290 Stadt im Ural Samenfarne Reptilien, Vorläufer der Säugetiere Karbon 360 weltweit verbreitete Kohleflöze Farnwälder, Bärlapppflanzen und Schachtelhalme Seelilien, geflügelte Insekten, Spinnentiere, Strahlenflosser, Amphibien, erste Reptilien Devon 400 britische Grafschaft Devonshire Moose, Bärlapppflanzen, Pilze Schnecken, Muscheln, Tintenfische, ungeflügelte Insekten, Panzerfische, Lungenfische, erste Landwirbeltiere Silur 420 keltisches Volk in Wales Moose, erste Pflanzen mit Leitungsgefäßen (Cooksonia) Schnecken, Muscheln, Tintenfische, Trilobiten, Seesterne, Kieferlose, Kiefermäuler als Wirbeltiervertreter Ordovizium 495 keltisches Volk in Wales erste einfache Landpflanzen Trilobiten, Armfüßer, Schnecken, Tintenfische, Pfeilschwanzkrebse, kieferlose Wirbeltiere, erste Süßwassertiere Kambrium 530 lateinischer Name für Wales Blaugrünbakterien, freischwebende Algen (Plankton) Vertreter aller wirbellosen Stämme, Ringelwürmer, Gliederfüßer, Trilobiten Erdurzeit 3800 Eubakterien (darunter Cyanobakterien), Archaebakterien, ursprüngliche Einzeller und einfache Kolonien Lösung zu Seite 111, Aufgabe 5 Vergleiche den Skelettaufbau der Füße von Pferd und Rind. Inwiefern ist der Grad der Homologie geringer als im Beispiel der Aufgabe 1? — Bei den Organismen der Abbildung 1 ist jeweils eine Zehe deutlicher ausgebildet als die übrigen. Damit ist eine Reihe abgestufter Ähnlichkeit vom Tapir über das Nashorn zum Pferd erkennbar. Das Rind hingegen besitzt zwei gleichwertig ausgebildete Zehen, passt also nicht in diese Homologiereihe. Die Ähnlichkeiten zwischen Vogel- und Fledermausflügel können je nach Betrachtungsweise als analog oder homolog beschrieben werden. Analysiere diese Aussage durch die Betrachtung des Skelettanteils bzw. der Flügelbildung. — Homologie liegt vor bei der Betrachtung des knöchernen Skelettaufbaus. Analogie liegt vor bei der gleichartigen Ausgestaltung der Flügel, die bei Vögeln von Federn und bei Fledermäusen von Hautfalten gebildet werden. Sind die hoch spezialisierten Fangorgane der räuberisch lebenden Arten Gottesanbeterin, Heuschreckenkrebs und Libellenlarve in Abb. 2 homologe oder analoge Organe? Begründe. — Das Fangbein der Gottesanbeterin und die Fangmaske der Libelle sind nicht homolog. Es sind verschiedene Organe bei Organismen, die denselben Grundbauplan zeigen. Bei der Libellenlarve sind die Mundwerkzeuge zum Fangorgan umgebildet, bei der Gottesanbeterin das erste Beinpaar. Das Fangbein des Heuschreckenkrebses ist noch homolog zum Fangbein der Gottesanbeterin. Der Bauplan der Beine der Krebse ist ungleich zum Bauplan der Insektenbeine (z. B. Gliederanzahl). In der Abbildung ist erkennbar, dass die Fangeinrichtung mit Borsten beim Krebs am letzten und vorletzten Beinsegment ausgebildet werden. Dagegen zeigt das Fangbein der Gottesanbeterin einen vielgliedrigen Fußabschnitt ohne derartige Fangborsten an den Enden; die Fangborsten sitzen an Schenkel und Schiene des Insektenbeines. Evolution 23 Reptilien Archaeopteryx Vögel Schädel Kiefer mit Zähnen schnabelförmiger Kiefer mit Zähnen Hornschnabel ohne Zähne Wirbelsäule aus frei beweglichen Wirbeln aus frei beweglichen Wirbeln, nicht starr mit Becken verwachsen Halswirbel beweglich, sonst starr miteinander und mit Becken verwachsen Schwanz lang; aus frei beweglichen Wirbeln lang; aus (mindestens 20) frei beweglichen Wirbeln kurz; Wirbel zum Schwanzknochen verwachsen Brustkorb vordere Rippen mit Brustbein verwachsen (Brustbein fehlt bei Schlangen); hintere frei endend (z.T. „Bauchrippen“) Rippen frei beweglich; kein verknöchertes Brustbein, statt dessen „Bauchrippen“ (längsverlaufende Knochenspangen in Bauchdecke) alle Rippen mit Brustbein verwachsen; breiter Brustbeinkamm Vordergliedmaßen Elle und Speiche sowie Mittelhandknochen fünf Finger mit Krallen Flügel; drei Finger mit Krallen Flügel; Zahl der Handknochen reduziert und z.T. verwachsen; drei rückgebildete verwachsene Finger ohne Krallen Hintergliedaßen Schien- und Wadenbein sowie Mittelfußknochen nicht verwachsen; fünf freie Zehen mit Krallen Mittelfußknochen zu „Lauf“ verlängert, aber nicht verwachsen; Schien- und Wadenbein nicht verwachsen; vier Zehen mit Krallen, eine nach hinten gerichtet Schien- und Wadenbein verwachsen; Mittelfuß- und Teil der Fußwurzelknochen zu „Lauf“ verwachsen; vier Zehen mit Krallen, eine nach hinten gerichtet Körperbedeckung Hornschuppen Federn z.T. Hornschuppen (z.B. an den Füßen) Federn; z.T. schuppenartig an Füßen Lösung zu Seite 113, Aufgabe 1 Periode verknüpft Cynognathus (Hundekiefer) Trias Reptil echsenähnlicher Körper, kürzerer Schwanz Säuger Gebiss mit mehreren Zahnformen, evt. warmblütig (Fell?) und lebendgebärend Eusthenopteron „Fisch mit Beinen“) Devon Fisch Kieme und Lunge Vierbeiner kräftiges Flossenskelett Ginkgo (Farnfächerblattbaum) Perm Palmfarn begeißelte Spermien Nacktsamer frei liegender Samen Pflanze autotroph umweltresistenter Stadtbaum Ichthyostega Devon Fisch fehlender Hals, Schwanz mit Flossensaum, Reste von Knochenschuppen, Kiemen Vierbeiner kurze kräftige Extremitäten, Schulter- und Beckengürtel, fünf Finger bzw. Zehen, Lungen Fleischfresser laufend und schwimmende Fortbewegung Gewässer und Festland Lösung zu Seite 113, Aufgabe 2 24 Evolution Lebensweise Lebensraum Fleischfresser, Jäger Südafrika, Südamerika Gewässer Schülerbuch Seite 117 Übertrage die Beobachtungen und Folgerungen auf das Schema des Evolutionsprozesses der Abb.1. Suche nach Möglichkeiten für die unterschiedliche Überlebensfähigkeit der Organismen. — Beobachtung 1 Zahl der Nachkommen zunächst jeweils größer als die der Elterngeneration. — Beobachtung 2 Zahl der nächsten Elterngeneration entspricht derjenigen der vorausgehenden. — Beobachtung 3 im Modell nicht direkt erkennbar — Folgerung 1 Durch Konkurrenz kommt es offensichtlich zu einer Verminderung der Nachkommenzahl, damit erreicht nur ein Teil die Elternrolle — Beobachtung 4 Die Tiere unterscheiden sich in der Körperfärbung. Beobachtung 5 — im Modell nicht direkt erkennbar, vgl. aber S. 118 — Folgerung 2 Eine bestimmte Färbung kann vorteilhaft sein. Die entsprechenden Tiere erreichen häufiger als die anderen das fortpflanzungsfähige Alter. Vorteile könnten liegen in der besseren Tarnung, einer besseren Energienutzung für die Körpererwärmung und damit höhere Aktivität der wechselwarmen Insekten, eine höhere Attraktivität bei der Balz — Folgerung 3 Damit ergibt sich im Laufe der Generationen eine Verschiebung der Häufigkeit in der Merkmalsverteilung, falls diese eine erbliche Grundlage besitzen. Erkläre die Entstehung der langen Hälse bei Giraffen mithilfe der Randspaltenabbildung auf Seite116 im Sinne der Evolutionstheorie DARWINS. — In einer Gruppe von Giraffen haben die Tiere Hälse mit geringen Unterschieden in der Länge. Bei einer Verknappung der Nahrung (etwa durch schlechtere Wuchsbedingungen für die Pflanzen bei Trockenheit, hohe Anzahl an Giraffen, große Konkurrenz durch andere Pflanzenfresser) können diejenigen überleben, die trotzdem noch an die Blätter gelangen. Lange Hälse sind hierbei von Vorteil. Entsprechende Tiere können sich noch fortpflanzen oder als Weibchen genügend fressen, um Jungtiere zu säugen. Wenn das Merkmal Halslänge eine erbliche Grundlage besitzt, so werden unter den Jungtieren mehr Tiere mit langen Hälsen sein. Einige Tiere besitzen dabei auch längere Hälse als die Ausgangsformen. Der Prozess kann erneut ablaufen. Im Wettlauf zwischen Räuber und Beute gilt es, schneller als der andere zu sein. Schildere das zugrunde liegende Evolutionsgeschehen. — Beutetiere bewegen sich schneller fort … nur schnellere Räuber können noch Beute schlagen und sich fortpflanzen … nur die schnellsten Beutetiere können überleben und bekommen Nachkommen … schnellere Räuber … schnellere Beute Finde weitere Möglichkeiten, wie ein Beutetier seinen Räubern entkommen könnte. — Wichtig ist es hier den Fokus der Schüler auf verschiedene Denkrichtungen zu lenken: — Zugewinn an Schnelligkeit — Möglichkeiten sich zu wehren — bessere Klettermöglichkeit — bessere Versteckmöglichkeit — leistungsfähigere Sinnesorgane für frühere Erkennung — wenig attraktiver Geschmack — Giftigkeit. Schülerbuch Seite 118 Trage Möglichkeiten zusammen, wie sich Regenwürmer, Weinbergschnecken, Honigbienen oder Grasfrösche unterscheiden können. — Die Antworten können nur Denkrichtungen aufzeigen: — Regenwürmer: Kriechfähigkeit, Grabfähigkeit, Verwertung von Nahrung — Weinbergschnecken: stabileres Gehäuse für den Rückzug, bessere Raspelzunge, bessere Sinnesorgane für das Auffinden der Nahrung, Entgiftungsmöglichkeit bei gefährlichen Pflanzeninhaltsstoffen — Honigbienen: Erkennen ergiebiger Blüten, Wiedererkennen ergiebiger Blüten, Verbesserung der Sammeltätigkeit (größere Transportkapazität, schnelleres Einsammeln), besseres Flugvermögen — Grasfrösche: besseres Sprungvermögen, bessere Tarnung, Ungenießbarkeit durch Giftsubstanzen in der Haut, bessere Schleuderzunge, lautere Stimme zum Abgrenzen des Reviers bzw. Anlocken der Weibchen, Produktion von mehr Eiern, Produktion größerer Eier, Ablage der Eier an geschützten Stellen Die dunklen Formen des Zweipunkts sind im nördlichen Europa häufiger. Erkläre. — Für die wechselwarmen Insekten ist ein schnelleres Aufwärmen des Körpers nach einer Nacht oder bei kühler Witterung von Bedeutung. Dunkle Tiere werden dabei schneller erwärmt, da dunkel Gefärbtes das Licht besser aufnimmt und in Wärme umwandelt. Erstelle in einer Tabelle die Kombinationsmöglichkeiten bei 3, 4, 5, ... Merkmalen. — Vereinfacht wird davon ausgegangen, dass jedes Merkmal nur in zwei Varianten auftritt. — 1 Merkmal: a, b (= 2 Möglichkeiten) — 2 Merkmale: aa, ab, ba, bb (= 4 Möglichkeiten) Evolution 25 — 3 Merkmale: aaa, aab, aba, baa, abb, bab, bba, bbb (= 8 Möglichkeiten) — 4 Merkmale: aaaa, aaab, aaba, abaa, baaa, aabb, abba, abab, bbaa, baab, baba, bbba, bbab, babb, abbb, bbbb (= 16 Möglichkeiten) — 5 Merkmale: (= 32 Möglichkeiten) allgemein: Anzahl der Varianten Anzahl der Merkmale Schülerbuch Seite 119 In der Regel sind Tiere nicht gleichmäßig gefärbt, sondern zeigen ein Fleckenmuster. Erläutere den Vorteil. — Fleckenmuster sind besser für eine Tarnung, die Körperform wird in einzelne Farbflecken aufgelöst und damit verschwindet der Körper in der Umgebung, die auch „fleckig“ ist. Bei Fischen ist die Körperoberseite oft dunkler gefärbt als die Körperunterseite. Ähnliches stellt man bei Greifvögeln fest. Bringe diese Tatsache in Verbindung mit dem Phänomen der Tarnung! — Beim Blick in das Wasser von oben heben sich dunkle Tiere vom dunklen Boden weniger ab. Ein Blick aus dem Wasser gegen die helle Oberfläche entdeckt helle Tiere schlechter. Ähnliches gilt für sitzende oder fliegende Greifvögel. Das Prinzip der Gegenschattierung wird auch beim Militär beachtet. Beschreibe an einem der vorgestellten Beispiele die Erklärung im Sinne der Darwin‘schen Evolutionstheorie! — Schmetterlingsraupen unterscheiden sich in der Grundfarbe, im Grad der Fleckung und in der Fähigkeit, längere Zeit unbeweglich zu verharren. Beim Suchen nach Nahrung finden Fressfeinde zunächst die auffälligeren Tiere. Nur noch die besser Getarnten können sich verpuppen und als Geschlechtstiere fortpflanzen. Auch unter ihren Nachkommen treten neue Varianten auf: die Fleckung kann noch unauffälliger machen, Farbmuster können Knospen oder auch abgebrochene Zweigstücke vortäuschen. Tiere, die sich auf Grund ihres erblichen Verhaltensprogramms auch in den „richtigen“ Bereichen aufhalten, werden später oder gar nicht mehr entdeckt. Sie können wieder geschlechtsreif werden und sich fortpflanzen. Recherchiere Beispiele für Tarnen und Warnen aus dem Bereich der Wirbeltiere — Die folgende Auflistung kann nur einige Beispiele zeigen: Tarnen: — grün gefärbter Laubfrosch auf Blättern — geflecktes Gefieder bei Vögeln — Pfahlstellung der Rohrdommel — Steppentiere mit Fleckung bei brauner Grundfarbe Warnen: — Alpensalamander — Gelb- und Rotbauchunke — kräftige Färbung von Baumsteigerfröschen 26 Evolution Schülerbuch Seite 120/121 Steht das geografische Verteilungsmuster der hellen und dunklen Formen mit der Tarnüberlegung in Einklang? — Die Verteilung entspricht der Tarnüberlegung. Durch die vorherrschenden Winde werden die Abgase aus den nordwestlich gelegenen Industriegebieten (Manchester, Birmingham) in die hauptsächlich betroffenen Gebiete transportiert. Erstelle eine Hypothese für den Ausgang des Experiments. — Hypothese: In den industrienahen Gebieten werden mehr helle Formen gefressen als in industriefernen. Beschreibe das Versuchsergebnis in der Grafik oben. Bewerte die Aussagen im Hinblick auf deine Hypothese. — Zwei Beobachtungen: Im ländlichen Dorset werden mehr dunkle Formen gefressen als im Bereich Birmingham. In Dorset werden insgesamt mehr Schmetterlinge gefressen als im Bereich Birmingham. Die erste Beobachtung stimmt mit der Hypothese überein, die zweite Beobachtung bedarf einer weiteren Klärung. Vergleiche die Gesamtzahlen der gefressenen Tiere und schlage zwei unterschiedliche Erklärungen vor. — Im ländlichen Dorset gibt es mehr insektenfressende Vögel als bei Birmingham. Die Vögel im Raum Dorset kennen das Beutemuster besser als die aus dem Raum Birmingham. Die Wissenschaftler haben unterschiedlich viele Tiere frei gelassen. Ergeben sich Widersprüche zur Bestimmung der Fressraten? — Die Werte der gefressenen Tiere zu denen der Wiederfänge verhalten sich reziprok. Es ist kein Widerspruch erkennbar. Beurteile die Bedeutung der Beobachtungen für das anfangs aufgestellte Erklärungsmuster. — Mit der abnehmenden Schwefeldioxidkonzentration können wieder mehr Flechten wachsen, die Baumstämme werden heller und fleckiger. Damit sind die dunklen Formen schlechter getarnt und werden bevorzugt gefressen. Versetze dich in die Rolle eines unerfahrenen Stars und spiele alle denkbaren Reihenfolgen an Fressereignissen durch. Erläutere den Zusammenhang zwischen Experiment und dem Phänomen Mimikry. — Fressereignisse: 1 A (grün und bitter) B (grün und genießbar) C (orange und genießbar) 2 A (grün und bitter) C (orange und genießbar) B (grün und genießbar) 3 B (grün und genießbar) A (grün und bitter) C (orange und genießbar) 4 B (grün und genießbar) C (orange und genießbar) A (grün und bitter) 5 C (orange und genießbar) A (grün und bitter) B (grün und genießbar) 6 C (orange und genießbar) B (grün und genießbar) A (grün und bitter) Für jede Kombination kann die Auswirkung auf das weitere Fressen bzw. Meideverhalten beurteilt werden: Nach einer Erfahrung mit A wird B eher gemieden. Eine Erfahrung mit B beeinflusst die Wahl für A nicht. Der Typ C hat keine Auswirkung auf das Fressen oder Meiden von A oder B. Ist A zahlreich, so tritt das Meideverhalten besonders deutlich auf. Nach den Ergebnissen des Experiments reicht dabei ein knappes Überwiegen (40 A zu 30 B). Für Mimikry ist es wichtig, dass das Vorbild häufiger auftritt als der Nachahmer. Berechne die Wahrscheinlichkeiten, auf eine wehrhafte Schlange zu treffen. Berechne die Wahrscheinlichkeit, auf eine harmlose Schlange zu treffen. Erkläre die unterschiedliche Wahrscheinlichkeiten als Ergebnis des Evolutionsgeschehens. — Die Wahrscheinlichkeit berechnet sich nach dem Muster: zutreffende Fälle / Gesamtzahl Der harmlose Nachahmer hat nur dann einen Vorteil, wenn er seltener auftritt als das gefährliche Vorbild. 1950 1951 1952 1953 19501953 wehrhaft 0,70 0,77 0,73 0,76 0,74 harmlos 0,30 0,23 0,27 0,24 0,26 Worin könnte die Wirkung des plötzlich präsentierten Flügelmusters liegen? — Das Muster könnte an einen Fressfeind erinnern, die rundlichen Flecken wirken als „Augen“, deren Abstand auf einen relativ großen Körper hindeutet. Dadurch wird ein herum suchender „kleiner“ Beutegreifer plötzlich mit einem größeren und auch für ihn gefährli- chen Fressfeind konfrontiert, er „erschrickt“, d. h. lässt von der möglichen Beute ab und flieht. Zumindest orientiert er sich genauer, einen Zeitraum, den der Schmetterling zur eigenen Flucht nutzen kann. Das Experiment zeigt, dass die Perfektion der vorgetäuschten Augen von Bedeutung ist. Schülerbuch Seite 123 Vergleiche mithilfe des Textes und den Abbildungen die Merkmale von Mensch und Schimpanse. Stelle sie in einer Tabelle gegenüber. — siehe Tabelle auf Seite 28 oben Schülerbuch Seite 124 Bei Fußspuren lassen sich die Gewichts- und Kraftverlagerung durch die Eindrucktiefe bestimmen. Vergleiche die Fußabdrücke eines modernen Menschen mit der 3,5 Mio. Jahre alten Spur von Laetoli. — Die Muster weisen große Ähnlichkeiten auf. Bei der Laetoli-Spur scheint der Mittelfuß den Boden noch stärker zu berühren als beim modernen Menschen. Außerdem ist ein deutlicherer Abstand der großen Zehe von den übrigen Zehen zu erkennen. Schülerbuch Seite 128 Erkläre den in Abbildung 1 dargestellten Zusammenhang. — Der Reflexionsgrad der Haut und damit die Stärke der Pigmentbildung sind abhängig von der mittleren Intensität der UV-Einstrahlung. Recherchiere mithilfe verschiedener Quellen den aktuellen Stand eines möglichen Stammbaums des Menschen. Schülerbuch Seite 132/133 Stelle grafisch, evtl. in einer mind-map, die Zusammenhänge folgender Begriffe dar: Evolution, Selektion, Darwin, Variabilität, Anpassung, Fortpflanzung, Zahl der Nachkommen, Knappheit, Erbinformation. Ergänze mit weiteren Begriffen. — s. Abb. Seite 28 Mitte Berechne in vergleichbarer Weise die Nachkommen eines Rattenpärchens. Gehe dabei von folgenden Annahmen aus: Ratten werden mit 4 Monaten geschlechtsreif, die Tragzeit beträgt vereinfacht 30 Tage. Jeder Wurf umfasst eine mittlere Nachkommenzahl von 8 Tieren, wovon 4 Weibchen sind. Diese bekommen bis zu einem Lebensalter von 2 Jahren Nachkommen. Berechne die gesamte von einem Pärchen abstammende Zahl an Nachkommen nach einem Jahr. Wann hat die theoretische Nachkommenzahl diejenige der Elefanten erreicht? Vergleiche vereinfacht mit der Vermehrungskurve der Bakterien auf Seite 25. — siehe Abbildung Seite 28 unten und 29 oben Evolution 27 Schimpanse Mensch Wirbelsäule c-förmig Deutung: tragende Bogen-Sehnen-Konstruktion doppelt-s-förmig Deutung: aufrechter Gang Becken hoch, flach, schmal breit, schaufelartig Deutung: Becken trägt die Eingeweide und den Fetus Glliedmaßen Arme länger als Beine; Klammerhand, Greiffuß; Beine angewickelt Deutung: hangelndes Klettern; Schwerpunkt unter der Standfläche Beine länger als Arme; Daumen opponierbar; Beine gestreckt Deutung: Werkzeuggebrauch; Schwerpunkt über der Standfläche Schädel Hirnschädel flach; Überaugenwülste; Schnauze; fliehendes Kinn; Hinterhauptsloch hinter Schädelschwerpunkt Deutung: Hirnvolumen um 4000 cm3; starke Nackenmuskulatur Hirnschädel groß und gewölbt Deutung: Hirnvolumen 1400 cm3; Kopf ausbalanciert Gebiss starke Eckzähne passen in „Affenlücke“; Zahnbogen U-förmig Deutung: Gebiss als Waffe Eckzähne nicht größer; Zahnbogen V-förmig Lösung zu Seite 123, Aufgabe 1 Darwin begründet Evolutionstheorie erklärt Evolution beruht auf Erbinformation bestimmt Variabilität Selektion führt zu Knappheit zeigt sich in erhöht Zahl an Nachkommen bedeutet über Generationen Fortpflanzung Überlebensfähigkeit Anpassung Lösung zu Seite 132, Aufgabe 1 Zeit (Tage) 0 30 60 90 120 150 180 210 240 270 300 330 360 Summe 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8 32 32 32 32 32 32 128 32 128 128 32 32 32 32 32 32 128 32 32 32 32 32 Lösung zu Seite 132, Aufgabe 2 28 Evolution 32 32 32 32 8 8 8 8 8 8 8 8 32 8 32 32 8 32 32 32 8 32 32 32 32 32 32 128 32 32 32 32 32 32 32 32 32 8 8 8 8 8 8 8 32 8 32 32 8 32 32 32 8 32 32 32 32 32 32 32 32 32 8 8 8 8 8 8 32 8 32 32 8 32 32 32 8 32 32 32 32 8 8 8 8 8 32 8 32 32 32 8 32 32 32 32 32 8 32 32 32 8 8 8 8 8 8 32 8 32 32 8 8 8 8 8 8 32 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8 2 10 18 26 34 42 82 154 258 394 562 890 1506 Beschreibe die Gleitvorrichtungen der Arten a — d. Aus welchen Körperteilen sind sie jeweils entstanden? Sind diese Gleitvorrichtungen homolog zueinander? Begründe. — siehe Tabelle Anzahl der Ratten Anzahl 1500 Tier Gleitflugeinrichtung gebildet aus . . . 1000 Flugfisch (Gattung Exocoetus) Brustflossen 500 Flugfrosch (Gattung Polypedatus) Schwimmhäuten zwischen Fingern und Zehen Flugdrache (Gattung Draco) verlängerte abspreizbare Rippen und Haut Flughörnchen (Gattung Pteromys) Hautlappen zwischen Vorder- und Hinterbeinen, sowie Hautlappen zwischen den Hinterbeinen 0 0 90 180 270 360 Tage Lösung zu Seite 132, Aufgabe 2 Stelle in einer tabellarischen Übersicht die Längen der Giraffenhälse dar, die in verschiedenen Schichten zu erwarten sind, wenn die Grundaussagen der Evolutionstheorie zutreffen sollen. Berücksichtige dabei auch, dass zu einem Zeitpunkt stets mehrere Giraffenindividuen lebten. — siehe Tabelle Halslänge Schichtenfolge kurz etwas länger mittellang noch länger sehr lang x xxxxx x xxxx xx xxxx x xx xxx xx xx xx x xx xx x x überlang — x x xxx x x xx xx x xx xx xx xxx x xx xxx xx x xxxx x x — x steht (vereinfacht) für ein Tier — Die Gleitflugeinrichtungen sind analog zueinander, da aus jeweils anderen Teilen des Körpers die auftriebgebenden großflächigen Strukturen gebildet werden. Der stark verlängerte Finger der Flugsaurier diente zum Aufspannen einer Flughaut. Ist die Vorderextremität der Flugsaurier zu der anderer Wirbeltiere homolog? Begründe. Ist sie den Flugorganen der Fledermäuse bzw. den Gleitvorrichtungen aus der Abb. homolog? Begründe. Die Vorderextremität der Flugsaurier ist homolog zu den Vorderextremitäten anderer Wirbeltiere. Flugsaurier sind Wirbeltiere und der Bauplan ihrer Extremitäten entspricht mit Oberarm, Unterarm, Handwurzelknochen, Mittelhandknochen sowie den fünf Fingern grundsätzlich dem Bauplan der Wirbeltierextremitäten. Als Flugeinrichtung ist die Vorderextremität der Flugsaurier zu den Flügeln der Fledermäuse und den Gleitflugeinrichtungen der abgebildeten Wirbeltieren analog. Nur bei Flugsauriern spannte sich die Flughaut zwischen einem Finger und Körper auf. Bei allen anderen Tieren sind andere oder weitere Strukturen am Aufbau der auftriebgebenden Flächen beteiligt. Erläutere anhand der drei Funde den Begriff der Homologie. Kriterium der Lage und das der Zwischenformen sind anwendbar. Gleichzeitig bestehen alle Strukturen aus Knochen, entsprechen sich somit auch in der spezifischen Qualität. Wie könnten die Vordergliedmaßen eines Tieres ausgesehen haben, das zwischen Pakicetus und Dorudon einzuordnen ist? Erläutere. Ober- und Unterschenkel sind kürzer als bei Pakicetus, sie erlauben aber noch ein Laufen zumindest in Flachwasserbereichen. Die Zehen sind verlängert, tragen aber noch Hufe und ermöglichen sowohl Laufen als auch Schwimmen (größere Flossenfläche). Evolution 29 Schildere einen denkbaren Weg, der die Veränderungen im Sinne der Evolutionstheorie DARWINS über viele Jahrmillionen hin beschreibt und den Wandel von einer Pflanze mit großen schmackhaften Blättern zu einem dornigen Gewächs nachzeichnet. Achte dabei auch auf die Überlebensfähigkeit der Pflanze. — Blätter können ihre Blattfläche verkleinern, eine derbere und härtere Oberfläche bekommen, an den Blatträndern kleine Dornspitzen ausbilden. Als Ausgleich für den Verlust an Assimilationsfläche müssen andere Pflanzenteile (Sprossachse) die Fotosyntheseaufgabe mit übernehmen. Interpretiere diese Merkmalskombination im Sinne der Evolutionstheorie. — Die dunkle Haut liefert einen selektiven Vorteil für die Aufrechthaltung der Körperwärme: Lichtenergie der Sonne kann in Wärmeenergie der Haut und damit des Körpers umgewandelt werden. Die Tarnung bleibt durch die hellen Haare erhalten. „Der weiße Eisbär kann leichter Beute machen, da er sich der Umgebung anpasst“. Nimm kritisch Stellung. — Die Tarnfarbe hilft sicherlich beim Verbergen in der Umgebung und lässt eine bessere Annäherung an die Beute zu. Allerdings „passt sich“ der Eisbär nicht an. Weniger unpassende Tiere konnten weniger oder gar keine Beute machen, hatten weniger Fortpflanzungserfolg oder sind gar verhungert. Damit konnten sich nur die besser angepassten Tiere fortpflanzen. Bei genauer Untersuchung des Mimikry-Phänomens findet man oft, dass sich nicht nur wehrhaftes Vorbild und harmloser Nachahmer gleichen, sondern mehrere untereinander ähnliche wehrhafte Vorbilder existieren. So sondern alle Wanzen bei Berührung unangenehme Flüssigkeiten ab. Erläutere den Vorteil durch solche „Mimikrykreise“. — Mimikrykreise verstärken die Bedeutung des Vorbilds. Eine negative Erfahrung mit der Tierart A schützt die Tiere der anderen Arten bereits vor einer ersten Begegnung mit einem Fressfeind. Zunächst könnte man die Ähnlichkeit als homolog bezeichnen. Schließlich sind Vorbild und Nachahmer Insekten. Dennoch liegt ein typisches Beispiel für Analogie vor. Erkläre das Entstehen der analogen Formen. — Homologie würde bedeuten, dass die Arten von einem gemeinsamen Vorfahren abstammen, der dieses Farbmerkmal bereits besaß. Da es genügend anders gefärbte Wanzen, z. B. auch solche mit Tarnfärbung gibt, die trotzdem unangenehme Flüssigkeiten absondern, sind die Färbungen eher als Mimikrykreis zu verstehen und deuten auf Analogie. Die Familienzugehörigkeit ergibt sich wie folgt: Feuerwanze: Pyrrhocoridae (Feuerwanzen) Ritterwanze: Lygaeidae (Bodenwanzen) Zimtwanze: Rhopalidae (Glasflügelwanzen) 30 Evolution Beschreibe für die beiden Nutzpflanzen Weißkraut und Blumenkohl die Kriterien, nach denen die möglichen Züchtungspartner ausgewählt worden sein könnten. — Weißkraut: viele Blätter, große Blätter, kurze Sprossachse, wenig Farbstoffe Blumenkohl: kurze Sprossachse, „fleischige“ Blüten Alle Hunde stammen vom grauen Wolf ab. Im Gegensatz zu dessen einheitlicher Fellfarbe findet man bei den Haushunden eine bunte Palette. Erkläre diesen Befund im Sinne der Evolutionstheorie. — Die Farbe ist wichtig für die Tarnung im Gelände, sie bringt also dem Wolf einen selektiven Vorteil. Für Haushunde ist die Jagd für die tägliche Ernährung ohne Bedeutung, eine auffällige Färbung wirkt nicht nachteilig. Sie kann umgekehrt vom Züchter sogar gezielt gefördert werden, indem besonders „bunte“ Tiere für die Fortpflanzung ausgewählt werden. Es werden mehrere Ursachen diskutiert, die zum Aussterben des Mammuts vor gut 10 000 Jahren geführt haben. Ein Grund könnte in der intensiven Bejagung durch den Menschen gesehen werden. Finde zwei weitere Möglichkeiten, die sich aus dem Ende der Eiszeit ergeben. — Ansteigen der Temperaturen, das dichte Fell wird nachteilig Änderung der Pflanzenwelt, z. B. Zunahme von Bäumen, die Blätter sind nicht mehr in Reichweite bzw. der Bewegungsfreiraum für die großen Tiere wird eingeengt. Stelle eine Vermutung auf, weshalb die evolutionären Vorgänge keine erneute Anpassung des Mammuts bewirkt haben könnten. — Die Veränderungen der Umwelt erfolgten zu schnell, die Variationsbreite bei Mammuts war nicht groß genug. Schülerbuch Seite 135 Warum ist es sinnvoll, dass alle Pflanzen einer Art zur gleichen Zeit im Jahr blühen? Wie könnte dieser koordinierte Blühzeitpunkt wohl in der Natur gesteuert werden? — Pollensäcke und Narben müssen gleichzeitg reif sein, um Fremdbestäubung zu ermöglichen; z. B. durch Temperatur, Helligkeit, Tageslänge Sonne und Mond beeinflussen Abläufe auf der Erde. Nenne Beispiele dafür und versuche, Erklärungen für diese Phänomene zu finden. — z. B. Ebbe und Flut: Anziehungskraft des Mondes; Jahreszeiten: Änderung des Sonnenstandes im Laufe des Jahres; tagaktive und nachtaktive Tiere: Anpassung an die Verfügbarkeit von Sonnenlicht etc. Sexualität, Fortpflanzung und Entwicklung des Menschen Schülerbuch Seite 139 Jugendliche schließen sich in der Pubertät oft zu Cliquen zusammen. Nenne Vor- und Nachteile der Cliquenbildung. — 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. Schreibe zwei Listen mit typisch männlichen und weiblichen Verhaltenseigenschaften auf, die in einer Gruppe Jugendlicher gezeigt werden. — Hinweis: Die Antworten der Schüler können auf Karteikarten geschrieben werden und an der Tafel typisch männlichem und weiblichem Ver-halten 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. Erkläre die Wirkung der Hormone auf Jungen oder Mädchen nach Abbildung 1. — Androgene (Jungen): Wachstum der männlichen Geschlechtsorgane, männliches Behaarungsmuster, Muskulatur, Stimmbruch. Östrogen, Progesteron (Mädchen): Wachstum der weiblichen Geschlechtsorgane, weibliches Behaarungsmuster, Entwicklung der Brust. Schülerbuch Seite 140 Stelle einander gegenüber: Primäre und sekundäre Geschlechtsmerkmale, innere und äußere Geschlechtsorgane des Mannes. — primäre Geschlechtsmerkmale: Penis, Hodensack; sekundäre Geschlechtsmerkmale: Bartwuchs, tiefe Stimme, breite Schultern; innere Geschlechtsorgane: Spermienleiter, Bläschendrüse, Cowper‘sche Drüse, Vorsteherdrüse; äußere Geschlechtsorgane: Hoden und Hodensack, Penis Schülerbuch Seite 142 Ordne den Geschlechtsorganen der Frau die jeweils vergleichbaren des Mannes zu. — Eierstock — Hoden; Eileiter — Spermienleiter; Kitzler — Eichel Welches sind die primären und sekundären Geschlechtsmerkmale der Frau? Erstelle eine Liste. — primäre Geschlechtsmerkmale: Scheide, Gebärmutter, Eierstöcke sekundäre Geschlechtsmerkmale: schmale Schultern, breites Becken, Brüste Schülerbuch Seite 143 Stelle in einer Tabelle Gemeinsamkeiten und Unterschiede in der Entwicklung der Spermien und der Eizellen aus ihren jeweiligen Mutterzellen zusammen. — In beiden Fällen entwickeln sich die (haploiden) Keimzellen in den Keimdrüsen (Eierstöcke 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. den weiblichen Zyklus S. 134/135). Die Spermien bilden sich während des Lebens immer neu, wobei bei einem Spermienerguss ca. 200 Millionen Spermien abgegeben werden. Diese Unterschiede sind wichtig bei der Beurteilung der Gefährdung des Erbguts bei Mann und Frau, z. B. durch Strahlung. Schülerbuch Seite 145 Die Gelbkörperhormone (Progesterone) und die Östrogene beeinflussen die LH- und FSHAusschüttung der Hypophyse. Wie geschieht das und welche Bedeutung hat dies bei einer beginnenden Schwangerschaft? — Erhöhte Progesteron- und Östrogenkonzentrationen wirken hemmend auf die LH- und FSH-Ausschüttung der Hypophyse (negative Rückkopplung; s. Abb. unten). Die erhöhten Progesteronkonzentrationen während der Schwangerschaft verhindern, dass es zur Follikelentwicklung während der Schwangerschaft kommt. Welche Folgen hätte es für den Zyklus, wenn das FSH bzw. die Progesterone ausfallen würden? — Ohne das Hormon FSH reifen die Follikel nicht heran. Ohne Progesteron reift die Gebärmut-terschleimhaut nicht aus (s. Abb. unten). Weshalb ist während der Menstruation die Gefahr einer Gebärmutterinfektion besonders groß? — Der schützende Schleimpfropf am Gebärmutterhals fehlt. Bei regelmäßiger und exakter Messung der Körpertemperatur (Basaltemperatur-Methode) erhält man einen recht genauen Überblick über den Zyklusverlauf. Kann mit dieser Methode der Zeitpunkt angegeben werden, wann ein Eisprung erfolgen wird? — Ja, aber zum Teil unsicher. Begründe, warum jede Frau einen Regelkalender führen sollte. — Das Führen ist zu empfehlen, um Störungen rechtzeitig erkennen zu können. Sexualität, Fortpflanzung und Entwicklung des Menschen 31 Schülerbuch Seite 148 Warum sind Alkohol, Nikotin, Drogen und andere Gifte gerade in den ersten drei Monaten der Schwangerschaft besonders gefährlich für das Kind? — Alkohol, Nikotin und auch manche Medikamente müssen strikt gemieden werden, weil sie die Plazentaschranke passieren können. Selbst wenn eine direkte Schädigung nicht auftreten würde, wären Kreislauf und Atmung der Mutter gestört, was sich auf den Fetus auswirkt. Die Schadwirkung dieser Stoffe ist in den ersten drei Schwangerschaftsmonaten deshalb so groß, weil in dieser Zeit die Organe des Embryos angelegt werden. Es werden also gerade diejenigen Zellen geschädigt, aus denen sich durch Differenzierung, Teilung und Wachstum alle Gewebe und Organe bilden. Sind in deiner Familie noch Ultraschallaufnahmen vorhanden, die während der Schwangerschaft deiner Mutter aufgenommen wurden? Bringe sie mit und beschreibe, was darauf zu erkennen ist. — Je nach Schwangerschaftsdauer sind Körperteile und Organe unterschiedlich gut erkennbar. Warum legt man das Neugeborene auf den Körper der Mutter? — Dort kann es gut den Herzschlag hören, es ist warm und weich. Wahrscheinlich bewirkt die gewohnte Stimme der Mutter eine Beruhigung. Es beginnt nach der physischen Einheit eine psychische Einheit „Mutter — Kind“, die die ganze Kindheitsphase anhält. Diese Mutter-Kind-Beziehung ist wichtig für die körperliche und geistige Reifung des Kindes. Schülerbuch Seite 149 Jedes Alter hat Vor- und Nachteile. Nenne Argumente zu der Aussage und diskutiere sie. — Altern ist ein Phänomen, das Schülern geläufig ist. Die Schüler wissen auch, dass die verschiedenen Lebensalter durch jeweils spezifische Handlungsmöglichkeiten und Belastungen charakterisiert sind. In der schulischen Ausbildungsphase z. B. ermöglichen es wachsende körperliche und geistige Kräfte, spielerisch individuellen Neigungen nachzugehen. In der Phase der Berufsausbildung werden Entscheidungen über die Platzierung im Arbeitsmarkt getroffen, es wird gelernt, Verantwortung für Menschen, die nicht dem eigenen sozialen Umfeld angehören, zu übernehmen, usw. Schülerbuch Seite 150 Was gehört für dich 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 32 Sexualität, Fortpflanzung und Entwicklung des Menschen 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 oder — um im Beispiel zu bleiben — in den Garten oder Vorgarten? Erstelle nach dem Lexikon auf Seite 151 eine Tabelle, in der die Wirkungsweise und Zuverlässigkeit der Verhütungsmethoden aufgeführt sind. Welche der Methoden sind für Jugendliche geeignet? — Siehe Lexikon Schülerbuch Seite 151. Schülerbuch Seite 153 Recherchiere mögliche Gründe für die Unfruchtbarkeit bei Mann und Frau. — Unfruchtbarkeit beim Mann: — Produktion zu weniger oder keiner Spermien — Spermien sind zuwenig beweglich oder weisen andere Fehlbildungen auf — Störungen in der Hormonproduktion — verschlossener Spermienleiter — Erektionsschwierigkeiten — Erkrankungen, z. B. Tripper — Lebensalter Unfruchtbarkeit bei der Frau: — Die Eileiter sind verengt verklebt oder sonst wie unterbrochen — Störungen in der Hormonproduktion lassen keine korrekte Eizellreifung zu — Fehlbildungen der Gebärmutter lassen keine Einnistung zu — Störungen in der Hormonproduktion verhindern einen problemfreien Schwangerschaftsverlauf — Erkrankungen z. B. Mumps — Lebensalter Diskutiert die Komplikationen, die durch die IVF entstehen können. Erklärt die Begriffe soziale, genetische und physiologische Mutter. — Die soziale Mutter hat den Kinderwunsch, bei ihr wächst das Kind schließlich auch heran. Die genetische Mutter liefert die Hälfte der Erbinformation über ihre Eizelle, die physiologische Mutter stellt ihre Gebärmutter für die vorgeburtliche Entwicklung zur Verfügung. Komplikationen: — Finanzielle Forderungen der genetischen Mutter bzw. des genetischen Vaters — Finanzielle Forderungen der physiologischen Mutter — Beharren auf dem „eigenen Kind“, zu dem während der Schwangerschaft eine Beziehung hergestellt wurde — — — Ablehnung des Kindes durch die soziale Mutter bei Missfallen (falsches Geschlecht) oder inzwischen geänderten Lebensverhältnissen — Neugier des Kindes: genetische und physiologische Eltern — Rechtliche Schritte des Kindes bei genetisch bedingten Erkrankungen — Erbschaftsprobleme Durch die Pränataldiagnostik ist es auch möglich, das Geschlecht des Kindes zu bestimmen. Wäge Vor- und Nachteile der vorgeburtlichen Geschlechtsbestimmung ab. Vorteile: — Eltern können sich frühzeitig einstellen Nachteile: — Ablehnung bei Nicht-Passen — Versuch einer Beendigung der Schwangerschaft. Die Geschlechtsbestimmung ist eher abzulehnen, sie bringt keinen eindeutigen Vorteil. Die Geschlechtsbestimmung ist auch bei den Embryonen während der IVF möglich (Präimplantationsdiagnostik). Ändert sich deine Bewertung im Vergleich mit der Pränataldiagnostik? Zusätzliche Komplikation durch die NichtÜbertragung bei unpassendem Geschlecht. Anmerkungen: — Die Bewertung kann sich ändern, wenn es sich um die Vermeidung eines schwerwiegenden genetischen Defekts handelt. — Die ethischen Bedenken stehen bei der Tierzucht weniger im Vordergrund (sexing). Sexualität, Fortpflanzung und Entwicklung des Menschen 33
