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NATURA
7|8
Biologie für Gymnasien
bearbeitet von
Roman Remé
Christian Steinert
Thüringen 7/8 Lösungen
Ernst Klett Verlag
Stuttgart · Leipzig
1. Auflage, 2011
Das Werk und seine Teile sind urheberrechtlich geschützt. Jede Nutzung in anderen als den gesetzlich zugelassenen Fällen bedarf der vorherigen schriftlichen Einwilligung des Verlages.
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Fotomechanische oder andere Wiedergabeverfahren nur mit Genehmigung des Verlages.
© Ernst Klett Verlag GmbH, Stuttgart 2011. Alle Rechte vorbehalten. www.klett.de
Autoren: Roman Remé, Christian Steinert
unter Mitarbeit von: Dr. Horst Bickel,, Roman Claus, Roland Frank, Gert Haala, Martin Lüdecke, Dr. Jürgen
Schweizer, Günther Wichert, Dirk Zohren
Redaktion: Detlef Eckebrecht
Mediengestaltung: Ingrid Walter
Gestaltung: Normaldesign GbR, Schwäbisch Gmünd
Illustrationen: Jörg Mair, München
Printed in Germany
A15144-04511301
Inhalt
Arbeitsmethoden in der Biologie
4
1 Die Zelle als Lebensbaustein 6
1.1 Die Zelle 6
2 Wirbellose Tiere in ihrem Lebensraum 10
2.1 Körperbau und Lebensweise eines Ringelwurms 10
2.2 Insekten gehören zu den Gliederfüßern 12
2.3 Körperbau und Lebensweise weiterer Gliederfüßer 15
2.4 Körperbau und Lebensweise von Weichtieren 16
3 Fortpflanzung, Entwicklung und Sexualität des Menschen 21
3.1 Biologische Grundlagen menschlicher Sexualität 21
3.2 Die Entwicklung des Menschen 23
3.3 Zur Sexualität des Menschen 24
4 Herz-Kreislauf-, Atmungs- und Verdauungssystem 25
4.1 Herz-Kreislauf-System 25
4.2 Atmung beim Menschen 26
4.3 Ernährung des Menschen 28
5 Stütz- und Bewegunsapparat des Menschen 34
5.1 Der Bewegungsapparat 34
5.2 Die Muskulatur 37
6 Sinnes- und Nervensystem 39
6.1 Signale empfangen und verarbeiten 39
6.2 Hören 41
6.3 Nervensystem und Hormone 43
7 Das Abwehrsystem des Körpers 47
7.1 Infektionskrankheiten und ihre Abwehr 47
7.2 Versagen des Immunsystems 49
Basiskonzepte 50
3 Inhalt
Arbeitsmethoden in der Biologie
Methoden: Experimentieren (Seite 8/9)
A1 Entwickle eine weitere Hypothese zur Ausgangsfrage.
– Zucker entsteht erst im Mund, da Hilfsstoffe im Speichel Stärke in Zucker umwandeln.
A2 Begründe, welche der beiden Beispielhypothesen grundlegende und welche darauf aufbauende Aussagen enthält.
– Die erste Hypothese ist grundlegend, da für die zweite Hypothese der Zucker in den Keimlingen
bereits vorausgesetzt wird.
A3 Beschreibe die Funktion von Reagenzglas B im Beispielversuch.
– Reagenzglas B dient der Kontrolle. Erst der Vergleich von Reagenzglas A und B erlaubt eine
Aussage zum Grund der Veränderung in Reagenzglas A.
Methoden: Arbeiten mit Modellen (Seite 10/11)
A1 Die bohnenförmigen Schließzellen der Spaltöffnungen können mit Wasser prall gefüllt sein
oder sie liegen erschlafft vor. Erkläre mithilfe des Modells das Öffnen und Schließen der
Spaltöffnungen und weise den Modellstrukturen die entsprechenden Originalstrukturen zu.
– Reifenschlauch = Schließzellen
aufgeklebte Gummistreifen = Verdickungen der Schließzelle
Luft im Reifenschlauch = Wasser in den Schließzellen
Wenn die Schließzellen mit Wasser (Reifenschlauch mit Luft) prall gefüllt sind, krümmen sich
die Schließzellen (Reifenschlauch) nach außen und geben einen kleinen Spalt frei, durch den
der Wasserdampf nach außen diffundieren kann. Verliert die Pflanze aufgrund von Trockenheit
so viel Wasser, dass auch die Schließzellen wieder Wasser abgeben, erschlaffen diese (Luft aus
Reifenschlauch herausgelassen). Der Spalt schließt sich dabei und eine weitere Wasserdampf-
abgabe wird verhindert.
A2 Baue Modelle für die Flugfrüchte von Löwenzahn, Linde und Ahorn.
– siehe Abbildungen bzw.
Fallschirm der Pusteblume: kleine Knetkugeln mit einigen festgesteckten Daunenfedern
Ahorn: Styroporkugel mit befestigten Fotokartonflügeln
Linde: Fotokartonflügel mit durch Draht befestigten Styroporkugeln als Samen
A3 Ordne die abgebildeten Modelle den verschiedenen Modellkategorien zu.
– alle Lern- und Lehrmodelle
Schlagbaummechanismus: Anschauungsmodell, Funktionsmodell, Homologiemodell
Spaltöffnung: Anschauungsmodell, Funktionsmodell, Analogiemodell
Riechen: Anschauungsmodell, Strukturmodell, Homologiemodell
Bogengangmodell: Anschauungsmodell, Funktionsmodell, Analogiemodell
Regelkreismodell zum Sehen: Anschauungsmodell, Funktionsmodell, Homologiemodell
Chloroplast: Anschauungsmodell, Strukturmodell, Homologiemodell
Moose: Anschauungsmodell, Funktionsmodell, Analogiemodell Oberflächenvergrößerung: Anschauungsmodell, Strukturmodell, Analogiemodell
A4 Beantwortet zu zweit die Fragen zur Modellkritik für die abgebildeten Modelle.
– Schlagbaummechanismus: Das dreidimensionale Modell aus Kunststoff stellt als Anschauungsmodell den Bestäubungsmechanismus beim Wiesensalbei dar. Die Blüte ist stark vergrößert
und zeigt alle wesentlichen Merkmale. Doch ist die Blüte zur besseren Anschaulichkeit nur zur
Hälfte abgebildet. Der Pollen bzw. dessen klebrige Konsistenz werden nicht dargestellt. Das
Material (Kunststoff) entspricht nicht den natürlichen Geweben einer Blüte.
Spaltöffnungen: Dieses Analogiemodell zeigt den Mechanismus, der dem Öffnen und Schließen
der Spaltöffnungen zugrunde liegt. Seine Grenzen liegen darin, dass Schließzellen nicht mit
Luft, sondern mit Wasser gefüllt sind, und dass eine Blattöffnung durch zwei einzelne Zellen
und nicht durch einen ringförmigen Schlauch begrenzt wird. Die genauen anatomischen Verhältnisse sollen hier nicht abgebildet werden, sondern nur, dass prall gefüllte Zellen einen Spalt
freigeben und erschlaffte Zellen den Spalt verschließen.
– Modell zum Riechen: Das Modell veranschaulicht den vereinfachten Aufbau der Nasenschleimhaut (Riechfeld). Die Grenzen diesen Modells liegen u. a. darin, dass Duftstoffmoleküle
keine kleinen Kugeln sind, Gleiches gilt für die Struktur der Rezeptoren. Außerdem fehlen die
Schleim produzierenden Zellen. Auch sind die Größenverhältnisse und die Abstände nicht im
richtigen Maßstab wiedergegeben. Vielmehr stehen die Sinnes- und die ableitenden Nervenzellen im Fokus, sodass der Riechvorgang — Kontakt der Sinneszellen mit den Duftstoffen und
die daraus resultierende Erregung — verdeutlicht wird.
– Bogengangmodell: Stark vereinfachtes, aber wirksames Analogiemodell. Nur die Lymphflüssigkeit und ein Sinneshärchen werden angedeutet. Es fehlt die genaue anatomische Darstel-
4 Arbeitsmethoden in der Biologie
lung des Drehsinnesorgans (wie z. B. die Gallerte, die Kalksteinchen, die Sinneszellen, alle drei
senkrecht zueinander stehenden Bogengänge). Nur ein physikalisches Detail — die Trägheit
– soll veranschaulicht werden.
– Regelkreismodell zum Sehen: Dieses Modell verdeutlicht den zyklischen Vorgang beim Zerfall
und der Neubildung des Sehpurpurs. Licht und die elektrische Erregung sind stark vereinfacht
durch Pfeile angedeutet. Weitere Faktoren sind deutlich reduziert: Molekülstruktur des Sehfarbstoffs, fehlende Lichtsinneszellen, in deren Membran das Sehpurpur eingelagert ist.
– Chloroplast: Die Doppelmembran und die starke Auffaltung der Doppelmembran werden
verdeutlicht. Die eigentliche Aufgabe eines Chloroplasten, die Fotosynthese, ist aus diesem
Modell nicht ableitbar.
– Wasserspeicher Moose: Stark vereinfachtes Modell, dass die Schwammwirkung aufgrund der
Lamellenstruktur eines Moosblättchens darstellt. Der Feinbau eines Blättchens fehlt gänzlich,
wie z. B. Wasserspeicherzellen. Auch der Rest der Pflanze fehlt.
– Oberflächenvergrößerung: Mit diesem Modell kann die größere Oberfläche nachgewiesen
werden, die entsteht, wenn ein großer Körper mit definiertem Volumen in viele kleinere Körper
zerlegt wird, deren Gesamtvolumen dem des großen Körpers entsprechen. Zum Beispiel führt
die Auffaltung der inneren Chloroplastenmembran dazu, dass in einem bestimmten Volumen
die Austauschfläche vergrößert wird. Dieses Modell dient der Anschauung sowie der mathematischen Überprüfung und nicht dem Ziel, genaue Strukturen abzubilden.
Methoden: Informationen beschaffen — recherchieren (Seite 12/13)
A1 Überprüfe anhand eines Bestimmungsbuches das Aussehen der Raupen von C-Falter und
Tagpfauenauge. Vergleiche mit der Abbildung 1.
– Die Raupen des C-Falters enthalten weiße Flecken, die des Tagpfauenauges sind einheitlich
schwarz und besitzen wie die Raupen in Abbildung 1 rote Hilfsfüßchen.
A2 Schlage im Lexikon die Begriffe „C-Falter“, „Tagpfauenauge“ und „Raupe“ nach. Beurteile die
Nützlichkeit der gefundenen Einträge für die Beispielrecherche.
– Unter den Begriffen „C-Falter“, „Tagpfauenauge“ und „Raupe“ finden sich keine detaillierten
Informationen zu den gesuchten Tieren. Das Lexikon ist hier weniger geeignet als ein Biologie­
lexikon oder ein Bestimmungsbuch.
A3 Gib in eine Suchmaschine das Schlüsselwort „Larve“ ein und notiere die Anzahl der Fundstellen. Verfahre ebenso mit der Schlüsselwortkombination „Larve Tagpfauenauge“. Beschreibe
den Unterschied.
– Anzahl der Fundstellen: ca. 1 240 000 für „Larve“ und ca. 1500 für „Larve Tagpfauenauge“. Durch
zwei Schlüsselwörter wird die Anzahl der Fundstellen eingegrenzt und damit die Trefferquote
für die gewünschte Information größer.
5 Arbeitsmethoden in der Biologie
1
Die Zelle als Lebensbaustein
1.1 Die Zelle
Zelle — Gewebe — Organ — Organismus (Seite 18/19)
A1 Blüten sind oft bunt. Mache einen Vorschlag, welcher Zellbestandteil für die Färbung verantwortlich sein könnte.
– Blütenfarbstoffe sind vor allem in den Vakuolen oder in den Plastiden enthalten. Die Information
über die Vakuolen können die Schülerinnen und Schüler der Seite 23 entnehmen.
A2 Bringe je einen Tropfen lösungsmittelfreien Klebstoff auf die Ober- und Unterseite eines
Laubblattes. Ziehe den getrockneten Klebstoff ab und betrachte die beiden Abdrücke mit der
Lupe und unter dem Mikroskop. Vergleiche.
– Als Klebstoff eignet sich ein gut härtender Kleber. In der Regel sind die Abdrücke der Spaltöffnungen (nur auf den Abdrücken der Blattunterseite, s. Abbildung Seite 19) leicht zu finden und
besser zu untersuchen als am realen Blatt. Auch die Umrisse der ineinander verzahnten Epidermiszellen sind zu erkennen.
A3 Auch der Mensch besitzt verschiedene Zellen, Gewebe und Organe. Nenne jeweils fünf Beispiele und gib die zugehörige Aufgabe an.
– Zelle: Muskelzelle — Kontraktion; Leberzelle — Herstellung Gallensaft, Abbau von Giftstoffen;
Rote Blutzellen — Transport von Sauerstoff und Kohlenstoffdioxid; Weiße Blutzellen — Abwehr
von Krankheitserregern, Speicheldrüsenzelle — Speichelherstellung
Gewebe: Nierenrinde, Nierenmark — Abfallstoffentsorgung; Muskelgewebe — Bewegung; Bronchien — Schleimherstellung und Abtransport von Schmutzpartikeln; Darmepithel — Aufnahme
und Abgabe von Nährstoffbausteinen, Vitaminen und Mineralstoffen
Organe: Magen — Verdauung; Lunge — Gasaustausch; Leber — Abbau von Eiweißen, roten
Blutzellen und Giftstoffen, Herstellung Gallensaft; Niere — Reinigung von Abfallstoffen; Bauchspeicheldrüse — Herstellung von Bauchspeichelsaft
A4 Nenne für den Organismus „Mensch” alle Organe, die an der Verdauung beteiligt sind. Sie
bilden das Verdauungssystem.
– Mund, Speiseröhre, Magen, Leber, Gallenblase, Bauchspeicheldrüse, Zwölffingerdarm, Dünndarm, Dickdarm, Enddarm
Praktikum: Arbeiten mit dem Mikroskop (Seite 20)
A1 Vergleiche den Aufbau deines Schulmikroskops mit unserer Abbildung. Vergleiche und benenne die Teile.
– Die funktionswichtigen Bauteile sind an (fast) allen Schulmikroskopen vorhanden und lassen
sich leicht erkennen. Folgende Teile können benannt werden: Okular, Tubus, Objektiv, Objektiv­
revolver, Objekttisch, Blende, Kondensor, Lichtquelle, Stativ, Triebrad.
A2 Wenn man die Vergrößerungen von Objektiv und Okular multipliziert, erhält man die Gesamtvergrößerung. Berechne die möglichen Werte für dein Mikroskop.
– Man kann die Berechnungen durchführen lassen. Zusatzfragen machen die Dimensionen anschaulicher, z. B.: „Wie groß wäre ein Stecknadelkopf, wenn er 100fach vergrößert wäre?“ (Bei einem Millimeter realer Größe wäre er 10 cm im Durchmesser.)
A3 Lege ein Stückchen Millimeterpapier auf den Objekttisch und miss damit dein Beobachtungsfeld aus. Notiere dir die Werte für die verschiedenen Objektive. So kannst du später
leichter die wirkliche Größe eines Objektes abschätzen.
– Bei 40facher Vergrößerung werden etwa 7 mm2 Fläche erfasst. Der Gesichtsfelddurchmesser
beträgt rund 3,0 mm.
Bei 100facher Vergrößerung sind knapp 1,5 mm2 zu sehen, bei einem Durchmesser des Beobachtungsfeldes von 1,2 mm.
Anmerkung: Bei 400facher Vergrößerung kommt es oft vor, dass überhaupt keine Linie des
Millimeterpapiers im Gesichtsfeld liegt. Hier können Schüler erkennen, wie wichtig es ist, mit
der geringsten Vergrößerung zu beginnen. Erst durch Verschieben des Papiers wird der Balken
sichtbar.
A4 Lege ein Haar, eine Stecknadel und einen Wollfaden auf das Millimeterpapier und gib deren
Dicke an.
– Dicke eines Haares: zwischen 0,05 und 0,08 mm; Dicke einer Stecknadel: etwa 0,5 mm; Dicke eines Wollfadens: sehr unterschiedlich.
Anmerkung: Schüler haben oft Probleme, das Haar so zu fixieren, dass mit dem 40er-Objektiv
etwas zu erkennen ist. Es empfiehlt sich jetzt der Übergang zum Nasspräparat.
6 Die Zelle als Lebensbaustein
Modell der Zelle (Seite 21)
A1 Stelle den Bestandteilen des hier verwendeten Modells die Bestandteile in der Realität (also
bei einer Zelle) gegenüber.
– Modell: Realität; Schachtel: Zellwand; Plastiktüte oder Ballon (Außenhaut): Plasmahaut;
Plastiktüte oder Ballon (Innenraum): Vakuole; aus Knete geformte Bälle: Zellorganellen wie Zellkern, Chloroplasten, Mitochondrien
A2 Nimm einen Schuhkarton und einige andere selbst gewählte Gegenstände und bastle dein
eigenes Zellmodell einer Pflanzenzelle. Vergleiche dein Modell kritisch mit der Realität.
– kritischer Vergleich:
• unterschiedliche Materialien
• Das Modell lebt nicht, die Zelle schon.
• Im Modell laufen keine Vorgänge ab, wie etwa die Steuerung der Zelle im Zellkern oder die
Fotosynthese im Chloroplasten.
• Im Modell werden weder Stoffe ausgetauscht noch umgesetzt, wie etwa bei der Fotosynthese.
A3 Entwickle ein Modell für eine Tierzelle.
– Grundsätzlich ähnlich wie das Modell einer Pflanzenzelle, allerdings dürfen weder Zellwand
noch Chloroplasten vorkommen. Statt der Zellwand kann eine weitere, um die Organellen
liegende Plastiktüte verwendet werden.
Die Zelle — Grundbaustein aller Lebewesen (Seite 22)
A1 Ordne allen Zellbestandteilen die entsprechende Funktion zu.
– Zellwand: Stabilität, Festigkeit, Schutz; Zellkern: Steuerung aller Lebensvorgänge, Sitz der
Erbinformation; Vakuole: Speicherraum, Festigkeit; Plasmahaut: umgibt die Vakuole und regelt,
welche Stoffe hinein und heraus können; Chloroplasten: Ort der Fotosynthese; Mitochondrien:
Ort der Zellatmung
Einzellige Lebewesen (Seite 24/25)
A1 Pantoffeltierchen teilen sich etwa alle 24 Stunden. Nach 19 Tagen wären theoretisch aus
einem Tier 500 000 entstanden. 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.
A2 Vergleiche eine Amöbe tabellarisch mit dem Pantoffeltierchen.
– Gemeinsamkeiten:
• Beide bestehen nur aus einer einzigen Zelle, die alle Lebensfunktionen wahrnimmt. Beide
vermehren sich durch Zellteilung.
• Beide besitzen pulsierende Bläschen.
• Beide bilden Nahrungsbläschen.
• Beide können Zysten bilden und so ungünstige Lebensbedingungen überstehen.
Unterschiede:
• Pantoffeltierchen besitzen eine vergleichsweise feste Form; Amöben ändern dauernd ihre
Gestalt.
• Pantoffeltierchen bewegen sich mithilfe von Wimpern fort; Amöben bilden Scheinfüßchen aus.
• Pantoffeltierchen besitzen feste Zellbereiche für die Nahrungsaufnahme und die Ausscheidung, Zellmund und Zellafter; Amöben können an jeder beliebigen Stelle ihre Zelloberfläche
durch Umfließen (Phagocytose) Nahrung aufnehmen und unverdauliche Reste ausscheiden.
• Pantoffeltierchen haben zwei pulsierende Bläschen; Amöben besitzen nur eines.
• Pantoffeltierchen leben in freiem Wasser und schwimmen; Amöben kriechen auf einer Unterlage.
A3 Informiere dich über andere Einzeller. Erarbeite einen kleinen Vortrag, in dem du die Themen
Vermehrung, Fortbewegung, Lebensraum und Nahrung eines anderen Einzellers ansprichst.
– Es ist sinnvoll, in einer Suchmaschine den Begriff „Einzeller“ mit einem Lebensraum (vor allem
„Boden“ und „Wasser“) zu koppeln. So gelangt man auf Übersichtsseiten, die verschiedene
Einzeller und deren Lebensweise vorstellen. Einzeller werden auch in Büchern zur Mikrobiologie,
zur Bodenbiologie oder zu Gewässeruntersuchungen beschrieben.
7 Die Zelle als Lebensbaustein
Praktikum: Heuaufguss (Seite 26)
A1 Nimm von der Kahmhaut mit einem Glasstab etwas Material ab und stelle einen Ausstrich
her. Lasse den Ausstrich trocknen und färbe ihn anschließend drei Minuten mit einer Methylenblaulösung. Gieße die Farblösung ab, spüle mit Wasser und mikroskopiere das Präparat.
Was kannst du erkennen?
– Beim Mikroskopieren der Kahmhaut findet man nach wenigen Tagen Bakterien, 3 bis 4 Tage
später Algen.
A2 Beobachte mit der Stereolupe (Binokular) oder mit dem Mikroskop Proben aus folgenden
Zonen:
a) oberster Bereich (d. h. an der Stelle, an der sich die Kahmhaut gebildet hat);
b) freier Wasserbereich;
c) Bodensatz.
Welche der auf den Seiten 24–27 abgebildeten Organismen findest du in den Präparaten
wieder? Warum bevorzugen manche die Oberfläche, andere den freien Wasserbereich und
wieder andere den Grund?
– individuelle Lösung: Die verschiedenen Organismen finden sich entsprechend ihren Lebensanforderungen in unterschiedlichen Bereichen:
a) Kahmhaut: Bakterien; b) Wasserbereich: Einzeller; c) Bodensatz: Bakterien (Spirillen)
A3 Entnimm von den verschieden lange stehenden Heuaufgüssen mit einer Pipette Proben
von der Oberfläche, dem freien Wasser und dem Bodensatz. Stelle Frischpräparate her und
vergleiche diese nach der Dauer der Entwicklungszeit. Finde heraus, welche Organismen
nach welcher Zeit häufig vorkommen. Versuche zu erklären, warum die Massenvermehrung
bestimmter Arten stattgefunden hat.
– Bakterien nach wenigen Tagen; Algen nach einer Woche; Amöben nach 14 Tagen, häufig nach
60 Tagen; Geißeltierchen (Euglena) nach 5 bis 10 Tagen; Wimpertierchen: Heutierchen nach
5 Tagen; Pantoffeltierchen nach 21 Tagen; Lauftierchen nach 50 Tagen; Trompetentierchen nach
21 Tagen; Glockentierchen nach 10 Tagen; Rädertierchen nach 21 Tagen.
A4 Drücke ein Schwämmchen aus und stelle von einem Tropfen der ausgepressten Flüssigkeit
ein Frischpräparat her. Untersuche die Probe und benenne so viele vorkommende Organismen wie möglich.
– individuelle Lösung
Die Kugelalge Volvox — ein einfacher Vielzeller (Seite 29)
A1 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.
A2 Stelle 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
4–16
flächig
alle Lebensfunktionen
Eudorina
32
flächig
alle Lebensfunktionen
Volvox
bis 20 000
Hohlkugel
arbeitsteilig: Ernährung, Bewegung, Fortpflanzung
A3 „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.
A4 Erkläre den Modellcharakter, den Grünalgen für die Entstehung von Mehrzellern haben.
– Die Evolutionsprozesse der Vergangenheit können nicht direkt beobachtet werden. Theorien
über ihren Verlauf können nur durch Rückschlüsse und Belege überprüft werden. Die Grünalge
zählt zu den niederen Lebewesen. Obwohl die Zellen noch nicht spezialisiert und alleine lebensfähig sind, handelt es sich hier bereits um einen Zusammenschluss gleichwertiger Zellen, die
zu einer Gesamtleistung fähig sind. Da es nur wenige weitere Belege über die Entstehung von
Mehrzellern gibt, hat die Grünalge einen Modellcharakter für einen möglichen evolutiven Gang
vom Einzeller zum Mehrzeller.
8 Die Zelle als Lebensbaustein
Übungen: Die Zelle als Lebensbaustein (Seite 32/33)
A1 Benenne die Zellbestandteile (Abb. 1). Begründe, ob es sich um eine Pflanzen- oder eine
Tierzelle handelt.
– a) Zellwand, b) Chloroplast, c) Zellkern, d) Zellplasma, e) Vakuole. Es handelt sich um eine
Pflanzenzelle, da eindeutig Chloroplasten und Zellwände zu erkennen sind.
A2 Deute das folgende Ergebnis: Die Anzahl der Mitochondrien ist in Muskelzellen größer als in
Hautzellen (Abb. 2).
– Muskelzellen setzen mehr Energie um, da sie die Bewegung ermöglichen. Daher müssen auch
mehr Mitochondrien vorhanden sein.
A3 Begründe, welche der folgenden Aussagen richtig oder falsch sind.
a) Alle Lebewesen besitzen Gewebe und Organe.
b) Eine Zelle ohne Chloroplasten ist eine Tierzelle.
c) Organe bestehen aus verschiedenen Zellen.
d) Jede Pflanzenzelle besitzt Mitochondrien.
– a) Dies ist falsch, da auch Einzeller Lebewesen sind.
b) Dies ist falsch, da z. B. Wurzelzellen keine Chloroplasten besitzen.
c) Dies ist richtig. Organe bestehen aus mehreren Geweben und somit aus mehreren Zelltypen.
d) Dies ist richtig. Um die Energie aus dem Traubenzucker nutzbar zu machen, brauchen auch
Pflanzen in jeder Zelle Mitochondrien.
A4 Im Folgenden wird die Zelle mit einem Unternehmen verglichen. Finde heraus, welcher Zellbestandteil gemeint ist.
–Lagerraum
–Chefetage
–Kraftwerk
–Schutzzaun
–Solaranlage
– Lagerraum: Vakuole
Chefetage: Zellkern
Kraftwerk: Mitochondrien
Schutzzaun: Zellwand, Zellmembran
Solaranlage: Chloroplasten
A5 Sortiere diese Strukturen nach ihrer Größe und beginne mit der kleinsten: Zellkern, Zelle,
Palisadengewebe, Mitochondrium, Wurzel, Spaltöffnung.
– Mitochondrium, Zellkern, Zelle, Spaltöffnung, Palisadengewebe, Wurzel
A6 Erläutere, ob es sich im Folgenden um Organellen, eine Zelle, ein Gewebe, ein Organ oder
einen Organismus handelt: Herz, Chloroplast, Blattepidermis, Mundschleimhaut, Keimling.
– Herz: Ein Herz ist ein Organ, da es nur ein Teil eines Organismus ist und aus mehreren Geweben
besteht.
Chloroplast: Chloroplasten sind Organellen.
Blattepidermis: Es ist ein Gewebe, da es aus vielen Zellen besteht.
Mundschleimhaut: Es handelt sich um ein Gewebe. Keimling: Der Keimling besteht aus Wurzel, Blättern und Sprossachse, den Grundorganen der
Pflanzen. Der Keimling ist ein Organismus.
A7 Nenne mindestens ein charakteris­tisches Merkmal der in Abbildung 3 bis 8 dargestellten
Einzeller bzw. Zellkolonien.
– Amöbe: hat keine feste Gestalt;
Euglena: besitzt einen Augenfleck und Chloroplasten;
Pantoffeltierchen: bewegt sich mithilfe der Wimpern durch das Wasser;
Gonium: bildet Zellkolonien;
Volvox: besitzt spezialisierte Zellen, die über Plasmabrücken in Verbindung stehen.
A8 Welche Sonderstellung nimmt Volvox unter den oben dargestellten Arten ein (Abb. 5)?
– Aufgrund des Aufbaus (spezialisierte Zellen, Plasmabrücken) und der Fortpflanzung (geschlechtlich, ungeschlechtlich) gilt Volvox als Übergangsform zwischen Kolonie und echter
Vielzelligkeit.
9 Die Zelle als Lebensbaustein
2 Wirbellose Tiere in ihrem Lebensraum
2.1 Körperbau und Lebensweise eines Ringelwurms
Wurm ist nicht gleich Wurm — der Regenwurm (Seite 37)
A1 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.
A2 Finde heraus, wo vorne und hinten bei einem Regenwurm ist.
– Sein Vorderende ist abgerundet; es ist das erste Segment, das als „Kopflappen“ über die Mundöffnung herausragt. Das Hinterende ist abgeflacht und läuft spitz aus.
A3 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 Borsten; in
entgegengesetzter Richtung ist nichts zu spüren. Die Borsten können dem Körper anliegen, sich
aber in Gegenrichtung abspreizen.
A4 Entwickle ein Modell, mit dem du die Bewegungen des Regenwurms nachvollziehen kannst.
– mögliche Modelle:
• geriffelter und dehnbarer Waschmaschinenschlauch
• Ziehharmonika, gebastelt aus Papier
• Seidenstrumpf, der mit Watte gefüllt wird
• alle Gegenstände, die dehn- bzw. komprimierbar sind
Regenwürmer verbessern den Boden (Seite 38)
A1 Nenne Gründe, warum die Anzahl der Würmer bei einer tiefen Bodenbearbeitung vermindert
ist.
– Bei der Bodenbearbeitung mit Maschinen werden besonders viele Tiere durchtrennt und zerquetscht. Die Regeneration ist in manchen Fällen zwar möglich, erfolgt jedoch längst nicht in
dem Maße, wie oftmals angenommen wird. Das Gewicht schwerer Maschinen und die starken
Vibrationen während der Bearbeitung bewirken eine Bodenverdichtung. Die Wurmgänge kollabieren, die Entwässerung erfolgt langsamer und die Durchlüftung ist gestört. Die Anzahl der
Würmer nimmt ab.
A2 Erkläre die unterschiedlich starke Kotproduktion der Regenwürmer einer Wiese im Jahresverlauf (siehe Abbildung).
– In den relativ regenarmen Monaten August und September ziehen sich die Regenwürmer in
tiefere, feuchtere Erdschichten zurück und sind dann weniger aktiv. Dasselbe geschieht aufgrund der Kälte in den Monaten Dezember, Januar und Februar. Nur in den regenreichen und
relativ warmen Monaten produzieren sie viel Kot. In langen, sehr heißen Sommern halten viele
Regenwürmer einen „Sommerschlaf“.
Praktikum: Beobachtungen beim Regenwurm (Seite 39)
A1 Drehe einen Regenwurm im Dämmerlicht auf den Rücken und lege ihn auf einen Tisch.
Beleuchte ihn von oben. Wie reagiert er? Welche biologische Bedeutung hat diese Reaktion?
– Der Regenwurm kann die Richtung des einfallenden Lichtes feststellen. Er dreht sich und
versucht, sich vor dem einfallenden Licht zu verstecken (negative Phototaxis). In seinem natürlichen Lebensbereich kommt das Licht immer von oben und er kriecht weg vom Licht ins Erdreich (Fluchtreaktion). Er schützt sich vor Austrocknung und Verbrennung durch die UV-Strahlen
der Sonne.
A2 Schiebe einen sauberen, mit Zellstoff abgetupften Regenwurm, der im Dunkeln gehalten
wurde, in eine 30 cm lange Glasröhre. Sie muss so bemessen sein, dass das Tier gut hindurchgeht, sich aber nicht herumdrehen kann. Schiebe über das Glas eine Papphülse, die in der
Mitte ein ca. 1 cm2 großes Fenster hat.
Verschiebe die Papphülse so, dass du mit einer Taschenlampe zuerst das Vorderende des
Tieres beleuchten kannst, dann das Hinterende und zuletzt die Körpermitte. Stoppe die Zeit
vom Einschalten der Lampe bis zur Reaktion. Vergleiche die Reaktionszeiten und überlege dir
die biologische Bedeutung der unterschiedlichen Reaktionsgeschwindigkeit.
– Der Regenwurm weicht durch Rückwärts- oder Vorwärtskriechen dem Lichtstrahl aus. Als
besonders reizbar erweist sich das Vorderende: Bei Belichtung kriecht der Regenwurm schnell
rückwärts. Bei Belichtung des Hinterendes kriecht er mit verzögerter Reaktionsgeschwindigkeit
vorwärts. Bei Belichtung der Körpermitte beginnt die Reaktion häufig erst nach einer Minute
oder noch später.
10 Wirbellose Tiere in ihrem Lebensraum
A3 Du benötigst einen Zahnstocher und eine Petrischale. Lege den Regenwurm vorsichtig in die
Petrischale. Berühre den Regenwurm deutlich, aber sehr vorsichtig mit dem Zahnstocher am
Körperende. Notiere deine Beobachtung. Berühre nun den Regenwurm mit der Spitze des
Zahnstochers in der Mitte seines Körpers und anschließend an seinem anderen Körperende.
Notiere jeweils deine Beobachtungen. Achte bei diesem Versuch unbedingt darauf, den Regenwurm nicht durch zu festes „Zupicken“ mit dem Zahnstocher zu verletzen! Erkläre deine
Beobachtungen unter Berücksichtigung des inneren Baus des Regenwurms.
– Beobachtungen:
• Berührung am Vorderende: Regenwurm reagiert deutlich mit Zucken und Winden des Körpers
• Berührung in der Körpermitte: Regenwurm reagiert mäßig mit Zucken und Winden des Körpers
• Berührung am Hinterende: Regenwurm reagiert gar nicht oder kaum
Erklärung: Der Regenwurm reagiert am stärksten bei Berührung des Vorderendes, da hier der
Nervenknoten sitzt. Je weiter sich die Berührung vom Kopfende (und damit vom Nervenknoten)
entfernt, desto weniger wird vom Regenwurm der Reiz der Berührung wahrgenommen. Da das
Nervensystem als Bauchgefäß jedoch den gesamten Körper durchzieht, reagiert der Regenwurm
auch auf Berührung seiner Körpermitte und teilweise auf Berührung seines Körperendes.
A4 Fülle zwei Einmachgläser abwechselnd mit Lagen aus 3 cm hellem Sand und 5 cm dunkler
Gartenerde. Lege in das eine Glas zwei Regenwürmer. Binde beide Gläser mit Gaze zu und
stelle beide für vier Wochen in eine dunkle und kühle Kellerecke.
Feuchte die Erde alle 2 Tage bei jeder Fütterung ein bisschen an. Als Nahrung haben sich
Haferflocken bewährt. Vergleiche nach vier Wochen die Schichten der Böden.
– Die Regenwürmer durchmischen das Erde-Sand-Profil, das im Glas ohne Regenwürmer erhalten
bleibt.
A5 Untersuche verschiedene Böden, z. B. Wiese und Rasen, Acker und Garten, Laub- und Nadelwald, auf Regenwurmaktivitäten und vergleiche die Ergebnisse. Dazu musst du stets gleich
große Flächen nach Wurmhäufchen absuchen und sie zählen. Um gleich große Flächen zu
erhalten, baut man sich einen Schnurzirkel (r = 0,8 m).
– Im Rasen und Garten sind die Kothäufchen am häufigsten. In unbehandelten Böden leben mehr
Würmer als in gedüngten oder mit Pestiziden behandelten Flächen. Im Nadelwald sind keine
Kothäufchen zu finden.
A6 Stich mit dem Spaten aus den Vergleichsböden ca. 20 cm x 30 cm große Blöcke aus. Beschreibe die Unterschiede der Proben. Schneide vorsichtig Scheiben herunter und suche nach
Regenwurmgängen. Welche Folgen hat ihr Verlauf für die Luft und eindringendes Wasser?
Suche nach Wurzeln von Pflanzen. Wo verlaufen sie?
– Das Gangsystem des Regenwurms reicht bis zu einer Tiefe von 2 Metern und mehr. Durch die
Gänge wird der Boden belüftet, erwärmt und entwässert. Diesen Auflockerungen folgen die
Wurzeln.
11 Wirbellose Tiere in ihrem Lebensraum
2.2 Insekten gehören zu den Gliederfüßern
Die Honigbiene — ein Insekt als Haustier (Seite 41)
A1 Stelle tabellarisch die verschiedenen Aufgaben der Arbeitsbienen zusammen.
– siehe Tabelle
Alter der Arbeitsbiene
Aufgabe
Tag 1 und 2
putzt leere Zellen
Tag 3 bis 5
Amme: füttert jüngere Larven mit Pollen und Honig
Tag 6 bis 10
Amme: füttert jüngere Larven mit körpereigenem Futtersaft
Tag 11 bis 16
Produktion von Wachs, Bau neuer Waben, Verschluss von Waben
Tag 17 bis 20
nimmt Pollen und Nektar am Flugloch entgegen; Luftfächeln, Wehrbiene
Tag 21 bis Lebensende
Sammelbiene außerhalb des Stocks
Praktikum: Untersuchungen an der Honigbiene (Seite 43)
a) Welche wöchentliche Arbeitszeit muss ein Imker für ein Volk ansetzen? Wann hat er viel
Arbeit, wann weniger?
– Der Imker arbeitet von Frühjahr bis Herbst an den Stöcken. Dabei fallen in manchen Wochen
mehrere Arbeitsstunden an, in manchen Sommerwochen ist auch nichts zu tun. Im Winter ruht
das Volk.
b) Welche Regeln muss man beim Umgang mit Bienen beachten?
– Man darf sie nicht reizen und muss ruhig arbeiten.
c) Wie überwintern Bienen? Wann schwärmen sie und warum?
– siehe Jahresverlauf der Bienen
d) Was nennt der Imker „Beute“?
– den Bienenstock
e) Wie wird der Honig gewonnen?
– Die Waben werden entdeckelt und dann in einer Zentrifuge ausgeschleudert.
f) Wie groß ist die Honigmenge pro Staat und pro Jahr?
– Die Honigmenge hängt von der Größe des Volkes, dem Nahrungsangebot und dem Wetter ab.
Sie liegt zwischen 15 g und 50 kg.
g) Was ist „Gelée royale“?
– Gelée royale ist eine spezielle Nahrung, die nur diejenigen Larven erhalten, die zur Königin
werden sollen.
h) Welcher Zusammenhang besteht zwischen Honigertrag und Witterung?
– Bei kalter, nasser Witterung nimmt der Honigertrag ab.
i) Wie kommen die verschiedenen Honigsorten zustande?
– Die Honigsorten ergeben sich durch die hauptsächlich von den Bienen angeflogenen Pflanzenarten.
Die Tanzsprache — Verständigung im Bienenstaat (Seite 45)
A1 Welche Informationen über die Bienentänze kannst du aus Abbildung 3 entnehmen?
– Information über die Entfernung der Futterquelle: Rundtanz bei nahen Futterquellen (50 bis 100 m); Schwänzeltanz bei weiteren Entfernungen.
Information über die Richtung der Futterquelle: Rundtanz unabhängig vom Sonnenstand,
Schwänzeltanz gibt die Richtung der Futterquelle zum Sonnenstand an.
A2 Welche Informationen über die Futterquelle werden dabei übermittelt?
– Der Duft an der Biene informiert die anderen Sammlerinnen über die Art der Futterquelle, die
gegenseitige Futtergabe über die Qualität. Durch Art und Geschwindigkeit des Tanzes wird die
Entfernung angegeben (Schwänzeltanz schnell: Futterquelle nah, Schwänzeltanz langsam:
Futterquelle weit). Durch die Häufigkeit der Tänze wird die Ergiebigkeit angezeigt. Die Richtung
der Futterquelle zur Sonne ergibt sich aus der Richtung des Schwänzeltanzes zur Schwerkraftrichtung.
12 Wirbellose Tiere in ihrem Lebensraum
Praktikum: Haltung und Beobachtung von Insekten (Seite 52)
A1 Der Name „Mehlwurm“ ist biologisch falsch. Welche Körpermerkmale verraten, was ein
„Mehlwurm“ wirklich ist?
– Zum Beispiel die drei Beinpaare, die Körpergliederung, die Mundwerkzeuge und die Komplex‑
augen weisen ihn als Insektenlarve aus.
A2 Versuche, für die protokollierten Beobachtungen Erklärungen zu finden.
– Die Metamorphose mit Häutungen ist zu beobachten.
A3 Im Puppenstadium bildet sich die endgültige Körpergestalt. Welche Körperteile des fertigen
Insekts kannst du bereits an der Mehlkäferpuppe erkennen?
– Kopf, Rumpf und Hinterleib sind erkennbar, ebenso Flügelansätze.
A4 Um wachsen zu können, müssen Insektenlarven die starre Chitinhülle abstreifen (sich häuten) und rasch wachsen, ehe die neue Haut erstarrt. Deshalb füllen sie Teile des Körpers mit
Luft und fressen erst später. Welche Protokollstelle weist auf diesen Vorgang hin?
– Die Beobachtungen vom 3. und 5. Tag lassen sich so erklären.
A5 Kannst du begründen, weshalb Biologen die Entwicklung des Mehlkäfers eine vollständige
Verwandlung nennen?
– Im Gegensatz zur unvollständigen Verwandlung tritt ein Puppenstadium auf.
A6 Lege eine „Mehlwurm“-Zucht an. Halte in einem Protokoll fest, wie viele Larven sich zu Käfern entwickeln.
– individuelle Lösung
A7 Beschreibe eine Stabheuschrecke. Nimm sie in die Hand. Wie verhält sie sich?
– Die Lösung ist artabhängig.
A8 Setze Stabheuschrecken in das Insektarium. Was tun sie?
– Die Lösung ist artabhängig.
A9 Beobachte ein Tier beim Laufen. Versuche ein Schema der Beinbewegung anzugeben.
– Hinweis: Eine Videoaufzeichnung ermöglicht die Ableitung von Skizzen.
A10Beschreibe ein Ei der Stabheuschrecke. Wie lange dauert es, bis ein Tier aus dem Ei geschlüpft ist?
– Die Lösung ist artabhängig.
A11 Welcher Entwicklungstyp liegt hier vor?
– Bei Stabheuschrecken findet man eine unvollständige Verwandlung.
Partnersuche bei Insekten (Seite 53)
A1 Erkläre, warum die meisten tagaktiven Insekten sich nicht mit optischen, sondern mit akus­
tischen oder chemischen Signalen anlocken.
– Optische Signale könnten Feinde aufmerksam machen. Akustische Signale können aus einem
Versteck gesendet werden und chemische Signale können oft nur von Artgenossen identifiziert
werden. Beide Signaltypen lenken daher die Aufmerksamkeit der Fressfeinde nicht auf das
sendende Insekt. Eine weitere Erklärung ist, dass tagaktive Insekten sich nicht über optische
Signale verständigen können, da es tagsüber eine Vielfalt optischer Signale durch z. B. blühende
Blumen gibt und es hier sehr häufig zu „Verwechslungen“ kommen könnte.
Waldameisen (Seite 55)
A1 Vergleiche die Organisation des Ameisenstaates mit dem der Honigbiene. Nenne dazu Gemeinsamkeiten und Unterschiede.
– Gemeinsamkeiten: Männchen gehen aus unbefruchteten Eiern hervor, Weibchen aus befruchteten. Es gibt zahlreiche Weibchen mit unvollständig entwickelten Geschlechtsorganen (Arbeiterinnen). Männchen werden nur zu bestimmten Zeiten nachgezogen. Die Nester haben einen
spezifischen Geruch, sodass staatsfremde und eigene Individuen unterschieden werden können.
Unterschiede: Im Bienenstaat gibt es nur eine Königin, im Staat der Waldameisen sind es
eine oder mehrere. Die Völker sind bei den Bienen nicht so reich an Individuen. Sie sind immer
geflügelt, während bei den Ameisen nur die Geschlechtstiere während der Paarungszeit Flügel
tragen. Im Bienenstaat herrscht eine ausgeprägte Arbeitsteilung, wobei die Tanzsprache in Verbindung mit Futterproben eine Sonderentwicklung darstellt. Ameisen haben nur die Fühlersprache, die auch bei den Bienen existiert.
13 Wirbellose Tiere in ihrem Lebensraum
A2 Für die Neugründung von Nestern durch Koloniebildung sind bei den Waldameisen keine
Männchen erforderlich. Erläutere die Gründe dafür.
– Für die Koloniebildung werden begattete Jungköniginnen benötigt. Sie besitzen in ihren Spermataschen einen Vorrat an Sperma zur Befruchtung der Eier.
A3 Wie könnte man dem Argument begegnen, dass Ameisen gar nicht so nützlich seien, weil zu
ihren Beutetieren auch Nutzinsekten gehören?
– Im Beutespektrum der Ameisen ist der Anteil von Schadinsekten vor allem dann sehr groß,
wenn sie sich in Massenvermehrung befinden. Dann kommt die Nützlichkeit den Ameisen voll
zur Wirkung.
A4 Fasse zusammen, welche Aufgaben Ameisen im Wald übernehmen.
– Sie begrenzen die Vermehrung von Schadinsekten und schützen die Vegetation. Sie verbreiten
Samen und sorgen auf diese Weise für die Ausbreitung von Pflanzen. Durch ihre Bautätigkeit
lockern sie den Boden. Er wird besser durchlüftet und bietet für die übrigen Bodenorganismen
bessere Lebensbedingungen.
A5 Vergleiche die verschiedenen Ameisenformen. Fertige dazu eine Tabelle an.
– Königinnen sind groß, tragen zu Beginn Flügel und legen später Eier. Die kleineren Männchen
haben ebenfalls Flügel. Sie sterben nach der Begattung. Die kleineren Arbeiterinnen haben
keine Flügel, sind unfruchtbar und haben teilweise größere Kiefer (Wächterinnen).
14 Wirbellose Tiere in ihrem Lebensraum
2.3 Körperbau und Lebensweise weiterer Gliederfüßer
Die Kreuzspinne (Seite 59)
A1 Wie viele Spinnfäden müsste man nebeneinander legen, um die Dicke eines menschlichen
Kopfhaares zu erhalten?
– Man müsste 20 Spinnfäden nebeneinander legen.
A2 Suche im Text Seite 58 die fehlenden Bezeichnungen für die Strukturen (a, b, 1—10) der Abbildung 3. Übernimm die Zeichnung in dein Heft und beschrifte sie.
– siehe Abbildung
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Praktikum: Untersuchung der Laubstreu und des Bodens (Seite 62)
A1 Beschreibe die Bestandteile der Streuschicht (Aussehen, Feuchtigkeitsgrad). Fasse deine
Beobachtungen in einer Tabelle (obere, mittlere, untere Schicht, oberste Bodenschicht)
zusammen.
– Laubstreu obere Schicht: trockene, lose Blätter und Blattteile
Laubstreu mittlere Schicht: trockene und feuchte Blätter und Blattteile mit wenig Erde
Laubstreu untere Schicht: feuchte Blattmasse mit Erde
A2 — A8individuelle Lösungen
Krebse im Wasser und an Land (Seite 65)
A1 Suche an feuchten Stellen im Garten unter Steinen nach Asseln. Wie verhalten sich die Tiere,
wenn man den Stein über ihnen hochhebt? Erkläre die Bedeutung ihres Verhaltens.
– Sie verkriechen sich, da sie nachtaktiv und feuchtigkeitsliebend sind.
15 Wirbellose Tiere in ihrem Lebensraum
2.4 Körperbau und Lebensweise von Weichtieren
Harte Schale weicher Kern — die Schnecke (Seite 67)
A1 Weinbergschnecken besitzen 2 Paar Fühler. Beschreibe ihre Funktionen.
– Am Paar der langen Fühler sitzen die Augen. Die kurzen Fühler dienen als Tastorgane.
A2 Es gibt auch gehäuselose Schnecken, wie etwa die Rote Wegschnecke.
a) Bei welchem Wetter 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 Unter-
grund weniger Wasser bei der Fortbewegung verlieren.
b)Von außen sind Fuß und Eingeweidesack erkennbar. Die Atemöffnung befindet sich ein Stück
hinter dem Kopf am unteren Rand des Schildes.
A3 Finde im Text und in den Abbildungen Zusammenhänge zwischen Körperstrukturen der
Schnecken und ihren Funktionen.
– siehe Tabelle
Struktur
Funktion
Hautvertiefungen
Verdunstungsschutz
Gehäuse
Schutz der inneren Organe
Rückziehmuskel der Fühler
Schutz eines empfindlichen Organs
Lichtsinneszellen an Fühlerspitze
Wahrnehmungsradius wird erweitert
Fußmuskulatur
Fortbewegung: Kriechen
Fußstruktur
Bewegung über scharfe Gegenstände ist möglich
Rückziehmuskel des Fußes
Schutz
Sinneszellen im Fuß
Wahrnehmung mit dem Organ, das hauptsächlich mit der
Umgebung in Kontakt steht
Radula
angepasst an Nahrungsart
Spermataschen
Spermaspeicherung für zeitliche Verschiebung von Begattung
und Eiablage
Liebespfeil
feste Kalknadel ermöglicht das Eindringen in den muskulösen
Fuß
Schleimschicht
Schutz vor Austrocknung
Praktikum: Versuche mit Schnecken (Seite 68)
A1 Betrachte die Schnecke genau. Fertige eine Zeichnung des Tieres an.
– individuelle Lösung
A2 Welche Teile des Körpers kannst du erkennen? Beschrifte deine Zeichnung. Fertige eine
Tabelle an, in der das jeweilige Körperteil und seine Funktion einander gegenübergestellt
werden.
– siehe Tabelle
Körperteil
Funktion
Gehäuse
Schutz vor Fressfeinden und Austrocknung, Schutz der inneren Organe
Fuß
Fortbewegung; Orientierung: Tasten, Geruchssinn, Lage- und Feuchtigkeitssinn, Temperatursinn
Kopf mit Fühlern, Augen
Orientierung: Sehen, Tasten
Mundöffnung
Nahrungsaufnahme
A3 Betrachte die Haut der Schnecken mit einer Lupe. Zeichne einen kleinen Hautabschnitt und
beschreibe ihn.
– Die Haut ist von Schleim überzogen und hat runzelige Vertiefungen.
16 Wirbellose Tiere in ihrem Lebensraum
A4 Lasse eine Schnecke über eine Glasplatte kriechen. Betrachte die Kriechsohle von der Seite
und von unten. Beschreibe, wie sich das Tier fortbewegt. Erkläre die Fortbewegung mithilfe
der Abbildungen.
– Das Vorwärtsgleiten der Schnecke erfolgt auf einer Schleimschicht, während Muskelbänder
entlang des Fußes durch Kontraktion und Entspannung Wellenmuster entstehen lassen, die von
hinten nach vorne auf den Kopf zulaufen. Während des Kriechens tritt Schleim aus Schleimdrüsen der Fußsohle in der Nähe des Kopfes aus.
A5 Setze die Schnecke in eine Petrischale. Locke sie — z.B. mit einem Salatblatt — nach außen.
Beobachte, wie sich die Schnecke bewegt, wenn sie die Petrischale verlässt. Notiere deine
Beobachtung.
– Die Geruchs- und Geschmackssinneszellen befinden sich vor allem im Bereich der Mundregion
und auf den Fühlern. Sobald wohlschmeckende Nahrung wahrgenommen wird, orientiert sich
die Schnecke zur Nahrung und kriecht dorthin, über den Petrischalenrand hinweg.
A6 Geruchssinn: Dir stehen eine Salz- oder Essiglösung, die auf ein Salatblatt geträufelt werden,
und ein „normales“ Salatblatt zur Verfügung. Stelle begründet dar, welche der beiden Flüssigkeiten sich für das Experiment eignet.
Erkläre, warum die Flüssigkeit auf eine Salatblatt geträufelt wird. Begründe, warum ein „normales“ Salatblatt ebenfalls für den Versuch notwendig ist. Plane dein Experiment und führe
es durch. Notiere deine Beobachtungen und Schlussfolgerungen.
– Um den Geruchssinn von Schnecken zu überprüfen, ist es sinnvoll, eine Flüssigkeit zu wählen,
von der wir Menschen wissen, dass sie riecht, also wahrscheinlich auch von Schnecken wahrgenommen werden kann. Eine Salzlösung ist im Gegensatz zur Essiglösung für den Menschen
geruchlos, eignet sich also nicht zur Überprüfung des Geruchssinns bei Schnecken.
Salatblätter stellen eine von Schnecken bevorzugte Nahrung dar. Das Salatblatt soll die Schnecke anlocken. Da Essig- und Salzlösungen nicht im natürlichen Lebensraum von Schnecken
vorkommen, ist nicht anzunehmen, dass die Schnecke sich von alleine auf diese zubewegt. (Sie
hat keine „Veranlassung“ dazu!)
Ein „normales“ Salatblatt ist in diesem Versuch notwendig, um die Motivation des Versuchstieres festzustellen, sich überhaupt auf ein Salatblatt zuzubewegen. Kriecht sie nicht zu einem
unbehandelten Salatblatt, was eigentlich zu erwarten ist (da Schnecken gerne Salat fressen), so
wird sie auch nicht zu einem mit einer Salz- oder Essiglösung behandelten Salatblatt kriechen.
In diesem Fall könnte man keine Aussagen über einen eventuell vorhandenen / nicht vorhandenen Geruchssinn von Schnecken treffen. Kriecht sie jedoch zu dem unbehandelten Salatblatt
(um von diesem z.B. zu fressen), nicht jedoch zum behandelten Salatblatt, ließe sich (nach
mehrmaligen Versuchen mit unterschiedlichen Versuchstieren) eine Aussage zum Geruchssinn
von Schnecken treffen.
Beobachtungen: Die Schnecken ziehen kurz vor dem Erreichen des Salatblattes, das mit einer
Essiglösung versehen ist, ihre Fühler ein und wenden sich deutlich von diesem Salatblatt ab. Sie
nähern sich ohne Einziehen der Fühler einem unbehandelten Salatblatt und fressen in der Regel
von diesem.
Schlussfolgerung: Das deutliche Einziehen der Fühler und Abwenden der Schnecken von einem
mit Essiglösung versehenen Salatblatt (im Gegensatz zum unbehandelten Salatblatt) lässt den
Schluss zu, dass Schnecken über einen Geruchssinn verfügen.
A7 Sehsinn: Beleuchte in einem abgedunkelten Raum die Kopfregion deiner Schnecke mit einer
Taschenlampe. Notiere deine Beobachtungen und Schlussfolgerungen.
– Die Schnecke reagiert bei Beleuchtung ihrer Kopfregion mit dem Einziehen der Fühler. Aus dieser Reaktion lässt sich schließen, dass Schnecken über einen Sehsinn verfügen, mit dem sie Hell
und Dunkel unterscheiden können.
A8 Hörsinn: Läute mit einem Glöckchen o. Ä. über dem Kopf der Schnecke. Achte darauf, dass
sich beim Läuten ein Abstand von mindestens 20 cm zwischen dem Glöckchen und deiner
Schnecke befindet. Notiere deine Beobachtungen und Schlussfolgerungen.
Erkläre, warum ein Abstand zwischen Glocke und Schnecke beim Läuten wichtig ist. (Tipp:
Die Lautstärke spielt hierbei keine Rolle.)
– Es sind keine Reaktionen der Versuchstiere zu beobachten. Daraus lässt sich schlussfolgern,
dass Schnecken über keinen Hörsinn verfügen.
Es ist wichtig, einen Abstand zwischen der Glocke und dem Versuchstier einzuhalten, damit der
durch das Läuten verursachte Windzug nicht als Reiz auf die Schnecke wirkt. Wir wollen nur die
Reaktion der Schnecke auf das Läuten beobachten. Um auszuschließen, dass die Schnecke evtl.
auf den Windzug mit einer körperlichen Reaktion reagiert, ist es wichtig, den Abstand von 20 cm
einzuhalten.
17 Wirbellose Tiere in ihrem Lebensraum
A9 Tastsinn: Berühre vorsichtig die Kopfregion, die Mitte des Fußes und das hintere Ende
des Fußes deiner Schnecke mit einem spitzen Bleistift. Notiere deine Beobachtungen und
Schlussfolgerungen.
– Die Schnecke reagiert bei Berührung der Kopfregion deutlich, indem sie ihren Kopf bewegt und/
oder ihre Fühler bewegt. Bei Berührung in der Mitte des Fußes ist eine schwache körperliche
Reaktion (ganz leichtes Zusammenziehen der Kriechsohle und/ oder Bewegungen der Fühler) zu
beobachten, bei Berührung am Ende des Fußes reagiert sie in der Regel wenig. Aus der Intensität der Reaktionen der Schnecke bei Berührung lässt sich schlussfolgern, dass die Schnecke an
der Kopfregion über einen ausgeprägten Tastsinn, in der Mitte des Fußes und an seinem Ende
jedoch über einen gering ausgeprägten Tastsinn verfügt.
A10Erkläre alle deine Versuchsergebnisse, indem du sie in Beziehung zum Lebensraum von
Weinbergschnecken betrachtest. In Gärten werden Schneckenplagen gerne mit Bierfallen
bekämpft, d. h. es wird eine Schale mit Bier aufgestellt, in die die Schnecken kriechen und
sterben. Erkläre, warum Schnecken zu Bierfallen kriechen.
– Der Geruchssinn der Schnecken ermöglicht es ihnen, giftige und schädliche Nahrung zu erkennen. Schnecken halten sich bevorzugt an dunklen und damit häufig auch feuchten Orten auf.
Die Hell-Dunkel-Wahrnehmung ermöglicht es, eine für sie unter Umständen tödlich wirkende
direkte (helle) Sonneneinstrahlung zu vermeiden. Schnecken können nicht hören. Ein Gehörsinn wäre bei der Erkennung von Fressfeinden hilfreich, beispielsweise einem sich im Fluge
oder zu Fuß näherndem Vogel. Schnecken sind jedoch nicht auf einen Gehörsinn angewiesen,
da sie über einen ausgeprägten Tastsinn verfügen. Über diesen Tastsinn können sie leichteste
Windzüge und Erschütterungen wahrnehmen und sich durch einen rechtzeitigen Rückzug in ihr
Gehäuse schützen. Der Tastsinn ist in der Kopfregion stark ausgeprägt, da sich hier der Nervenknoten der Schnecken befindet. Wir haben in unseren Versuchen festgestellt, dass Schnecken
über einen Geruchssinn verfügen. Schnecken kriechen zu Bierfallen, da diese vermutlich einen
für sie besonders anziehenden Geruch verströmen. Es ist daher zu vermuten, dass dieser Geruch
in gleicher oder ähnlicher Form in ihrem natürlichen Lebensraum vorkommt und von den Schnecken als Nahrungsquelle wahrgenommen wird. Schnecken sterben bereits nach der Aufnahme
von wenigen Millilitern Bier.
A11 Die Abbildung unten zeigt eine Schnecke, die über die Schneide eines Messers kriecht. Wie
ist es zu erklären, dass sich das Tier dabei nicht verletzt?
– Die Schnecke verletzt sich nicht, da sie beim Kriechen Schleim aussondert und zudem wellenförmige Bewegungen mit ihrer Kriechsohle ausführt. Dies führt dazu, dass sie beim Überkriechen
der Klinge kaum Kontakt mit dieser hat.
Praktikum: Schnecken bestimmen (Seite 69)
A1 Mit dem nachstehenden Bestimmungsschlüssel kannst du einige einheimische Schneckenarten bestimmen.
– individuelle Lösung
Die Miesmuschel — ein Mollusk mit harter Schale (Seite 70)
A1 Beschreibe den Weg des Atemwasserstroms mithilfe von Abbildung 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.
A2 Miesmuscheln haben eine wirtschaftliche Bedeutung. Welche kann das sein?
– Miesmuscheln werden gegessen und zur Perlenerzeugung verwendet.
A3 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 zweite klappige Schale und weder Kopf noch Radula.
18 Wirbellose Tiere in ihrem Lebensraum
Tintenfische (Seite 71)
A1 Stelle in einer Tabelle Gemeinsamkeiten und Unterschiede von Schnecken, Muscheln und
Kopffüßern zusammen.
– siehe Tabelle
Merkmal
Schnecke
Muschel
Tintenfisch
Kalkschale
einteilig
zweiklappig
Schulp
Gliederung
Kopf, Fuß, Mantel, Rumpf,
Eingeweidesack
Fuß, Mantel, Rumpf
Kopf, Fuß, Mantel, Eingeweidesack
Atmung
„Lunge“, Kiemen
Kiemen
Kiemen
Nahrungsaufnahme
Radula, Oberkiefer
Atemwasser
Schnabelkiefer, manchmal
Radula
Sinne
Augen, Geschmack, Geruch, Tastsinn, kein Gehör
(Augen), Geschmack,
Tastsinn, kein Gehör
Linsenaugen, Geschmack,
kein Gehör
Kreislauf
Herz, offener Kreislauf
Herz, offener Kreislauf
Herz, fast geschlossener
Kreislauf
Wirbellose — eine Übersicht (Seite 73)
A1 Auf diesen Seiten (72/73) sind die Abbildungen durcheinander geraten und passen nicht
mehr zum Text, fast alle Beschriftungen der Tierarten fehlen. Finde mithilfe des Textes heraus, um welche Stämme bzw. Tierklassen es sich handelt.
– siehe Abbildung
19 Wirbellose Tiere in ihrem Lebensraum
Übungen: Wirbellose Tiere in ihrem Lebensraum (Seite 74/75)
A1 Es gibt viele wirbellose Tierstämme. Die abgebildeten Tiere gehören zu den bekanntesten
dieser Stämme: Gliederfüßer, Weichtiere und Ringelwürmer. Ordne die Tiere aus Abbildung 1
zu.
– Regenwurm: Ringelwürmer, Skorpion: Gliederfüßer, Schnecke: Weichtiere, Käfer: Gliederfüßer
A2 Benenne die Insektenarten und beschreibe die Entwicklungsvorgänge und ihre Besonderheiten. Formuliere dazu einen ausführlichen Text. Beziehe das entsprechende Basiskonzept
ein.
– Bild 1: vollständige Verwandlung am Beispiel eines Schmetterlings: a) Vollinsekt (Imago) — b) Eier — c) Larve (Raupe) — d) (Stürz-) Puppe Bild 2: unvollständige Entwicklung am Beispiel der Heuschrecken: e) Imago — f) Eiablage mit
Legebohrer im Boden im Herbst und Ruhephase im Winter — g) im Frühjahr beginnt die Larvenentwicklung mit flügellosen Stadien, die sich mehrmals häuten (kein Puppenstadium).
A3 Die Abbildung 3 zeigt dir wesentliche Informationen zum Aufbau der Insekten, speziell zu
deren Atmungsorganen. Vergleiche knapp die Insektenatmung mit der des Menschen.
– Insekten: Tracheen mit verschließbaren Stigmen, die durch die sie umgebenden Muskeln geweitet werden können. Dann strömt Luft ein. Drücken Muskeln des Körperinneren auf die Tracheen,
werden diese zusammengedrückt und Luft strömt aus.
Mensch: Lunge, die sich durch Muskelaktivitäten der umgebenden Organe füllt und leert.
A4 Erläutere das Gegenspielerprinzip (Basiskonzept Struktur und Funktion), indem du es auf die
Atemvorgänge beim Menschen anwendest.
– Muskeln können sich selbst nur kontrahieren, müssen aber durch andere Strukturen gedehnt
werden. Dies können andere Muskeln übernehmen, die sich genau gegenläufig bewegen.
A5 Zu welchem Ergebnis bist du gekommen? Begründe deine Antwort.
– Im näheren Umkreis der Ameisennester sind die durch Insektenfraß verursachten Schäden viel
geringer, woraus man schließen kann, dass die Ameisen eine wichtige Rolle bei der Vernichtung
von schädlichen Insekten spielen.
A6 Saurer Regen führt auch zu einer Versauerung des Waldbodens. Um die schädlichen Folgen
für die Waldbäume abzumildern, kann Kalk auf dem Waldboden verteilt werden. In einem
Versuch wurde gezählt, wie viele Ameisen pro Zeit eine bestimmte Fläche passieren. Wie
wirkt sich das Ausbringen von Kalk auf die Waldameisen aus (Abb. 5)?
– Die Laufaktivität der Ameisen geht stark zurück.
A7 Welche Folgen ergeben sich für die Zahl der Schädlinge in diesem Gebiet?
– Die Schädlinge können sich besser vermehren, da ihre Vertilgung durch Waldameisen nun stark
eingeschränkt ist.
20 Wirbellose Tiere in ihrem Lebensraum
3 Fortpflanzung, Entwicklung und Sexualität des Menschen
3.1 Biologische Grundlagen menschlicher Sexualität
Das geht unter die Haut! (Seite 78)
A1 Diskutiert, wie ihr in und außerhalb der Klasse mit vertraulichen Informationen umgehen
möchtet.
– Hier soll den Schülern klar werden, dass vertrauliche Informationen auch vertraulich behandelt
werden müssen. Regeln könnten z. B. sein:
– keiner wird ausgelacht (ggf. ist Abgrenzung von Lachen nötig, das aus Verlegenheit geschieht
und nicht als Auslachen gemeint ist)
– keiner gibt vertrauliche Informationen eines Mitschülers oder Lehrers an Dritte weiter
– Lehrer bewerten vertrauliche Informationen nicht negativ
A2 Diskutiert, wie ihr eure mündliche Mitarbeit im Unterricht innerhalb dieses Themas bewerten würdet.
– Individuelle Lösung, Lehrer und Schüler sollen für das Problem sensibilisiert werden, dass mündliche Mitarbeit für manche schwieriger sein könnte.
A3 Überlegt, welche Themen innerhalb der „Sexualität des Menschen“ auch in anderen Fächern
bearbeitet werden.
– z. B. ethische Fragen im Fach Religion, Kommunikation im Fach Deutsch
Ich bin ich! Wie werde ich? (Seite 79)
A1 Schaue dir doch einmal alte Fotos von dir an: Welche gefallen dir? Welche gefallen dir überhaupt nicht? Begründe deine Aussagen.
– individuelle Lösung
A2 Nimm ein Foto von dir und schreibe auf, was von dir durch das Foto nicht abgebildet werden
konnte.
– individuelle Lösung
A3 Liste Themen auf, die dich als erwachsener Mensch vielleicht anders beschäftigen würden
als jetzt. Stelle ihnen die gegenüber, die dir wohl noch genauso am Herzen liegen werden
wie heute.
– Individuelle Lösung, Beispielhafte Antwort: neue Themen könnten sein: Verantwortung für das
eigene Auskommen, Berufstätigkeit; Verantwortung für Partner/in und Kinder; bereits aktuelle
Themen könnten sein: Wunsch nach Liebe und Gesundheit, erfüllte Sexualität, Anerkennung
A4 Liste auf, welche Eigenschaften du als typisch weiblich und als typisch männlich ansiehst.
– individuelle Lösung; möglicherweise ergibt der Vergleich der Antworten, dass „typisch weiblich“
und „typisch männlich“ auch unterschiedlich gesehen wird.
A5 Ist ein Mädchen, das Rugby spielt, cooler als ein Junge, der sich für Ballett interessiert? Diskutiert darüber in der Klasse.
– individuelle Lösung; möglicherweise zeigt sich, dass ein Mädchen mit einem Hobby, das als
eher männlich angesehen ist, anerkannter ist als ein Junge, der sich ein eher als weiblich
angesehenes Hobby interessiert. Den Schülern soll die Unlogik dahinter klar werden. Es könnten
gesellschaftliche Gründe dafür diskutiert werden.
A6 Und du? Gibt es Eigenschaften an dir, die du eher als männlich oder weiblich bezeichnen
würdest? Magst du auch die Eigenschaften an dir, die eher nicht für dein Geschlecht als
typisch angesehen sind?
– individuelle Lösung; da diese Aufgabe ggf. sensible Bereiche bei den Schülern anspricht, kann
es sinnvoll sein, sie nur mündlich zu bearbeiten oder sogar nur als Reflexion zu sehen, die nicht
im Plenum besprochen wird.
Die Geschlechtsorgane des Mannes (Seite 80)
A1 Ordne den Bestandteilen der männlichen Geschlechtsorgane (Abb. 1) ihre biologische Funk‑
tion zu.
– Hodensack: Aufbewahrung des Hodens; Hoden: Produktion der Geschlechtszellen; Nebenhoden:
Lagerung der Geschlechtszellen; Vorhaut: Schutz der Eichel; Harn-Sperma-Leiter: Transport der
Spermien und des Spermas; Drüsen: produzieren Flüssigkeiten zur Spermabildung.
21 Fortpflanzung, Entwicklung und Sexualität des Menschen
Eizellen und Befruchtung (Seite 83)
A1 Stelle in einer Tabelle Gemeinsamkeiten und Unterschiede in der Entwicklung der Spermien
und der Eizellen zusammen.
– • In beiden Fällen entwickeln sich die (haploiden) Keimzellen in den Keimdrüsen (Eierstöcke bzw. Hoden) durch (Reduktions-) Teilung (Meiose) aus (diploiden) Urkeimzellen.
• Aus einer Spermienmutterzelle reifen vier Spermien; aus einer Eimutterzelle aber nur eine
Eizelle und drei Polkörperchen, die zugrunde gehen. Zudem läuft die Eizellreifung in einer
besonderen Struktur, dem Follikel ab.
• Ca. 400 000 Eizellen liegen bereits bei der Geburt vor. Nur ein kleiner Teil (etwa 450) reift in
der Zeit von der Menarche (12.–14. Lebensjahr) bis zur Menopause (Klimakterium) etwa im 45. Lebensjahr heran, jeden Monat eine Eizelle (vgl. weiblicher Zyklus S. 84/85).
• Die Spermien bilden sich während des Lebens immer neu, wobei bei einem Spermienerguss
ca. 100 Millionen Spermien abgegeben werden.
Diese Unterschiede sind wichtig bei der Beurteilung der Gefährdung des Erbguts bei Mann und
Frau, z. B. durch Strahlung.
Als zusätzliche Frage kann man die Angepasstheiten der männlichen und weiblichen Geschlechtszellen miteinander vergleichen lassen: Stichworte wären hier:
• Art der Fortbewegung
• Art der Versorgung
• Lebensdauer
Der weibliche Zyklus (Seite 85)
A1 Erkläre, welche Bedeutung es hat, dass LH und FSH in der zweiten Zyklushälfte gehemmt
werden.
– Wenn LH gehemmt wird, wirkt dies der Produktion von FSH entgegen. Wenn die Bildung von
FSH gehemmt wird, wird eine weitere Follikelreifung innerhalb dieses Zyklus verhindert.
A2 Im lateinischen Begriff Progesteron steckt „für“ (pro) und „Schwangerschaft“ (gestare — tragen). Leite aus den Informationen dieser Seiten ab, inwiefern das Hormon den weiblichen
Körper auf eine Schwangerschaft vorbereitet.
– Eine herabgesetzte Kontraktionstätigkeit der Darm- und Gebärmuttermuskulatur vermindert
mechanische Störungen bei der Einnistung einer befruchteten Eizelle in die Gebärmutterschleimhaut. Die Brustdrüsen werden auf eine mögliche spätere Milchproduktion vorbereitet.
Es erhöht den Grundumsatz (Anstieg der Körpertemperatur) und bereitet so auf eine mögliche
Schwangerschaft vor. Durch die Versorgung der Gebärmutter mit Nährstoffen wird die Versorgung einer eingenisteten befruchteten Eizelle vorbereitet. Progesteron bereitet also auf mehreren Wegen auf eine Schwangerschaft vor.
A3 Erkläre, warum ein Mädchen bereits vor der Menarche schwanger werden kann.
– Vor der allerersten Regelblutung findet bereits ein Eisprung statt, der zu einer Schwangerschaft
führen kann. Ein Mädchen kann also nicht wissen, wann genau es fruchtbar wird. Daher kann
man nicht sagen, dass ein Mädchen vor der Menarche nicht schwanger werden kann.
A4 Frauenärzte betonen: „Geschlechtsverkehr kann an jedem Tag des weiblichen Zyklus zu einer
Schwangerschaft führen — auch während einer Blutung“. Erkläre dies mithilfe dieser Seiten
sowie der Seiten 81 und 83.
– Zugrunde liegt die Tatsache, dass man den Zeitpunkt des Eisprunges nie vorhersagen kann. Die
Zeitspanne der ersten Zyklushälfte ist so variabel, dass man vom Zeitpunkt der letzten Regelblutung
auf keinen Fall auf den Zeitpunkt des nächsten Eisprungs schließen kann. Auch die Lebensdauer von
Eizellen und Spermienzellen ist sehr variabel: So kann auch ein Geschlechtsverkehr, der 5 Tage vor
dem Eisprung stattfand, zu einer Schwangerschaft führen. Selbst ein Geschlechtsverkehr während
der Regelblutung kann zur Schwangerschaft führen, wenn die erste Zyklushälfte sehr kurz wird.
Außerdem könnte es sich bei der Blutung auch um eine Blutung rund um den Eisprung handeln, die
gerade bei jungen Frauen nur schwer von der Regelblutung zu unterscheiden ist.
22 Fortpflanzung, Entwicklung und Sexualität des Menschen
3.2 Die Entwicklung des Menschen
Schwangerschaft und Geburt (Seite 88)
A1 Alkohol, Nikotin, Drogen und andere Gifte sind gerade in den ersten drei Monaten der
Schwangerschaft besonders gefährlich für das Kind. Begründe dies.
– 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 ist 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.
A2 Sind in deiner Familie noch Ultraschallaufnahmen vorhanden, die während der Schwangerschaft deiner Mutter aufgenommen wurden? Beschreibe, was darauf zu erkennen ist.
– Je nach Schwangerschaftsdauer sind Körperteile und Organe unterschiedlich gut erkennbar.
A3 Begründe, warum man das Neugeborene auf den Körper der Mutter legt.
– 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-KindBeziehung ist wichtig für die körperliche und geistige Reifung des Kindes.
23 Fortpflanzung, Entwicklung und Sexualität des Menschen
3.3 Zur Sexualität des Menschen
Sexualität und Verantwortung (Seite 90)
A1 Was gehört für euch zur Liebe? Schreibt eure Vorstellungen auf und sprecht darüber in Gruppen.
– individuelle Lösung; Hinweis: Um den Schülern Raum zur Formulierung ihrer Liebesvorstellungen zu geben, eignet sich ein Arbeiten in Kleingruppen. Es werden Begriffe gesammelt, die
für die Jugendlichen zu einer Liebesbeziehung gehören, wie z. B. Treue, Geborgenheit, Offenheit,
Sexualität, gutes Aussehen, Geld usw. Die Begriffe werden auf Karteikarten geschrieben, aus
den Karten wird ein Haus gebaut. In den Gruppen wird geklärt, an welcher Stelle die Begriffe
in das Haus integriert werden. Die Begriffe bekommen symbolische Bedeutung: Was ist das
Fundament einer Liebesbeziehung? Was ist die Tür, die in eine Liebesbeziehung führen kann?
Was gehört eher an den Rand, um im Beispiel zu bleiben: in den Garten oder Vorgarten?
A2 Erstelle nach dem Lexikon auf Seite 91 eine Tabelle, in der Wirkungsweise und Zuverlässigkeit der Verhütungsmethoden aufgeführt sind. Diskutiert, welche für Jugendliche geeignet
sind.
– siehe Lexikon Schülerbuch Seite 91
Übungen: Fortpflanzung, Entwicklung und Sexualität des Menschen (Seite 96/97)
A1 Versetze dich in die Situation deiner Eltern. Gib Gründe an, die ihre Entscheidung beeinflusst
haben könnten.
– Gründe für die Entscheidung der Eltern: Angst, dass du unbeaufsichtigt und im Dunkeln nach
Hause kommen musst; Angst, dass du Gefahren ausgesetzt sein könntest, die du nicht rechtzeitig erkennst; Sorge, wie du ohne Bus nach Hause kommen kannst; nicht bereit, keine Zeit oder
keine Möglichkeit, dich nach dem Kino abzuholen; u. v. a.
A2 Die folgende Liste zeigt einige wesentliche Unterschiede zwischen Ei- und Spermienzelle.
Zeige auf, dass beide Strukturen gut an ihre Funktion angepasst sind. [Basiskonzept S. 204]
– Die Eizelle kann mit ihren Vorräten das werdende Baby bis zur Einnistung versorgen. Wegen
ihrer Größe wäre eine eigene Fortbewegung aber zu aufwändig, daher wird sie transportiert.
Da die Spermien selbst zur Eizelle gelangen müssen, sind sie klein und wendig. Daher haben sie
auch keinen Nährstoffvorrat bei sich, der die Beweglichkeit einschränken würde.
A3 Fasse die Aussage der Untersuchung zusammen und gib eine mögliche Erklärung für das
Ergebnis. Beurteile das Verhalten der Mütter.
– Beschreibung: Die Neugeborenen von Raucherinnen sind deutlich leichter und kleiner als die
von Nichtraucherinnen.
Erklärung: Giftstoffe, die im Zigarettenrauch enthalten sind, gelangen ins Blut des Kindes und
schränken seine Entwicklung ein.
mögliche Beurteilung: Das Verhalten ist unverantwortlich, weil die Mutter ihr Kind schädigt.
Das Kind hat nicht die Möglichkeit, auf das Verhalten der Mutter Einfluss zu nehmen. Es ist den
Folgen ein ganzes Leben lang ausgeliefert.
A4 Nimm Stellung zu Sarahs Situation und zu dem Rat ihrer Freundin.
– Die Situation ist nachvollziehbar, allerdings ist nicht klar, ob das unbekannte Mädchen eine
neue Freundin ist oder nicht vielleicht die Schwester bzw. einfach nur eine gute Freundin. Man
sollte bei Entscheidungen nichts tun, was den eigenen Gefühlen widerspricht. Sarah könnte
Justus ansprechen und die Situation klären.
24 Fortpflanzung, Entwicklung und Sexualität des Menschen
4 Herz-Kreislauf-, Atmungs- und Verdauungssystem
4.1 Herz-Kreislauf-System
Zusammensetzung und Aufgaben des Blutes (Seite 101)
A1 Das Blut ist ein Organ. Erkläre.
– Blut besteht wie jedes Organ aus verschiedenen Zellen und Zwischenzellflüssigkeit. Es hat wie
jedes andere Organ seinen eigenen Aufgabenbereich. Ein Unterschied zu anderen Organen: Die
Blutzellen haben keinen festen Verband.
A2 Erläutere den Unterschied zwischen Blutplasma und Serum.
– Im Blutplasma sind die Gerinnungsstoffe enthalten, im Blutserum fehlen diese.
Das Blutgefäßsystem (Seite 102)
A1 Häufig hört man die Aussage: „Venen führen sauerstoffarmes Blut, Arterien sauerstoffreiches.“ Begründe, dass diese Aussage falsch ist.
– Dies gilt zwar für den Körperkreislauf, aber nicht für den Lungenkreislauf. In diesem fließt
sauerstoffarmes („venöses“) Blut von der rechten Herzkammer durch die Lungenarterie in die
Lunge. Es kommt sauerstoffreiches („arterielles“) Blut aus den Lungen durch die Lungenvene
zurück zur linken Herzkammer.
Praktikum: Präparation eines Schweineherzens (Seite 103)
A1 Fertige ein Protokoll an, indem du deine Beobachtungen stichwortartig beschreibst.
– individuelle Lösung
Das Herz (Seite 105)
A1 Begründe, dass der Herzmuskel auf der linken Seite stärker sein muss als auf der rechten
Seite. Erörtere die Folgen, wenn es umgekehrt wäre.
– Die linke Kammer treibt Blut in den „großen“ Kreislauf (Körperkreislauf), die rechte Kammer in
den „kleinen“ Lungenkreislauf. Umgekehrt könnte der Körper nicht ausreichend versorgt werden
bzw. der Blutfluss durch die Lunge wäre extrem stark.
Ohnmacht und Anämie (Seite 107)
A1 Leite aus den Befunden Folgen für die Erkrankten ab. Begründe.
– Ist die Menge der roten Blutzellen insgesamt zu gering, so wird zu wenig Sauerstoff transportiert. Daher kann die Zellatmung in den Zellen nicht im nötigen Umfang stattfinden. Betroffene
klagen über Leistungsschwäche, Müdigkeit und Erschöpfung.
25 Herz-Kreislauf-, Atmungs- und Verdauungssystem
4.2 Atmung beim Menschen
Der Weg der Atemluft (Seite 109)
A1 Beurteile, ob die Atmung durch die Nase oder durch den Mund gesünder ist.
– Nasenatmung ist gesünder, weil die Luft so angefeuchtet und gefiltert wird. Dies schützt die
anderen an der Atmung beteiligten Organe.
A2 Auf dieser Seite finden sich mehrere Beispiele für das Basiskonzept „Struktur und Funktion“.
Liste sie auf und erläutere kurz.
– Haare filtern Luft, die gut durchblutete und verzweigte Schleimhaut (große Kontaktfläche) kann
sie besonders gut anwärmen und befeuchten. Dies gilt für den Nasen-/Rachenraum wie auch
für Luftröhre und Bronchien.
Die derben Knorpelspangen verhindern ein Verschließen der Luftröhre beim Drehen des Kopfes.
So ist die Luftzufuhr immer sichergestellt.
An den Alveolen können die Atemgase gut ausgetauscht werden, da sie gut durchblutet sind.
Vorgänge bei der Atmung (Seite 110/111)
A1 Lege bei geschlossenen Augen deine Hände auf den Oberkörper und beobachte aufmerksam.
– Man beobachtet ein Heben und Senken des Brustkorbes wie auch des Bauches.
A2 Die Funktionsweise der Atemvorgänge wird häufig so erklärt, dass die Lunge selbst ein Muskel sei. Nimm Stellung zu dieser Behauptung.
– Die Lunge ist kein Muskel. Für das Befüllen und Entleeren sind Muskelgruppen zuständig, die in
der Nähe der Lunge liegen:
bei der Brustatmung: innere und äußere Zwischenrippenmuskeln
bei der Bauchatmung: Zwerchfell und Muskulatur der Bauchdecke
Material: Modelle zur Atmung (Seite 113)
A1 Nenne weitere Gesichtspunkte, in denen Torso-Modell und echter Oberkörper nicht übereinstimmen.
– Unterschiede:
• Die Farbgebung stimmt nicht überein.
• Stoffaustausch und Umsatz werden nicht dargestellt.
• Die in den Organen ablaufenden Vorgänge finden nicht statt.
• Das Modell ist trocken. Man findet weder Blut noch andere Körperflüssigkeiten.
• etc.
A2 Abbildung 4 zeigt ein Modell zur Brustatmung. Vergleiche das Modell mit der Realität und
zähle Schwächen auf.
– Das Modell ist unvollständig. Es werden weder alle Rippen noch Muskelgruppen dargestellt und
es zeigt nicht die gesamte Komplexität der Vorgänge.
A3 Finde weitere Beispiele für Anschauungs- und Funktionsmodelle, die nichts mit der Atmung
zu tun haben. Erläutere sie.
– Anschauungsmodell: „echtes“ Auto und Fahrzeugmodell (s. Schülerbuch Seite 139), Modell einer
Zelle (s. Schülerbuch Seite 21)
Funktionsmodell: Modelle zur Regulation von Vorgängen (s. Schülerbuch Seite 208/209)
Insgesamt lässt sich sagen, dass im Bereich der Naturwissenschaften sehr viele Modelle gebräuchlich sind, derer man sich häufig nicht bewusst ist.
26 Herz-Kreislauf-, Atmungs- und Verdauungssystem
Atmung muss geregelt werden (Seite 114/115)
A1 Geht auf den Schulhof und sprintet mehrere Runden so schnell ihr könnt. Bestimmt dabei
die Veränderung eurer Atmung durch Zählen bzw. Messen vor und nach dem Laufen.
– In der Regel kann man feststellen, dass sowohl die Menge der Atemzüge pro Minute als auch
das Volumen eines jeden eingeatmeten Zuges ansteigen. Das Ergebnis könnte ähnlich wie in
Abbildung 115.3 im Schülerbuch aussehen.
A2 Sinneszellen, die über den Dehnungszustand der Muskeln Auskunft geben, können ebenfalls
die Atemtätigkeit beeinflussen. Erläutere die möglichen Zusammenhänge.
– Treibt man Sport, so werden die Muskeln intensiv gedehnt. Sie verbrauchen nun mehr Sauerstoff (und auch mehr energiereiche Stoffe). Gleichzeitig werden sie aber noch intensiver und
häufiger gedehnt. Diese indirekte Information über den Sauerstoffverbrauch wird über Nervenzellen an die Lunge vermittelt, die nun durch höhere Atemtätigkeit den vermehrten Bedarf an
Sauerstoff decken kann.
A3 Ermittle dein Atemvolumen und dein maximales Fassungsvolumen mithilfe eines Spirometers. Vergleiche mit deinen Mitschülern sowie Mitschülerinnen und erläutere die Unterschiede.
– Mögliche Unterschiede können folgende Ursachen haben: Alter, Geschlecht, Gewicht und Größe,
Trainingszustand, Erkrankungen, Tagesform etc.
A4 In einer Untersuchung wurde sowohl die Zahl der Atemzüge als auch das Atemvolumen
einer Schülergruppe vor und nach sportlicher Betätigung gemessen. Die Tabelle zeigt das
Ergebnis. Stelle die Ergebnisse grafisch dar. Erläutere mögliche Ursachen der vorhandenen
Unterschiede.
– Atemfrequenz und -volumen können getrennt aufgetragen werden oder als Produkt (Atemzeitvolumen, siehe Abbildung)
20
Atemzeitvolumen (l/min)
15
10
5
0
Lukas
Annika
Eric
Inga
Sven
Eva
Tim
Anne
Rauchen — nein danke! (Seite 117)
A1 Stelle die körperlichen Auswirkungen des Rauchens in einem Pfeildiagramm dar.
– Rauch einatmen → Kohlenstoffmonooxid blockiert Hämoglobin → verringerte Sauerstoffaufnahme; Nikotinaufnahme → Blutgefäßverengung → Durchblutungsstörungen; Teer → Gewebeschädigungen → evtl. Krebs
A2 Entwirf anhand der Informationen auf diesen Seiten ein Plakat, mit dem du einen Jugendlichen überzeugen kannst, erst gar nicht mit dem Rauchen anzufangen.
– Durch kontinuierliches Rauchen werden Symptome noch verstärkt bzw. gesundheitliche Risiken
steigen. Wenn nicht mehr geraucht wird, werden gesundheitliche Schäden vermindert (z. B.
Verbesserung der Lungenfunktion, Verringerung des Lungenkrebsrisikos und des Risikos eines
Herzinfarkts); einige Symptome treten nach längerer Abstinenz überhaupt nicht mehr auf.
27 Herz-Kreislauf-, Atmungs- und Verdauungssystem
4.3 Ernährung des Menschen
Energie macht‘s möglich (Seite 119)
A1 Nenne aus der Energiegehaltliste diejenigen Nahrungsmittel, von denen man bei sitzender
Tätigkeit nur wenig essen sollte.
– Erdnüsse und Schokolade weisen sehr hohe Energiegehalte auf und sollten bei sitzender Tätigkeit vermieden werden.
A2 Errechne die Zeit, die nötig ist, um die Energiemenge von 100 g Milchschokolade abzuarbeiten: a) Radfahrer, b) ruhender Mensch.
– a): Radfahrer: 2167 : 1200 kJ/Stunde = 1,81 Stunden = 1 Stunde und 49 Minuten
b): ruhender Mensch: 2176 kJ : 250 kJ/Stunde = 8,7 Stunden = 8 Stunden und 42 Minuten
A3 Informiere dich über die technische Wärme-Kraft-Kopplung und vergleiche das Verfahren mit
dem menschlichen Körper.
– Mit der Wärme-Kraft-Kopplung kann technisch ein ähnlicher Wirkungsgrad erreicht werden wie
bei der Energieausnutzung im menschlichen Körper.
Bestandteile der Nahrung (Seite 120)
A1 Ermittle für verschiedene Lebensmittel anhand der Angaben auf den Verpackungen den
Gehalt an Nährstoffen und sonstigen Inhaltsstoffen. Stelle dein Untersuchungsergebnis
übersichtlich in einer Tabelle dar.
– individuelle Lösung
Nährstoffe allein genügen nicht (Seite 121)
A1 Notiere einen Tag lang, was du isst. Unterstreiche die pflanzlichen Nahrungsmittel grün, die
tierischen rot und mit rot und grün, wenn beide enthalten sind.
– individuelle Lösung
Praktikum: Versuche zu Nährstoffen (Seite 122/123)
A1 Erstelle eine Beobachtungstabelle nach dem obigen Beispiel.
A2 Trage in die rechte Spalte ein +- oder – - Zeichen ein, je nachdem , ob Stärke nachweisbar
war oder nicht.
– siehe Tabelle
Lebensmittel (Beispiele)
Stärkenachweis
Apfel
–
Weißbrot
+
Nudeln
+
Reis
+
Kopfsalat
–
Käse
–
A3 Nach etwa 3 bis 5 Minuten kann im Reagenzglas eine Veränderung beobachtet werden.
Diese Veränderung zeigt an, dass Traubenzucker enthalten ist. In gleicher Weise reagieren
einige andere Zucker, wie zum Beispiel Malzzucker und Fruchtzucker. Notiere in deinem Heft
einen Merksatz zur Veränderung der Farbe.
– Merksatz: Traubenzucker (bzw. Malzzucker oder Fruchtzucker) in Lebensmitteln lässt sich durch
einen hellroten Niederschlag bei der Fehling-Probe zeigen.
A4 Bei welchen Lebensmitteln und Getränken ist die Fehling-Probe positiv?
– Positiv ist die Fehling-Probe für Honig, Obstsäfte, Limonade und Milch.
28 Herz-Kreislauf-, Atmungs- und Verdauungssystem
A5 Erstelle hierzu eine entsprechende Tabelle (vergleiche Stärkenachweis).
– siehe Tabelle
Lebensmittel (Beispiele)
Stärkenachweis
Honig
+
Obstsaft
+
Gemüsesaft
–
Limonade
+
Milch
+
Olivenöl
–
A6 Notiere in dein Heft die Farbveränderung des Eiweißgranulats und formuliere daraus einen
Merksatz zum Nachweis von Eiweißen.
– Merksatz: In Gegenwart von Eiweiß ergibt die Biuret-Probe eine violette Farbreaktion. Mit den
Biuret-Reagenzien lassen sich Eiweiße nachweisen.
A7 Notiere, in welchen der Lebensmittel Eiweiße nachzuweisen sind und in welchen nicht.
– Folgende Lebensmittel enthalten Eiweiß, das mit der Biuret-Probe nachgewiesen werden kann:
Käse, Butter, Brot, Ei und weiße Bohnen. Sonnenblumenöl und Orangensaft zeigen keine positive Farbreaktion.
A8 Beschreibe das Versuchsergebnis und notiere, wie man Fett nachweisen kann.
– Nach Trocknung bleibt bei der Salatölprobe ein Fettfleck zurück. Fette und Öle lassen sich durch
die Fettfleckprobe nachweisen.
A9 Betrachte das Papier genau und notiere, welche Nahrungsmittel viel, wenig oder fast kein
Fett enthalten.
– Viel Fett enthalten: Wurst, Schokolade, Nüsse und Kuchen. Wenig Fett ist in Vollmilch, Brot und
Äpfeln enthalten.
Die Vielfalt der Lebensmittel (Seite 125)
A1 Schreibe für deine Familie die Art und Menge der Lebensmittel auf, die in einer Woche eingekauft werden. Vergiss dabei nicht die Getränke und die Nahrung, die sofort nach dem Kauf
außerhalb verzehrt werden. Fertige nach dem Vorbild der Fotos eine Collage an.
– individuelle Lösung
A2 Das Thema „Ernährung“ bietet viele Anknüpfungsmöglichkeiten für das Basiskonzept „Stoffund Energieumwandlung“ (s. Seite 210). Erläutere dies an einem Beispiel.
– Der Tennisspieler setzt im Verlauf seiner Tätigkeit Energie um, die er sich durch die Nahrung
zuführen muss. Dabei wird die in der Nahrung enthaltene Energie in andere Formen (Bewegung
Wärme) umgewandelt.
Der Weg der Nahrung durch den Körper (Seite 126)
A1 Die Abbildungen 1 bis 3 zeigen mikroskopische Bilder der Dünndarmwand mit zunehmender
Vergrößerung. Beschreibe den Aufbau mit eigenen Worten.
– Die Dünndarmwand ist gefaltet. Die Falten tragen an der Oberfläche spitze Ausbuchtungen, die
Darmzotten. An der Oberfläche der Darmzotten sind zapfenartige Ausstülpungen, die Mikrovilli.
Enzyme — Hilfsstoffe der Verdauung (Seite 128)
A1 Beschreibe den Unterschied zwischen Nahrungszerkleinerung und ihrem enzymatischen Abbau.
– Bei der (mechanischen) Nahrungszerkleinerung bleiben die Nährstoffe chemisch unverändert,
sie werden allerdings für den Angriff der Enzyme durch eine Vergrößerung der Oberfläche vorbereitet. Ergebnis des enzymatischen Abbaus ist ein veränderter Stoff mit anderen chemischen
Eigenschaften.
A2 Sportler verzehren bei starker körperlicher Belastung traubenzuckerhaltige Getränke. Erkläre.
– Komplexe Kohlenhydrate wie Stärke erfordern einen enzymatischen Abbau. Dessen Produkte
werden nur nach und nach ins Blut abgegeben. Um starke momentane Körperbelastungen zu
kompensieren, verwenden Sportler den direkt ins Blut übergehenden Traubenzucker. Sie umgehen damit den langsamen enzymatischen Verdauungsprozess.
29 Herz-Kreislauf-, Atmungs- und Verdauungssystem
A3 Weidetiere wie z. B. Rinder beherbergen in ihrem Verdauungstrakt Kleinlebewesen, die das
Enzym Zellulase bilden können. Entwickle eine Hypothese zur Bedeutung dieser Tatsache für
den Pflanzenfresser.
– Wie der Mensch, kann auch das Rind Zellulose prinzipiell nicht zersetzen, da ihm das notwendige Verdauungsenzym Zellulase fehlt. Durch die mit der Nahrung aufgenommenen Mikroorganismen wird die zellulosereiche pflanzliche Kost jedoch energetisch nutzbar.
Praktikum: Verdauung und Oberflächenvergrößerung (Seite 129)
A1 Vergleiche die Oberflächen des großen und des kleinen Würfels und erkläre den Unterschied.
– Der kleine Würfel hat eine geringere Oberfläche als der große. Insgesamt hat jedoch die Oberfläche nach der Zerlegung zugenommen, da Flächen, die im Innern des großen Würfels lagen,
nun außen liegen und zur Oberfläche dazuzählen.
A2 Erläutere die biologische Bedeutung des Kauvorgangs an diesem Modell.
– Beim Kauen wird die Oberfläche des Nahrungsbreies vergrößert, da durch die Zerteilung innere
Bereiche zu äußeren werden. Durch die vergrößerte Oberfläche können Enzyme effektiver die
Nahrung angreifen.
A3 Bewerte die Aussagekraft des Modellexperiments kritisch.
– Modellkritik: Das Modell stimmt nur in wenigen Aspekten mit den tatsächlichen Vorgängen
überein. Die vorgefertigte Form der Würfel bzw. Quader hat keine reale Entsprechung. Das Ausmaß der Oberflächenvergrößerung durch Kauen ist wesentlich größer als im Modellexperiment.
Nicht erwähnt wird im Modell ferner die durchmischende Funktion des Kauens.
A4 Durch welche mathematische Beziehung lässt sich an diesem Beispiel das Prinzip der Oberflächenvergrößerung deutlich machen?
– Das Verhältnis Q Oberfläche zu Volumen lässt sich beim Würfel beschreiben als Q = 6a2 : a3. Für kleine Werte von a ist Q größer.
A5 Entwickle eine Hypothese zur Deutung des Versuchs. Gehe dabei auch auf Reagenzglas C
und die Bedeutung des Wasserbades ein.
– Hypothese zur Deutung: Im Gegensatz zu Reagenzglas C kommt es in A und B zu einer Entfärbung, da Speichel und Amylase in gleicher Weise auf Stärke wirken. Im Speichel ist Amylase
enthalten.
A6 Plane ein Experiment zur Überprüfung deiner Hypothese.
– Ließe sich durch eine Zerstörung der Amylase zeigen, dass die Iod-Stärke-Lösung nicht entfärbt
wird, könnte man diesen Versuch auch auf Speichel anwenden. Damit könnte gezeigt werden,
dass Amylase im Speichel enthalten ist.
A7 Beschreibe die Wirkung der Gallenflüssigkeit und des Spülmittels auf das Pflanzenöl.
– Gallenflüssigkeit und Spülmittel wirken in gleicher Weise auf das Pflanzenöl. Es kommt zur
Bildung kleiner Öltröpfchen.
A8 Verdeutliche deine Aussage durch eine entsprechende Skizze.
– individuelle Lösung
A9 Erläutere die biologische Bedeutung der Gallenflüssigkeit für die Fettverdauung. Berücksichtige hierbei auch die Eigenschaft der Lipase.
– Die Gallenflüssigkeit führt zu einer Vergrößerung der Oberfläche des Fettes im Speisebrei. Dadurch kann das Fett verdauende Enzym Lipase besser angreifen.
A10Spülmittel dient als Modellsubstanz. Erkläre und bewerte das Modell.
– Spülmittel zeigt die gleiche Wirkung wie Gallenflüssigkeit, hat aber ein anderes Aussehen, einen
anderen Geruch und eine andere Herkunft. Als Funktionsmodell kann Spülmittel sehr wohl
dienen.
A11 Begründe, warum Gallseife, ein Gemisch aus Rindergalle und Seife, zur Beseitigung von
Fettflecken (z. B. aus Kleidung) verwendet werden kann.
– Gallseife führt zur Vergrößerung der Oberfläche von verunreinigendem Fett, das mithilfe der
Seife nun besser aus der Kleidung entfernt werden kann.
30 Herz-Kreislauf-, Atmungs- und Verdauungssystem
Ausgewogene Ernährung (Seite 130)
A1 Bestimme das Gericht (Abb. 1), das die Nährstoffe am ausgewogensten enthält.
– Schnitzel mit Reis: Gesamtenergiegehalt = 1127 kJ, davon 56 % Kohlenhydrate und 20 % Fett. Das
Gericht kann als ausgewogen gelten.
Steak mit Pommes: Gesamtenergiegehalt = 989 kJ, davon 38 % Kohlenhydrate und 46 % Fett.
Das Gericht ist zu fettlastig und damit nicht ausgewogen.
Salat: Gesamtenergiegehalt = 259 kJ, davon 51 % Kohlenhydrate und 29 % Fett. Obwohl das
Verhältnis von Kohlenhydraten zu Fett als ausgewogen angesehen werden kann, enthält das
Gericht recht wenig Eiweiß.
Material: Gesunde Ernährung (Seite 131)
A1 Die Ernährungspyramide soll den Anteil der Lebensmittel an unserer Ernährung verdeutlichen. Erkläre.
– Den größten Anteil unserer Nahrung sollen Getreideprodukte (als Kohlenhydratlieferanten) und
Gemüse einnehmen. Milch, Fleisch, Fisch und Eier sind eiweißhaltig und nehmen einen geringeren Anteil ein. Der geringste Anteil entfällt auf Fette und Zucker, die nur in Maßen genossen
werden sollen.
A2 Stelle für einen Tag 5 über den Tag verteilte Mahlzeiten zusammen, die den Anforderungen
einer vollwertigen Ernährung gerecht werden.
– Energiebedarf bei leichter Arbeit: ca. 10 000 kJ / Tag. Werte gerundet.
1. Frühstück (ca. 25 % der Energiezufuhr): Cornflakes oder Müsli (150 g, 2450 kJ), Milch (200 g,
540 kJ)
2. Frühstück (ca. 10 %): Banane (100 g, 380 kJ), Jogurt (150 g, 410 kJ)
Mittagessen (ca. 30 %): Hühnerfleisch (150 g, 900 kJ), Vollkornnudeln (200 g, 1150 kJ), Gemüse
(100 g, 300 kJ), Kopfsalat, angemacht (100 g, 400 kJ), Pudding (50 g, 270 kJ)
Nachmittags (ca. 10 %): Apfel (200 g, 450 kJ), Rohkost (100 g, 100 kJ) Orangensaft (200 g, 410 kJ)
Abendessen (ca. 25 %): Vollkornbrot (200 g, 160 kJ), Butter (20 g, 630 kJ), Würstchen (100 g,
1100 kJ), Tomate (50 g, 40 kJ), Apfelsaft (200 g, 400 kJ)
A3 Stelle die in der Tabelle genannten Werte zum Vitaminverlust verschiedener Lebensmittel in
Abhängigkeit von ihrer Lagerzeit in einem Säulendiagramm dar. Zähle Schlussfolgerungen
auf, die sich aus den Ergebnissen für deine Ernährung ergeben.
– Obst und Gemüse sollten möglichst frisch verzehrt werden. Bei einer längeren Lagerung ist auf
eine ausreichende Kühlung zu achten. Damit kann der Verlust an bestimmten Vitaminen, wie
dem gegenüber Wärme- und Sauerstoffeinwirkung sehr empfindlichen Vitamin C, gering gehalten werden.
A4 Obst und Gemüse enthalten nicht nur Mineralstoffe und Vitamine, sondern auch sogenannte sekundäre Pflanzenstoffe. Suche Informationen dazu und begründe ihren Wert für die
menschliche Ernährung.
– Sekundäre Pflanzenstoffe sind zum Beispiel Farbstoffe in roten Beeren. Regelmäßiger Verzehr
schützt vor schädlichen Wirkungen eigener Stoffwechselprodukte. Es sind viele Lösungen möglich.
Essstörungen (Seite 135)
A1 Berechne den BMI von Marie.
– Der BMI von Marie beträgt 16.
A2 Arbeite die Verhaltensweisen von Marie tabellarisch heraus.
– Verhaltensweisen von Marie: ausgesprochen dünn, Körperbau hager; Knochen und Sehnen
deutlich erkennbar; Essen ist immer problematisch, Nahrung wird hin- und hergeschoben und
nur äußerst langsam verzehrt; nach Möglichkeit wird fett- und kalorienreduzierte Kost gegessen; intensiver Sport wird getrieben; die Problematik wird bestenfalls gereizt diskutiert, eher
wird alles abgestritten und bagatellisiert.
A3 Wie würdest du eine Freundin oder einen Freund ansprechen, von der oder dem du vermutest, dass sie oder er unter Anorexia leidet? Informiere dich und erläutere.
– Zunächst sollte man sich ausgiebig informieren, denn die betroffene Person unmittelbar mit der
vermuteten Problematik zu konfrontieren, sie gar zu drängen, führt in der Regel nur zur Blockade. Hierzu sollte man mit anderen Freunden, Lehrern, vielleicht auch den Eltern sprechen, ob
Ähnliches aufgefallen ist. Wichtig wäre sicherlich vorab auch, eine Beratungsstelle zu kontaktieren, um eine auf die betroffene Person zugeschnittene Möglichkeit des Ansprechens zu finden.
31 Herz-Kreislauf-, Atmungs- und Verdauungssystem
A4 Unsere Gesellschaft hat bestimmte Vorstellungen davon, wie ein „schöner“ Mensch aussehen muss. Dies kommt auch in der Werbung zum Ausdruck. Finde die Vorstellungen unserer
Gesellschaft heraus und beschreibe sie.
– Der „schöne“ Mensch wird momentan als betont schlank und makellos dargestellt.
Anmerkung: Das Schönheitsideal des Menschen ändert sich regelmäßig. Die Schüler könnten
etwa herausfinden, wie die Ideale vor 100 Jahren oder 20 Jahren waren.
A5 Folgen dieser Vorstellungen können Anorexia oder Bulimie sein. Findest du das gut? Äußere
deine Meinung dazu.
– Anmerkung: Wichtig wäre hierbei, dass die Schüler/innen erkennen, dass man sich des bestehenden Schlankheitsideals bewusst sein muss und dass es sich nicht um eine Norm handelt.
Außerdem sollte betont werden, dass es für die meisten Menschen schlicht nicht möglich ist,
dieses Ideal zu ereichen, weil etwa die Körperproportionen oder auch individuelle Merkmale
(wie Muttermale) diesem nicht gerecht werden können. Schönheit liegt infolgedessen eher im
Individuellen.
A6 Machen Kinder mit Adiposatis eine Therapie, so müssen sie dort nicht nur abnehmen,
sondern unter anderem auch lernen, sich ausgewogen zu ernähren. Informiere dich über
ausgewogene Ernährung und stelle eine entsprechende Mahlzeit zusammen.
– Eine ausgewogene Ernährung setzt sich aus Kohlenhydraten (55 bis 60 % des Energiebedarfs),
Fett (max. 30 % des Energiebedarfs) und Eiweiß zusammen. Außerdem sollten Mineralstoffe,
Vitamine und Ballaststoffe enthalten sein. Um einen Sättigungseffekt ohne hohe Energiezufuhr
zu erzielen, sollten adipöse Kinder besonders auf Ballaststoffe setzen. Gemüse, Salate, das
meiste Obst und Vollkornprodukte sind ballaststoffreich und damit bei mäßiger Energiedichte
sättigend.
Eine Mahlzeit könnte enthalten: 1 Scheibe Vollkornbrot, dünn mit Butter bestrichen und mit
Gurkenscheiben belegt. Dazu ein Becher Magerjogurt und ein Glas Apfelsaftschorle. Gesamt­
energiegehalt: 824 kJ, davon Kohlenhydrate: 57 %, Fett 29 %, insgesamt 6,2 g Eiweiß, das macht
8 % des Tagesbedarfs aus (angenommenes Körpergewicht m = 50 kg).
Weitere innere Organe und ihre Aufgaben (Seite 136/137)
A1 Erläutere, inwiefern die Leber als Chemikerin und Heizung aufgefasst werden kann.
– In der Leber finden über 500 verschiedene Stoffwechselprozesse statt. Hier werden zum Beispiel
aus Eiweißbruchstücken neue körpereigene Eiweiße synthetisiert. Hier erfolgt der Abbau von
giftigen Stoffen zu weniger giftigen, etwa von Alkohol.
A2 Begründe, warum es für den Körper unerlässlich ist, dass aus dem Vorharn Wasser entzogen
wird.
– Um den Flüssigkeitsverlust auszugleichen, der entstehen würde, wenn wir bereits den Vorharn
ausschieden, müssten wir täglich 170 Liter Wasser trinken. Der Wasserentzug ermöglicht einen
effektiveren Umgang des Körpers mit der Ressource Wasser.
A3 Insulin und Glukagon werden als Gegenspieler bezeichnet, dennoch ergänzen sie sich in
ihrer Funktion. Erläutere diese Aussage.
– Die Wirkung von Insulin (Zuckeraufnahme in die Zellen) und Glukagon (Zuckerabgabe aus den
Zellen) sind entgegengesetzt. Dennoch ist ihr Zusammenspiel für die Regelung des Zuckerspiegels auf einen erträglichen Wert unbedingte Voraussetzung.
Übungen: Herz-Kreislauf-, Atmungs- und Verdauungssystem (Seite 138/139)
A1 Erläutere das Gegenspielerprinzip, indem du es auf die Atemvorgänge beim Menschen
anwendest.
– Muskeln können sich selbst nur kontrahieren, müssen aber durch andere Strukturen gedehnt
werden. Dies können andere Muskeln übernehmen, die sich genau gegenläufig bewegen.
Beispiel: Zwerchfell und Muskulatur der Bauchdecke bei der Bauchatmung, innere und äußere
Zwischenrippenmuskulatur bei der Brustatmung.
A2 Abbildung 1 zeigt die Veränderung der Anzahl der Atemzüge pro Minute. Beschreibe und
erkläre die Grafik.
– Nach der Belastung steigt die Anzahl der Atemzüge pro Minute etwas zeitversetzt. Durch die
Belastung entstehender Sauerstoffmangel wird durch zusätzliche Atemzüge ausgeglichen.
Später stellt sich der Ruhewert wieder ein.
32 Herz-Kreislauf-, Atmungs- und Verdauungssystem
A3 Alle Menschen haben bereits vorgeburtlich ein kleines Loch in der Herzscheidewand (Abb. 2).
Wenn dieses sich nach der Geburt nicht schließt, ist unter Umständen eine Operation vonnöten. Erläutere die Folgen für die Betroffenen.
– Sauerstoffreiches und -armes Blut vermischen sich im Herzen, sodass Mischblut in den Körper
gepumpt wird. Die Betroffenen leiden vor allem unter Belastung bei Sauerstoffmangel, was sich
in Atemnot und Leistungsschwäche äußern kann.
A4 Ein Spielzeugauto ist ein Modell für ein echtes Auto (Abb. 3). Vergleiche Modell und Realität.
– Das Modell ist viel kleiner, ist aus anderen Materialien aufgebaut, besitzt weder Motor noch
Lenkung, Getriebe, Sitze etc., bietet keinen Platz für Menschen und gleicht dem Original exakt.
A5 Beschreibe das Konzept der Oberflächenvergrößerung an den Beispielen des Kauens und
des Aufbaus der Dünndarmwand. Nenne hierbei auch die Unterschiede.
– In beiden Fällen liegt eine starke Vergrößerung vor. Beim Kauen wird sie durch den Menschen
erzeugt, im Darm entwickeln sich die Zotten ohne unser Zutun.
A6 Stelle stichwortartig die Lage und Funktion der genannten Organe dar.
– Lunge: oberhalb des Zwerchfells: Gasaustausch;
Herz: oberhalb des Zwerchfells, nach links geneigt: Beförderung des Blutes in den großen und
kleinen Kreislauf;
Magen: unterhalb des Zwerchfells, linke Körperhälfte: Transport und Vermischung des Nahrungsbreis, Eiweißvorverdauung;
Darm: unterhalb des Zwerchfells, füllt einen Großteil des unteren Bauchraumes aus: Aufnahme
von Nährstoffbausteinen und Wasser aus der Nahrung ins Körperinnere;
Bauchspeicheldrüse: unterhalb des Zwerchfells: Bildung von Enzymen und Hormonen;
Leber: unterhalb des Zwerchfells, rechte Körperhälfte: Speicherung von Zuckern, Umbau von
Eiweißen, Entgiftung;
Niere: paariges Organ unterhalb des Zwerchfells: Ausscheidung von Harnstoff, Salzen und
Wasser.
A7 Die Niere baut Insulin und Glukagon ab. Erkläre die Bedeutung dieser Vorgänge.
– Da beide Hormone Gegenspieler sind, ist es sinnvoll, dass sie jeweils aus dem Blut entfernt
werden.
33 Herz-Kreislauf-, Atmungs- und Verdauungssystem
5 Stütz- und Bewegungsapparat des Menschen
5.1 Der Bewegungsapparat
Bewegung — Zusammenarbeit von Knochen, Muskeln und Gelenken (Seite 142)
A1 Beim Sport fliegt ein Ball auf deinen Kopf zu. Du weichst gerade noch rechtzeitig aus. Erläutere an einem Beispiel, dass es sich um eine Gemeinschaftsleistung vieler Organe
deines Körpers handelt.
– Die Augen als Sinnesorgane nehmen den Ball wahr, geben diese Information über Nerven ans
Gehirn weiter. Dieses entscheidet blitzschnell über die nötige Ausweichbewegung. Es gibt die
entsprechenden Informationen über Nerven an die zur Ausführung notwendigen Muskeln weiter.
Das Skelett des Menschen (Seite 143)
A1 a Betrachte die Seitenansicht der Wirbelsäule. Beschreibe ihre Form.
b Die Wirbelsäule besteht aus Wirbeln. Ertaste an dir einige Wirbel.
c Betrachte die Wirbelsäule und vergleiche die Größe der Wirbel miteinander. Notiere, was
dir daran auffällt. Nenne die Bedeutung der Größenunterschiede.
– a)Die Wirbelsäule ist mehrfach gekrümmt (doppelt-S-förmig).
b)Hinweis: Wirbel lassen sich gut ertasten, wenn man den Rücken etwas nach vorne krümmt.
c)Die Wirbel werden vom Kopf zum Becken immer größer. Je weiter unten ein Wirbel sitzt, desto
stärker wird er belastet, weil er die darüber liegenden Körperteile bei allen Bewegungen
mittragen muss.
A2 Überlege, was sich beim Menschen innerhalb des knöchernen Brustkorbs befindet. Benenne
eine weitere wichtige Funktion, außer der Stützfunktion, die er erfüllt.
– Schutzfunktion für die dort befindlichen inneren Organe.
A3 Suche in der Abbildung den Schultergürtel. Notiere, welche Knochen zum Schultergürtel
gehören. Ertaste sie.
– Schlüsselbein und Schulterblatt.
A4 aErtaste die Knochen eines Arms. Weißt du, wie sie heißen? Suche sie in der Abbildung und
prüfe, ob du die richtigen Namen bereits wusstest.
bZeige deinem Nachbarn an deinem Unterarm Elle und Speiche.
– a)Oberarmknochen, Elle und Speiche.
b)Die Speiche verläuft von der Ellenbogenbeuge bis zur Daumenseite des Handgelenks.
A5 Benenne die Röhrenknochen des Skeletts.
– Typische Röhrenknochen sind Oberarmknochen, Elle, Speiche, Oberschenkelknochen, Schienbein,
Wadenbein und Rippen.
A6 Nenne deinen längsten Knochen.
– Der längste Knochen ist der Oberschenkelknochen.
A7 Benenne die Knochen des Hundeskeletts (s. Abb.). Finde dabei das Knie des Hundes.
– 1: Schädelknochen, 2: Wirbelsäule, 3: Oberarmknochen, 4: Elle, 5: Speiche, 6: Handskelett, 7: Brustkorb mit Brustbein und Rippen (ggf. könnte man bei 4, 5 und 6 auch von Wadenbein,
Schienbein und Fußskelett sprechen.) Das Knie findet man durch die Farbgebung.
Gelenke machen das Skelett beweglich (Seite 144)
A1 In der Abbildung links unten sind drei Gelenke dargestellt: das Ellenbogengelenk, das
Hüft­gelenk sowie das Gelenk, wo der Daumen in die Hand übergeht (der sogenannte Daumengrund). Untersuche mit deinem Nachbarn die Beweglichkeit dieser drei Gelenke und
vergleiche sie miteinander.
– • Hüftgelenk: Lässt sich nach oben und unten, rechts und links, vorne und hinten bewegen. Damit sind auch kreisrunde Bewegungen möglich.
• Daumengrund: Lässt sich nach links und rechts, nach vorne und hinten bewegen.
• Ellenbogengelenk: Lässt sich nur nach vorne und hinten bewegen. Kreisrunde Bewegungen
sind unmöglich.
A2 Finde in deinem Körper weitere Beispiele für die jeweiligen Gelenktypen.
– Kugelgelenk: Schultergelenk
Scharniergelenk: Gelenke zwischen den Fingergliedern, Kniegelenk
34 Stütz- und Bewegungsapparat des Menschen
A3 Auf dieser Seite finden sich mehrere Beispiels für das Basiskonzept „Struktur und Funktion“.
Suche die Beispiele heraus und zeige auf, dass sie zu diesem Konzept gehören.
– Die Struktur des Gelenks z. B. ist an die Funktion der Beweglichkeit angepasst: Die Gelenkschmiere vermindert gemeinsam mit dem Knorpel die Reibung; der Gelenkkopf sitzt in der dazu
passenden Pfanne. Beide werden von festen Bändern umgeben, sodass trotz Beweglichkeit
auch Stabilität gewährleistet ist. Anhand der Struktur der Knochen, die das Gelenk aufbauen,
kann man die Bewegungsmöglichkeiten des Gelenks ableiten.
Praktikum: Knochen (Seite 145)
A1 Lege ein Stück Kreide über zwei Stativstäbe. Befestige an der Kreide eine Bindfadenschlinge.
Hänge an den Bindfaden Wägestücke. Beginne mit 100 Gramm. Erhöhe nun die Belastung.
Hänge dazu immer weitere 100-Gramm-Wägestücke an, bis die Kreide bricht. Notiere, bei
welcher Belastung der Bruch auftritt.
– Kreide bricht etwa bei einer Belastung von 1 kg.
A2 Verwende nun statt der Kreide einen Hühnerknochen, der etwa gleich dick ist. Hänge Wägestücke mit der Bindfadenschlinge an den Knochen. Belaste ihn zunächst genau so stark wie
die Kreide, als sie zerbrochen ist. Verdopple, verdreifache und vervierfache diese Belastung.
Beobachte dabei den Knochen. Nenne die Veränderung des Knochens unter Belastung.
– In der Praxis kann man den Knochen kaum so stark belasten, dass er bricht. Es ist jedoch bereits bei geringeren Belastungen die elastische Verformung des Knochens zu beobachten.
A3 Fertige eine einfache Umrissskizze und trage in sie alle erkennbaren Bestandteile ein.
– • Knochenwand aus kompakter Knochensubstanz; überzogen von fester Knochenhaut mit Blut-
gefäßen
• Gelenkkopf mit weißlichem Knorpel; innen von feinem, schwammartigem Gitterwerk aus
Knochenbälkchen erfüllt
A4 Suche im Innern des Gelenkkopfes nach den faserartigen Knochenbälkchen. Betrachte diese
genauer mit einer Lupe. Erläutere die Bedeutung dieser Knochenbestandteile.
– Die Knochenbälkchen verlaufen so, dass die auf das Gelenk wirkenden Druck- und Zugkräfte
aufgefangen und mit geringstem Materialaufwand den Schaftwänden zugeleitet werden (Anmerkung: vgl. Präparat: Natürlicher Knochenschnitt Oberschenkel, Schlüter 87a oder 89;
Modell Bälkchenstruktur, Schlüter 3405a, Gitterkran, Stahlbrücke, Verstrebungen gotischer
Kathedralen).
A5 Versuch 1: Der Oberschenkelknochen eines Hähnchens wird vom Lehrer über Nacht in verdünnte Salzsäure gelegt und am nächsten Tag sorgfältig mit Wasser abgespült. Beobachte
und beschreibe Veränderungen im Aussehen und der Festigkeit des Knochens.
– Der Knochen ist nun biegsam wie Gummi, mit dem Messer schneidbar.
A6 Versuche eine Deutung zu geben, was mit den Knochen geschehen sein kann.
– Schlussfolgerung: Dem Knochen wird durch Salzsäure eine Substanz entzogen, die ihm Festigkeit verleiht.
A7 Versuch 2: Um die Veränderung des Knochens weiter erklären zu können, wird folgendes
Experiment ausgeführt: Fülle in ein kleines Becherglas ein wenig 5%ige Salzsäure. Gib dazu
jeweils ein Stückchen Knochen, Holz und Kalk. Beobachte die drei Stoffe in der Salzsäure.
Nimm eine Lupe zu Hilfe. Vergleiche und beschreibe deine Beobachtungen.
– Beobachtungen: An Kalk und Knochen bilden sich Gasbläschen. Die Gasentwicklung ist am
Kalkstückchen gut beobachtbar, am Knochen wegen der geringen Konzentration der Salzsäure
nur deutlich mit der Lupe.
A8 Deute die Beobachtungen zur Wirkung von Salzsäure auf Knochen.
– Schlussfolgerung: Der Knochen enthält Kalk.
A9 Informiere dich über weitere Inhaltsstoffe von Knochen und erläutere ihre Bedeutung.
– Ein eiweißhaltiger Anteil vermittelt in gewissem Ausmaß eine Biegsamkeit der Knochen, sodass
sie nicht bei der geringsten Verformung brechen.
A10Führe den nachfolgenden Versuch mit einem dünnen Karton und verschiedenen Wägestücken durch. Notiere deine Beobachtungen.
– Gewölbt trägt der Karton viel größere Gewichte (Gewölbestabilität). Technische Vergleiche:
Brücken-, Kellergewölbe
A11 Betrachte das menschliche Fußskelett. Die Form ist gut an seine Aufgabe angepasst. Erläutere dies.
– Es hat federnde Wirkung und bietet gleichzeitig Stabilität.
35 Stütz- und Bewegungsapparat des Menschen
A12Biege Drahtstücke entsprechend der Skizze zurecht. Belaste diese Wirbelsäulenmodelle mit
gleichem Gewicht, indem du z. B. Wägestücke oder Glasmurmeln in Plastikbeuteln anhängst.
Beschreibe deine Beobachtungen.
– Nur das Modell 2 kann seine Form beibehalten. Die anderen drei Modelle verformen sich stark
oder knicken gänzlich ab.
A13Ermittle das am stärksten belastbare Modell.
– Modell 2
A14Vergleiche die vier Modelle mit der Wirbelsäule des Menschen. Bestimme dasjenige, das am
meisten mit ihr übereinstimmt.
– Modell 2
36 Stütz- und Bewegungsapparat des Menschen
5.2 Die Muskulatur
Unsere Muskulatur (Seite 148)
A1 Versuche die in der Abbildung dargestellten Muskeln zu ertasten. Wo gelingt dies leicht, wo
nicht?
– Leicht ertastbar sind Muskeln an Armen und Beinen, am Nacken, am Unterkiefer (beim Zusammenbeißen der Zähne), an Brustkorb und Bauch. Kaum ertastbar sind z. B. die vielen kleinen
Muskeln zwischen den Rippen und an der Wirbelsäule.
A2 Beuge und strecke deinen Arm im Ellenbogengelenk. Befühle dabei mit der Hand des anderen Armes den Oberarm über und unter dem Knochen. Dabei solltest du über dem Knochen
am besten mittig fühlen, wohingegen unter dem Knochen besser in der Nähe des Ellenbogengelenks gefühlt wird. Formuliere deine Beobachtungen.
– Beim Beugen wird der Muskel über dem Knochen dick, beim Strecken verdickt sich der Muskel
unter dem Knochen (dies ist weniger stark ausgeprägt als der Muskel beim Beugen über dem
Knochen; man fühlt es am besten kurz vor dem Ellenbogengelenk). Mit dieser Erfahrung kann
man beim Strecken auch feststellen, dass der Muskel über dem Knochen wieder dünner wird,
beim Beugen beobachtet man dies beim Muskel unter dem Knochen.
A3 Bewege einzelne Finger und beobachte dabei den Handrücken. Formuliere deine Beobachtungen.
– Unter der Haut werden die Sehnen der Fingerstreckmuskulatur bewegt und damit gut sichtbar.
A4 Spiele mit den Fingern einer Hand auf dem Tisch kräftig „Klavier“. Fühle, wo die Muskeln
für die Fingerbewegung liegen. Beobachte dabei deinen Unterarm und halte die Besonderheiten bei der Daumenbewegung fest.
– Die Fingerstreck- und Fingerbeugemuskulatur ist am Unterarm fühlbar. Bewegt man den Daumen so, dass er anderen Fingern gegenübergestellt wird, so spürt man dabei keine Muskelkontraktionen am Unterarm. Opponieren und Abspreizen des Daumens wird durch eigene Muskeln
im Daumenballen ermöglicht.
Muskeln bewegen unsere Knochen (Seite 149)
A1 Setze dich auf einen Stuhl und strecke den Unterschenkel waagerecht aus. Winkle nun den
Unterschenkel so weit wie möglich an. Ertaste dabei am Bein die Muskeln, die diese Bewegung ermöglichen. Beschreibe daran das Gegenspielerprinzip.
– An der Oberseite des Oberschenkels liegt der Muskel (Quadrizepsmuskel), der den Unterschenkel streckt. Der Beugemuskel ist an der Unterseite des Oberschenkels zu spüren.
Gegenspielerprinzip: Für Beugen und Strecken ist jeweils ein Muskel vorhanden. Zieht sich der
Streckmuskel zusammen, so bewegt er das Gelenk. Dadurch wird der andere Muskel/Beugemuskel (Gegenspieler) gedehnt.
Übungen: Stütz- und Bewegungsapparat des Menschen (Seite 152/153)
A1 Ordne den drei Skelettabbildungen A, B und C den entsprechenden Gelenktyp (Kugelgelenk,
Scharniergelenk, Sattelgelenk) zu.
– Typ A: Sattelgelenk, Typ B: Scharniergelenk, Typ C: Kugelgelenk
A2 In der Abbildung unten siehst du einen vierten Gelenktyp (D), das sogenannte Eigelenk. Es
entspricht im Wesentlichen einem der drei vorher besprochenen Gelenktypen. Finde diesen
Gelenktyp heraus und begründe deine Auswahl.
– Das Eigelenk entspricht dem Sattelgelenk, weil es sich in zwei der drei möglichen Richtungen
bewegen lässt. Das Drehen um die eigene Achse ist nicht möglich.
A3 Benenne die mit Ziffern versehenen Knochen des Hundeskeletts, indem du deine Kenntnisse
über das menschliche Skelett überträgst.
– 1) Schulterblatt, 2) Wirbelsäule, 3) Hüfte, 4) Oberschenkelknochen, 5) Fußskelett
37 Stütz- und Bewegungsapparat des Menschen
A4 Kennzeichne im Pferdeskelett eindeutig die Hüfte und das Knie (Abb. oben).
– siehe Abbildung
Hüfte
Knie
A5 Im Schulalltag kann es zu Problemen mit deinem Bewegungsapparat kommen. Erläutere die
Ursachen und nenne Gegenmaßnahmen.
– Muskeln kommen häufig paarweise vor: Zieht sich der eine zusammen, so wird der andere
dabei auseinandergezogen und umgekehrt; Beispiele: Bizeps und Trizeps;
Muskel vor und hinter dem Schien/ Wadenbein; Muskel auf Vorder- und Rückseite des Oberschenkelknochens
A6 Erläutere das Gegenspielerprinzip und zeige Gegenspielerpaare an deinem Körper auf.
– Verformung der Wirbelsäule durch einseitige oder falsche Belastung; Maßnahme: Tasche auf
tragen und richtig packen. Gekrümmter Rücken (niedrige Sitzposition, falsche
Bestuhlung); Maßnahme: geeignete, möglichst höhenverstellbare Stühle verwenden.
S161045760_G071_01
beiden Schultern
Ingrid Schobel
A7 Erkläre mithilfe der Abbildung unten dieses Gegenspielerprinzip.
– Armstreckung: Trizeps (Strecker) kontrahiert, Bizeps (Beuger gedehnt)
Arm angewinkelt: Bizeps kontrahiert, Trizeps gedehnt
A8 Nenne weitere Beispiele für Muskeln, deren Tätigkeit über das Gegenspie­lerprinzip miteinander verknüpft sind.
– Beinstrecker und -beuger, Handbeuger und -strecker
Fingerbeuger und -strecker
A9 Im Gesicht befinden sich die meisten Muskeln unseres Körpers. Erläutere die Funktion der
Gesichtsmuskeln.
– Die Gesichtsmuskeln stehen hauptsächlich im Dienste der Mimik, sodass es möglich ist, eine
Vielzahl an Empfindungen zum Ausdruck zu bringen.
A10Ermittle die Anzahl der in der Abbildung sichtbaren Gelenke im Handskelett.
– 16 Gelenke (Handgelenk wird nicht weiter differenziert)
A11 Finde durch ein kleines Experiment heraus, wo die Muskeln sitzen, mit denen du die Finger
deiner Hand bewegst. Umfasse dazu mit einer Hand deinen Unterarm und bewege die
Finger der freien Hand in verschiedene Richtungen. Beschreibe deine Wahrnehmungen und
halte sie in einem Protokoll fest. Schließe das Protokoll mit einer kurzen Erklärung deiner
Wahrnehmungen ab.
– Die entsprechende Muskulatur, die über Sehnen mit den Fingern verbunden ist, befindet sich im
Unterarm. Bei der Beugung der Finger ist eine Anspannung von Muskeln an der Unterseite des
Unterarms zu spüren, beim Strecken von Muskeln auf der Oberseite.
A12Nenne Beispiele für Tätigkeiten, die vor allem durch die Beweglichkeit der Finger ermöglicht
werden.
– Klavierspielen; genau dosiertes Greifen empfindlicher Gegenstände, z. B. eines rohen Eies;
Schreiben; Gebrauch von Werkzeugen
38 Stütz- und Bewegungsapparat des Menschen
6 Sinnes- und Nervensystem
6.1 Signale empfangen und verarbeiten
Sinne und Reize (Seite 156/157)
A1 Nimm dir etwas Zeit und überlege, was dich am Besuch einer Kirmes besonders reizt.
– Individuelle Lösung.
A2 Benenne die menschlichen Sinnesorgane und die dazu passenden Reize.
• Auge: Lichtwellen
• Ohr: Schallwellen
• Haut: Temperatur, Druck, Schmerz
• Nase: Geruchsstoffe
• Zunge: Geschmacksstoffe
A3 Beschreibe mit eigenen Worten das Reiz-Reaktionsverhalten einer Torfrau unter Zuhilfe‑
nahme des Schemas in der Randspalte.
– Der anfliegende Ball wird von der Torfrau optisch wahrgenommen. Die visuellen Lichtreize treffen auf entsprechende Empfänger in der Netzhaut des Auges und werden in elektrische Signale
umgewandelt. Diese gelangen über den Sehnerv ins Gehirn, wo das Gesehene verarbeitet wird.
Das Gehirn reagiert daraufhin mit der Ausschüttung bestimmter Signale, die über Nervenbahnen zu den Muskeln gelangen und diese dazu veranlassen die entsprechende Bewegung
durchzuführen, um den anfliegenden Ball abzuwehren.
A4 Beschreibe, wie ein Blinder „lesen“ kann.
– Da Blinde Buchstaben nicht optisch wahrnehmen können, lesen sie mithilfe ihres Tastsinnes.
Die Blindenschrift besteht dabei aus unterschiedlichen Erhebungen auf dem Papier, die der
Blinde mithilfe der Tastsinneskörperchen in der Haut seiner Finger fühlen kann. Die Information
wird in Form von elektrischen Impulsen zum Gehirn weitergeleitet. Dort werden die ertasteten
Buchstaben und Wörter als „Gelesenes“ verarbeitet.
A5 Nenne dir bekannte technische Geräte, mit denen du deine Wahrnehmung erweitern kannst.
• Geigerzähler
• Waage
• Elektrosmogmessgerät für elektrische und magnetische Wechselfelder
• Mikroskop
• Thermometer
Das Auge (Seite 158/159)
A1 Erkläre die Vorgänge, die in Abb. 2 und 3 dargestellt sind.
– Die Hornhaut des Auges und der Glaskörper sind lichtdurchlässig. Aus diesem Grunde können
Lichtstrahlen, die auf das Auge treffen, durch die Pupille hindurch zur Netzhaut gelangen.
An Nervenfasern und an Nerven- und Steuerzellen vorbei gelangen die Lichtstrahlen zu den
Lichtsinneszellen, den Zapfen und den Stäbchen. Trifft ein Lichtstrahl auf den der Aderhaut zugewandten Teil einer Lichtsinneszelle (vgl. Abb. 4, S. 159) so wird er dort absorbiert (aufgenommen). Dies führt zu einer elektrischen Erregung der „getroffenen“ Zelle. Die Erregung wird nun
in Richtung der Augenmitte zunächst zu den Steuerzellen und den übergeordneten Nervenzellen
weitergeleitet. In diesen Zellen findet eine erste Verrechnung der Signale statt. Die langen
Fortsätze der genannten Nervenzellen, die gebündelt den Sehnerv des Auges bilden, leiten die
Erregung weiter zum Gehirn.
A2 Wieso sind nachts alle Katzen grau?
– Natürlich haben Katzen nachts die gleiche Farbe wie tagsüber. Wenn aber nur wenig Licht
vorhanden ist, z. B. bei Dämmerlicht oder im Mondschein, scheinen uns alle Dinge grau zu sein.
Das wenige Licht reicht dann nicht aus um die Zapfen ausreichend zu erregen, die lichtempfindlicheren Stäbchen werden dagegen noch ausreichend erregt. Unter diesen Bedingungen ist also
nur ein Hell-Dunkelsehen möglich. Aus diesem Grunde entsteht der Sinneseindruck „grau“ auch
für farbige Dinge und eben auch Katzen.
A3 Warum erscheint das Abblendlicht eines Autos in der Dunkelheit sehr grell, während das
gleiche Licht bei Tageslicht nur wenig wahrgenommen wird?
– Die Pupillenweite steuert, wie viel Licht ins Auge und somit schließlich auf die Netzhaut fällt.
In der Dunkelheit sind die Pupillen „auf weit“ gestellt. Das bedeutet, von dem auf das Auge
treffenden Licht des Autos gelangt der größte Teil auf die Netzhaut. Beim hellen Tageslicht sind
die Pupillen dagegen „auf eng“ gestellt. Es kann nur ein relativ geringer Teil des vorhandenen
Lichtes an die Netzhaut gelangen. Das Licht eines Scheinwerfers erregt deshalb bei Tageslicht
nur wenige Lichtsinneszellen der Netzhaut, sodass im Gehirn der Sinneseindruck „wenig Licht“
entsteht. Neben diesem Effekt, der durch die Weite der Pupille hervorgerufen wird, wird auch
die Lichtempfindlichkeit der Lichtsinneszellen durch viel bzw. wenig Licht beeinflusst.
39 Sinnes- und Nervensystem
A4 Erkläre mithilfe der Abbildung 4, wie die Wahrnehmung „Gelb“ entsteht.
– Die in der Abbildung 4 blau, grün und rot dargestellten Zapfen sind in der Lage, jeweils nur
blaues, grünes oder rotes Licht aufzunehmen. Trifft z. B. grünes Licht auf einen Zapfen, der nur
Blau aufnehmen kann (blau dargestellter Zapfen), so findet keine Erregung dieses Zapfens
statt. Trifft dagegen ein roter Lichtstrahl auf einen rot dargestellten Zapfen für Rot, so findet
eine Erregung dieses Zapfens statt. Trifft nun Licht, das aus einer Mischung unterschiedlicher
Wellenlängen besteht, auf die Netzhaut, so werden nur die entsprechenden Zapfen das jeweilige Licht aufnehmen und erregt werden. In der Abbildung 4 wird rotes und grünes Licht auf die
drei Zapfentypen eingestrahlt. Der Zapfen für Blau wird dadurch nicht erregt, im Gegensatz zu
den Zapfen für Rot und Grün. Von letzteren beiden wird ein Signal an die übergeordneten Nervenzellen zum Gehirn geleitet, der Zapfen für Blau bleibt dagegen „still“. Er sendet kein Signal
ans Gehirn. Die eigentliche Wahrnehmung „Gelb“ erfolgt erst im Gehirn.
A5 Oft beschreiben Zeugen Personen nur ungenau. Die Person wird schon einmal fälschlich mit
Bart, mit Brille oder mit anderer Haarfarbe beschrieben. Nenne Gründe dafür.
– Wird eine Person von einem Zeugen gesehen, so entsteht die eigentliche Bildwahrnehmung erst
im Gehirn. Das Gehirn bezieht aber Erfahrungen und abgespeicherte Sinneseindrücke mit ein.
So könnte die Person einem Bekannten ähneln, der einen Bart oder eine Brille trägt. So entsteht
im Gehirn eine Verknüpfung der Bilder beider Personen. Diese Wahrnehmung ist keine objektive
Bildwahrnehmung. Sie wird in bestimmten Regionen des Gehirns abgespeichert und kann bei
der Zeugenvernehmung abgerufen werden. Ist die vorherige Verknüpfung der beiden Personenbilder nicht mehr bewusst, so kann es zu einer solchen falschen Beschreibung kommen.
Praktikum: Sehen (Seite 160)
A1 — A5 individuelle Lösungen
Material: Optische Wahrnehmung (Seite 161)
A1 — A5 individuelle Lösungen
40 Sinnes- und Nervensystem
6.2 Hören
Leistungen des Gehörs (Seite 163)
A1 Untersuche mithilfe der Tabelle und der Grafik, um das Wievielfache der Schalldruck von
LKW-Verkehr und Düsenflugzeugen höher liegt als laute Unterhaltung und Flüstern.
– Flüstern – LKW: 1000 x, Flüstern – Düsenflugzeug: 20 000 x, laute Unterhaltung – LKW: 50 x, laute
Unterhaltung – Düsenflugzeug: 1000 x
Material: Hören (Seite 164)
A1 Beschreibe den Verlauf der Hörschwelle in Abhängigkeit der Frequenz. Informiere dich über
den Frequenzbereich, in dem das Gehör des Menschen am empfindlichsten ist. Erkläre die
biologische Bedeutung für den Menschen.
– Das Gehör ist zwischen den Frequenzen von 250 bis 5000 Hertz sehr empfindlich. Dies ist
biologisch bedeutsam, da in diesem Bereich auch die meisten Frequenzen der menschlichen
Stimmen liegen.
A2 Plane ein Experiment, mit dem man den Verlauf der Hörschwellenkurve einer Versuchsperson im hörbaren Frequenzbereich ermittelt. Beschreibe, wie du bei deinem geplanten Experiment vorgehen müsstest, wenn dir die erforderlichen Geräte zur Verfügung gestellt würden.
– Mit einem Tongenerator werden der Testperson Töne bestimmter Frequenzen unterschiedlich
laut vorgespielt und so jeweils das Lautstärkeminimum ermittelt.
A3 Ein Ohrenarzt untersucht einen Patienten, der auf dem linken Ohr an Schwerhörigkeit leidet.
Der Arzt ermittelt die Hörschwelle getrennt für das linke und das rechte Ohr durch Knochenleitung des Schalls. Das Ergebnis zeigt, dass bei Knochenleitung kein Unterschied in der Hörschwelle zwischen beiden Ohren besteht, wohl aber bei Luftleitung. Äußere eine begründete
Vermutung über den Bereich des Hörorgans, in dem die Ursache der Schwerhörigkeit liegt.
– Das Trommelfell oder die Gehörknöchelchen müssen die Ursache sein, da das Innenohr in beiden Fällen gleich reagiert.
A4 Die Einheit lautet „Risiko in Prozent“. Erkläre diese Formulierung am Beispiel von 200 untersuchten Personen.
– Wenn 200 Personen z. B. 20 Stunden wöchentlich 100 dB ausgesetzt sind, sind bei 120 Personen
Hörschäden zu erwarten. Besonders gefährdet sind Personen, die zusätzlichem Lärm ausgesetzt
sind.
A5 Bestimme mithilfe der unten stehenden Grafik die Schallstärke, ab der Gefahr für das
menschliche Gehör besteht.
– Ab 90 dB bei langer Belastung.
A6 Bestimme die Anzahl der Mitglieder deiner Klasse, die vermutlich eine Hörschädigung erfahren, wenn sie über 5 Jahre hinweg wöchentlich 10 Stunden bei einem Schalldruckpegel von
100 dB in der Disko verbringen würden.
– Lösung entsprechend Aufgabe 4.
A7 Untersuche deine Hörgewohnheiten und stelle fest, wie lange dein Gehör in der Woche
starkem Schall ausgesetzt ist. Beurteile dein Verhalten.
– individuelle Lösung
A8 Ist die Dauer der Einwirkung oder die Schallstärke eine größere Gefahr für das Hörorgan?
Schätze begründet ab.
– Der Schalldruckpegel ist ab einer Mindestdauer entscheidend für die Schädigung. Bei 120 dB
ist bei 10 Stunden Beschallung die Schadenswahrscheinlichkeit schon so groß, dass kaum noch
eine Steigerung bei 40 Stunden möglich ist.
A9 Die Grafik zeigt für 40 Stunden und 110 dB, dass dabei 95 Prozent der Jugendlichen eine Hörminderung erleiden. Kann man behaupten, bei 5 Prozent der Jugendlichen verursacht dieser
Schall keine Beeinträchtigung des Gehörs? Begründe deine Meinung. Bestimme den prozentualen Anteil der Jugendlichen, bei denen die Restempfindlichkeit des Gehörs zwischen
30 und 3 Prozent der normalen Empfindlichkeit beträgt.
– Bei 5 Prozent der Jugendlichen liegt die Hörminderung zwischen 0 und 30 Prozent, also können
durchaus Schäden auftreten. 30 Prozent haben eine Restempfindlichkeit zwischen 3 und 30 Prozent.
41 Sinnes- und Nervensystem
Praktikum: Sinne (Seite 165)
V1 Der Schlauch wird genau in seiner Mitte durch einen Strich markiert. Die Enden des
Schlauchs werden in die Ohrmuscheln gehalten. Ein Mitschüler klopft mit einem Lineal etwa
10 cm neben der Mitte auf den Schlauch. Die Versuchsperson teilt mit, von welcher Seite das
Geräusch kommt.
– individuelle Lösung
A1 Erkläre das Versuchsergebnis.
– Aufgrund des unterschiedlichen Weges des Schalls zu den beiden Ohren registriert man eine
Zeitdifferenz.
V2 Der Versuch V1 wird mehrfach wiederholt und dabei wird jedes Mal näher an der Schlauchmitte geklopft. Es wird so die kleinste Entfernung von der Schlauchmitte bestimmt, bei der
das Geräusch gerade noch einer Seite zugeordnet wird. Notiere diesen Wert.
– 0,5 bis 2 cm Abstand von der Mitte können meist sicher zugeordnet werden.
A2 Der Laufweg des Schalls vom Entstehungsort bis zu den beiden Ohren ist unterschiedlich
groß. Der Unterschied ist doppelt so groß wie die Strecke zwischen Mitte und Klopfstelle.
In Luft breitet sich Schall etwa mit der Geschwindigkeit v = 340 m/s aus. Hierfür gilt die Gleichung: Geschwindigkeit = Weg / Zeit, kurz v = s/t. Bestimme daraus den Zeitunterschied t für
den kleinsten mit Versuch V2 ermittelten Laufwegunterschied.
– Die Schallgeschwindigkeit beträgt 343 m/s. 1 cm Abstand entspricht 2 cm Wegdifferenz. Dem
entspricht eine Zeitdifferenz von 0,0584 ms.
V3 Möglichst viele Schüler zählen innerhalb von 30 Sekunden alle p in den nachfolgenden Zeilen. Jeder notiert sein Ergebnis.
– individuelle Lösung
V4 Der Versuch wird von anderen Schülern wiederholt. Dabei spielt laute Musik. Nach 30 Sekunden werden die Ergebnisse notiert und mit den Resultaten des ersten Versuchs verglichen.
– Die Leistungsfähigkeit lässt durch die Beschallung in der Regel nach.
A3 Erkläre das Ergebnis.
– Die Verarbeitung der unterschiedlichen Reize führt zu Störungen der Konzentration. Bei hohem
Lärmstress kann es zu Blockaden kommen.
A4 Welche Teile eines Bogengangs werden mit dieser Anordnung dargestellt?
– Der Kartonstreifen im Modell entspricht der Gallertkappe mit Sinneshärchen, das Wasser der
Bogengangsflüssigkeit.
V5 Drehe den Stuhl in Uhrzeigerrichtung. Beobachte den Kartonstreifen und die Korkkrümel.
– Der Kartonstreifen bewegt sich mit der Wanne. Die Krümel drehen sich mit zunehmender Rotation des Wassers mit.
A5 Beschreibe und erkläre die Beobachtungen zunächst am Modell. Übertrage deine Kenntnisse
nun auf den Bogengang und erkläre den Drehschwindel.
– Eine kontinuierliche Drehung führt zu einer Rotation des gesamten Systems. Es findet keine
Auslenkung statt. Wird das System gestoppt, so führt die Massenträgheit zu einer Auslenkung
in Gegenrichtung. Dies entspricht dem Drehschwindel.
A6 Nenne deine Beobachtungen.
– Ohne die Getränke sehen oder riechen zu können, ist eine Unterscheidung praktisch unmöglich.
Die Geschmackswahrnehmungen süß, sauer, bitter, salzig, umami sind zu einfach, um einen Saft
eindeutig erkennen zu können. Ist die Nase offen, können Duftstoffe besser zu den Riechzellen
aufsteigen. So können Getränke leichter identifiziert werden. Mit optischen Informationen wird
es noch leichter.
A7 Nenne und erläutere deine Beobachtungen.
– Die Thermorezeptoren der Haut registrieren nicht absolute Temperaturen, sondern die Temperaturänderung.
42 Sinnes- und Nervensystem
6.3 Nervensystem und Hormone
Vom Reiz zur Reaktion (Seite 166)
A1 Im Handballspiel kann bei einem Siebenmeterwurf der Ball sogar eine Geschwindigkeit von
bis zu 120 km/h erreichen. Berechne, wie viel Zeit die Torfrau zur Ballabwehr hat.
– 0,21 Sekunden
A2 Erläutere das Reiz-Reaktions-Schema anhand einer akustischen Wahrnehmung.
– Akustische Reize werden von den Haarsinneszellen im Innenohr wahrgenommen und von diesen
in elektrische Impulse umgewandelt. Diese Impulse werden über sensorische Nervenzellen zum
Rückenmark und Gehirn weitergeleitet und dort verarbeitet. Je nach Reiz werden daraufhin
entsprechende Reaktionen vom Gehirn eingeleitet. Handelt es sich bei dem akustischen Reiz
beispielsweise um eine Autohupe, wird das Drehen des Kopfes in die entsprechende Richtung
veranlasst. Das Gehirn schüttet dazu bestimmte Signale aus, die über motorische Nervenzellen
zu den zu aktivierenden Muskeln geleitet werden. Dort lösen sie die Kontraktion und damit die
Reaktionsbewegung der Muskeln aus.
Das Nervensystem (Seite 169)
A1 Informiere dich, ab welchem Wirbel eine Verletzung lebensgefährlich ist. Begründe.
– Führt eine Verletzung der Wirbelsäule zu einer Unterbrechung der Nervenleitung im Rückenmark, so spricht man von einer Querschnittslähmung. Je höher dabei die Verletzung liegt, desto
stärker sind die Auswirkungen. Die Wirbelkörper werden i. d. R. von oben nach unten durchnummeriert. Findet eine Verletzung im Bereich des Wirbelkörpersegmentes C7 (in der Halswirbelsäule) statt, so ist die Beinmuskulatur noch vollständig funktionsfähig, ebenso kann eine
Streckung des Ellenbogens erfolgen, eine Beugung des Ellenbogens funktioniert nicht mehr. Tritt
die Schädigung oberhalb des Wirbelkörpersegmentes C5 auf, so ist das Zwerchfell betroffen. In
diesem Fall kann keine eigenständige Atmung mehr erfolgen.
A2 Ordne den einzelnen im Text beschriebenen Vorgängen in Alex‘ Nervensystem das „E“, „V“
oder „A“ zu. Gib auch an, ob die Vorgänge somatisch oder vegetativ gesteuert sind.
– Alex sieht Eva → E
Alex‘ Nervenzellen nehmen Reize auf und leiten diese weiter → E (vegetative Steuerung)
Alex‘ Nervenzellen verarbeiten Informationen → V (vegetative Steuerung)
Alex‘ Nervenzellen leiten Befehle zu den Muskeln, Alex winkt Eva zu → A (somatische Steuerung)
A3 Beschreibe detailliert, welche neurologischen Vorgänge ablaufen, wenn du von einem Stuhl
aufstehst.
– Das Gehirn kontrolliert und regelt die Stellung von Oberschenkel und Unterschenkel. Über
motorische Nervenzellen werden Befehle an die entsprechenden Muskeln im Bein gesandt. Da
die Skelettmuskeln Gegenspieler haben, müssen sich bestimmte Muskeln anspannen, andere
dürfen dies nicht. Erreicht die Information „Anspannen“ die entsprechenden Muskeln, so werden
diese verkürzt. Die Gegenspieler werden dadurch in die Länge gezogen. Die Winkel zwischen
den betreffenden Knochen werden in den Gelenken (hier Kniegelenk) verändert. Es kommt zu einer gewissen Streckung des Beines. Diese neue Lage von Oberschenkel und Unterschenkel wird
von sensorischen Nervenzellen in den Muskeln „gemessen“ und als Information an das Gehirn
weitergeleitet. Dort wird kontrolliert ob die Streckung für ein Aufstehen ausreicht. Daraufhin
erfolgen weitere Befehle an die Muskulatur, die wieder zu Lageveränderungen von Ober- und
Unterschenkel führen. Die sensorischen Nervenzellen „melden“ dem Gehirn den neuen Zustand
u.s.w. Es besteht also eine ständige Kommunikation zwischen der Muskulatur und dem Gehirn.
An einem (einfachen) Vorgang wie dem „Aufstehen“ sind aber nicht nur die Muskeln in den
Beinen, sondern eine Vielzahl anderer Muskeln beteiligt. Ferner muss der Geichgewichtssinn
ständig Informationen an das Gehirn liefern, das diese Informationen mit in seine „Berechnungen“ einbezieht.
A4 Nenne die jeweiligen Funktionen von Sympathikus und Parasympathikus.
– Der Sympathikus stellt die Funktion der inneren Organe auf eine erhöhte körperliche Leistung
ein, z. B. in Situationen, die der Mensch als aufregend oder bedrohlich empfindet. Der Sympathikus aktiviert Herz und Kreislauf, die Muskeln werden besser durchblutet, die Schweißdrüsen
verstärken die Sekretion. Gleichzeitig wird die Aktivität der Verdauungsorgane gedrosselt. Der Parasympathikus stellt die Funktion der inneren Organe auf Phasen der Ruhe und Regeneration ein. Unter seinem Einfluss werden die Aktivität von Herz und Kreislauf gesenkt und
gleichzeitig die Organe des Verdauungssystems angeregt, um neue Energie aufzunehmen und
im Körper zu speichern. Sympathikus und Parasympathikus sind Gegenspieler und beeinflussen
die meisten inneren Organe gegensätzlich.
43 Sinnes- und Nervensystem
A5 Nenne Situationen, die Angst auslösen. Beschreibe Schritt für Schritt, welche Vorgänge dabei
in deinem Nervensystem ablaufen könnten.
– Je nach genannter Situation sind hier unterschiedliche Lösungen zu erwarten. Insbesondere
können hier auch andere Sinnesorgane als das Auge ins Spiel kommen. Es ist hier darauf zu
achten, dass stets auf eine Unterscheidung zwischen sensorischen und motorischen Signalen
erfolgt und die Verarbeitung im Gehirn deutlich wird.
Hormone — Signalstoffe im Körper (Seite 171)
A1 Hormone wurden auch als Botenstoffe bezeichnet. Erkläre, weshalb dieser Begriff eine
falsche Vorstellung vermittelt.
– Hormone beinhalten keine Botschaft, sondern lösen an den spezifischen Zielzellen eine festgelegte Reaktion aus.
A2 Verdeutliche mithilfe von Abb. 1 das Schlüssel-Schloss-Prinzip bei der Wirkung der Hormone.
– Das Schlüssel-Schloss-Prinzip ist in Abb. 1 zu finden, da die jeweiligen Hormone eine spezifische
Form haben, die nur an die jeweiligen Rezeptoren der Zielzellen passt oder nicht. Das Insulin
passt an die Rezeptoren der Muskelzellen, nicht aber an die Rezeptoren der Eierstockzelle.
A3 Steuerung ist die Beeinflussung von Vorgängen ohne Rückmeldung (Rückkopplung), Regelung mit einer Rückkopplung. Erkläre, ob es sich beim Menstruationszyklus um eine Steuerung oder Regelung handelt.
– Bei den Vorgängen des Menstruationszyklus handelt es sich um eine Regelung, da eine Rückkopplung durch die Östrogene die Ausschüttung des LH bewirkt.
Der Blutzucker muss stimmen (Seite 172)
A1 Beschreibe die nebenstehende Grafik mit deinen eigenen Worten.
– Der Blutzuckerspiegel wird konstant gehalten. Bei der Nahrungsaufnahme steigt der Blutzuckerspiegel, bei Muskelarbeit oder Hungern sinkt der Blutzuckerspiegel. Dies wird ausgeglichen
durch zwei Hormone. Insulin senkt den Blutzuckerspiegel, die Glucose wird aus dem Blut in
die Zellen aufgenommen und gespeichert. Glukagon erhöht den Blutzuckerspiegel, da aus den
Zellen Zucker wieder in das Blut gelangt.
A2 Insulin wird auch sinnvoll als Speicherhormon bezeichnet. Begründe.
– Insulin ist ein Speicherhormon, da es bewirkt, dass die Glucose aus dem Blut in die Zellen gelangt und besonders in der Leber und den Muskeln in die Speicherform umgesetzt wird.
A3 Beurteile, welche Wirkung Fasten auf den Insulin- und Glukagonspiegel im Blut hat.
– Durch das Fasten wird dem Körper wenig Glukose zugeführt, daher sinkt der Blutzuckerspiegel.
Insulin hat hierbei keine Funktion, sondern das Glukagon. Dieses bewirkt besonders in den
Zellen der Leber und der Muskulatur die Umsetzung der Speicherform Glykagen zur Glucose.
Hierdurch wird dem Blut mehr Glukose zur Verfügung gestellt.
Störungen bei der Blutzuckerregulation (Seite 173)
A1 Erkläre, warum Insulin nicht in Tablettenform eingenommen werden kann.
– Es würde verdaut werden, da es sich um ein Protein handelt.
A2 Begründe, weshalb Typ-I-Diabetiker sich mehrmals täglich Insulin spritzen.
– Bei einmaliger Injektion der gesamten Insulindosis würde der Blutzuckerspiegel abfallen, es
käme zur Unterzuckerung.
A3 Erkläre, wie der Diabetiker einer Unterzuckerung rasch entgegenwirken kann.
– Er sollte schnell resorbierbare Kohlenhydrate (z. B. Traubenzucker) zu sich nehmen.
44 Sinnes- und Nervensystem
Hormone und Sport — Doping (Seite 177)
A1 Erläutere die vermännlichende und die verweiblichende Wirkung von Testosteron.
– Vermännlichung: Brustrückbildung, Bartwuchs, Stimme senkt sich ab, Zyklusveränderung
Verweiblichung: Brustbildung, keine Spermienproduktion
A2 Erläutere mit deinen Kenntnissen über Hormone, dass es schwierig ist, Doping, das auf Basis
von Hormonen erfolgt, aufzudecken.
– Viele Dopinghormone sind natürlicherweise im Körper enthalten, sodass eine geringe Erhöhung dieser Hormone nicht zwingend durch Doping verursacht sein muss. Desweiteren können
Dopingtests immer erst entwickelt werden, wenn das nachzuweisende Mittel bekannt ist. Dies
macht die Suche schwierig und zeitaufwändig.
A3 Beurteile das Verhalten von Sportlern, die Doping-Mittel zu sich nehmen.
– Im Hinblick auf den sportlichen Wettkampf ist das Doping gegenüber nicht gedopten Sportlern
unfair. Sportler gefährden durch Doping ihre Gesundheit in vielerlei Hinsicht.
Stress — der Körper passt sich an (Seite 179)
A1 Beschreibe die Wirkungen von Adrenalin.
– Adrenalin ist sowohl Transmittersubstanz des sympathischen Nervensystems als auch Hormon
des Nebennierenmarks. Adrenalin bringt den Körper in einen Zustand erhöhter Leistungsfähigkeit. Wirkungen: Steigerung der Herzschlagfrequenz, Blutdruck sowie Durchblutung von
Herz und Muskulatur; Vertiefung der Atmung; Anstieg des Blutzuckerspiegels; Freisetzung von
Fettsäuren in den Blutkreislauf.
A2 Weshalb sollen Diabetiker Aufregungen und Schrecksituationen meiden?
– Bei Aufregung und Schreck wird Adrenalin im Körper freigesetzt und der Blutzuckerspiegel
steigt. Bei Diabetikern kann wegen des nicht ausreichenden Insulins der Blutzuckerspiegel
nicht wieder auf das Normalmaß eingeregelt werden. Bei Diabetikern, die sich Insulin spritzen
müssen, sind die Insulinmengen exakt auf die täglich einzunehmenden Nahrungsmengen abgestimmt. Die zusätzlich durch Adrenalin freigesetzte Glucosemenge ist dabei nicht eingerechnet.
A3 Beschreibe die Zusammenarbeit zwischen Nerven- und Hormonsystem in Notsituationen.
– Nerven- und Hormonsystem sind eng miteinander vermascht. In plötzlich auftretenden Notsituationen reagiert das sympathische Nervensystem mit der Ausschüttung der Transmittersubstanz Adrenalin. Diese Reaktion erfolgt sehr schnell und bewirkt eine kurzzeitige Leistungssteigerung der Organe. Zusätzlich wird das Nebennierenmark durch sympathische Nerven aktiviert.
Es gibt Adrenalin ins Blut ab, das dort für längere Zeit bleibt und die Erfolgsorgane über einen
längeren Zeitraum in erhöhter Leistungsbereitschaft hält.
A4 Das Fight-or-Flight-Syndrom kann sich innerhalb von Sekunden einstellen, der Stresszustand
nur innerhalb von Tagen und Wochen. Erkläre die unterschiedliche Reaktionsdauer des Körpers.
– Das Fight-or-Flight-Syndrom wird nervos geregelt, was sehr schnell erfolgen kann. Der Stress‑
zustand wird hormonell geregelt, also mit dem Transportsystem Blut und damit langsamer.
Übungen: Sinnes- und Nervensystem (Seite 180/181)
A1 Zähle alle dir bekannten Sinne und die dazugehörigen adäquaten Reize auf.
– Sinn: Reiz, Sehen: Licht, Hören: Schall, Fühlen: Druck, Temperatur, Riechen: Geruchsstoffe,
Schmecken: Geschmacksstoffe, Gleichgewicht: Drehbewegung. Es können auch andere im Tierreich vorhandene Sinne aufgezählt werden.
A2 Finde eine mögliche Erklärung.
– Der Schüler könnte kurzsichtig sein. Dinge, die weit entfernt von ihm sind, werden nicht
mehr scharf auf seine Netzhaut gebrochen. Ursache ist ein zu langer Augapfel. Bei maximal
entspann­ter Linse werden die Gegenstände immer noch unscharf auf die Netzhaut projiziert.
A3 Vergleiche das Modell des Roboters mit der Realität der Reizaufnahme und -bearbeitung
eines echten Lebewesens.
– Der Lichtsensor des Modells entspricht den Sinneszellen, das Kabel dem Sehnerv, die Computereinheit dem Sehzentrum im Gehirn. Viele Aspekte sind im Modell nicht vertreten: die Linse, der
Zerfall des Sehpurpurs, der die Erregung erst auslöst. Auch ordnet das Sehzentrum die ankommende Erregung nach ähnlichen Erregungsmustern, die bereits bei ihm angekommen sind, es
lernt also.
45 Sinnes- und Nervensystem
A4 Ein Bauarbeiter bedient einen Presslufthammer, hat aber wegen des schwülwarmen Wetters
keine Lust, seinen Gehörschutz aufzusetzen (Abb. 4). Äußere dich zu den möglichen Folgen
für den Bauarbeiter und beurteile sein Handeln.
– Mögliche Folgen: Hörminderung, die umso wahrscheinlicher und stärker ausfällt, je öfter der
Bauarbeiter den Hörschutz nicht aufsetzt.
Beurteilung: Das Verhalten lässt sich nur mit Bequemlichkeit erklären und ist nicht sinnvoll, da
der Bauarbeiter die Schäden in Kauf nimmt.
A5 Erläutere das Schlüssel-Schloss-Prinzip am Beispiel des Geruchssinns (Abb. 5).
– In der Nase gibt es für ca. 350 verschiedene Geruchsstoffe bestimmte Rezeptoren. Da die Geruchsstoffe sich durch ihre (räumliche) Gestalt voneinander unterscheiden, stellen die Rezeptoren genau das Gegenstück zu ihnen dar. Erst wenn ein Geruchsstoff genau in einen
Rezeptor passt, entsteht ein Geruchseindruck.
A6 Manche Menschen können bestimmte Geruchsstoffe nicht wahrnehmen. Finde eine mögliche Erklärung.
– Ursache kann sein, dass ihnen ein bestimmter Rezeptortyp fehlt oder dass seine räumliche Gestalt nicht genau das Gegenstück zu der Form des bestimmten, nicht riechbaren Geruchsstoffes darstellt.
A7 Notiere die folgenden Begriffe auf Karteikarten. Erstelle dir aus den Karteikarten eine Übersicht über das Nervensystem. Ordne dazu Oberbegriffe oben, Unterbegriffe unten an. Lege
die Begriffskarten jeweils zu Begriffspaaren zusammen (falls dies möglich ist).
– peripheres Nervensystem: a) vegetatives Nervensystem (Sympathikus — Parasympathikus); b) somatisches Nervensystem (sensorische Nerven, motorische Nerven)
zentrales Nervensystem: Gehirn, Rückenmark
46 Sinnes- und Nervensystem
7
Das Abwehrsystem des Körpers
7.1 Infektionskrankheiten und ihre Abwehr
Krankheitserreger können uns infizieren (Seite 185)
A1 Beurteile die Verwendung von Antibiotika gegen Streptococcus pyogenes, Streptococcus
pneumoniae und Helicobacter pylori.
– Einnahme von Antibiotika nur nach entsprechend schwerwiegender Diagnose eines Arztes. Bei
übermäßigem oder falschem Einsatz von Antibiotika besteht die Gefahr, antibiotikaresistente
Bakterien zu erhalten, die schwer bis gar nicht zu bekämpfen sind.
Kampf gegen winzige Feinde (Seite 186)
A1 Erkläre, warum Robert Koch erst mit den Mäuseversuchen nachweisen konnte, dass es sich
um Krankheitserreger handelt.
– Er wies nach, dass es sich um Bakterien handelt, da sie sich auf Nährböden und in den Mäusen
vermehrten. Durch die Impfung gesunder Tiere mit den Bakterien wies er nach, dass sie die
Krankheit auslösen.
Bakterien als Krankheitserreger (Seite 187)
A1 Berechne die Nachkommenzahl eines Bakteriums über den Zeitraum von 4 Stunden. Gehe
hierbei davon aus, dass sich die Bakterien alle 20 Minuten durch Teilung verdoppeln. Zeichne
im Heft die Vermehrungskurve.
– Nach 6 Stunden und 40 Minuten existieren 1 048 576 Bakterien.
Grafische Darstellung: exponentielles Wachstum
A2 Die Vermehrung geht in Wirklichkeit nicht immer so weiter. Ermittle Ursachen, welche die
Form der realen Vermehrungskurve (Abb. 1) in den Abschnitten 1, 2 und 3 bewirken. Vergleiche diese Kurve mit deiner Kurve aus Aufgabe 1.
– Die Teilungsrate ist gleich der Sterberate der Bakterien. Teilung nimmt stark zu, Hemmung durch
Stoffwechselprodukte, Nahrungsknappheit etc. Gemeinsamkeiten: Phase 2; Unterschiede: Bei der theoretischen Kurve wird im Gegensatz zur realen Kurve davon ausgegangen, dass alle Bakterien im entsprechenden Zeitraum leben und keine hemmenden Faktoren
wirken.
Grippe — eine Viruserkrankung (Seite 191)
A1 Erkläre, weshalb zwischen Ansteckung und Ausbruch einer Krankheit mehrere Tage vergehen
können.
– Die Immunabwehr des Körpers wird mit den anfangs noch wenigen Erregern „fertig“. Die
Vermehrung der Erreger benötigt Zeit. Die Erreger vermehren sich im Körper und liegen dann in
einer hohen Konzentration vor, wodurch die Symptome erst ausgelöst werden.
A2 Erstelle mit deinen Kenntnissen über Bakterien und Viren ein Faltblatt mit Kriterien, wie man
sich vor einer Infektion schützen kann.
– Aspekte des Faltblattes sind: Hygiene (Händewaschen), große Ansammlungen von Menschen in
geschlossenen Räumen meiden (viele Krankheitserreger in der Luft, Atemschutz), Schleimhäute
nicht austrocknen lassen (überheizte Räume mit trockener Luft)
A3 Stelle die Unterschiede zwischen Bakterien und Viren tabellarisch dar (s. Seite 187).
– siehe Tabelle
47 Bakterien
Viren
Zellen
keine Zellen
Zellmembran und Zellwand
Proteinhülle
Zellplasma
kein Zellplasma
zum Teil aktive Fortbewegung
passiver Transport
Fortpflanzung durch Spaltung
benutzen zur Vermehrung Wirtszellen, d. h. Stoffe
werden von der Wirtszelle aufgebaut
Größe: 0,2—7 µm
Größe: 0,02—0,7 µm
Das Abwehrsystem des Körpers
Der Körper wehrt sich (Seite 193)
A1 Beschreibe die Vorgänge einer Virusinfektion bei einem geschwächten Immunsystem.
– Bei einem geschwächten Immunsystem ist die unspezifische Abwehr nicht genug. Die Funktionen des spezifischen Abwehrsystems können nicht schnell genug ausgelöst werden. Werden
die T-Helferzellen nicht schnell informiert, werden die B-Zellen und die T-Killerzellen verzögert
aktiviert. In der Zwischenzeit vermehren sich die Viren in den Zellen.
Aktive und passive Immunisierung (Seite 195)
A1 Erkläre die Messergebnisse in Abbildung 2.
– 1. Infektion: Primärantwort
• Nach 3 bis 4 Tagen als Reaktion auf Antigen A Produktion von entsprechenden Antikörpern.
• Absinken der Antikörperkonzentration nach ca. 21 Tagen, da Antigen erfolgreich bekämpft
worden ist.
2. Infektion: Sekundärantwort
• Gedächtniszellen vorhanden, deswegen Immunantwort schneller
• Das zeigt sich daran, dass die Antikörperkonzentration nicht bei Null beginnt und bereits
nach 17 Tagen ein sehr viel höheres Maximum als bei der 1. Infektion erreicht.
A2 Nenne ein Basiskonzept, auf dem die Immunisierung beruht.
– Basiskonzept „Struktur und Funktion“
48 Das Abwehrsystem des Körpers
7.2 Versagen des Immunsystems
Fehlfunktionen des Immunsystems: Allergien (Seite 201)
A1 Erkläre die Bedeutung der Histamine bei einer allergischen Reaktion. Vergleiche diesen
Vorgang mit Hautverletzungen (s. Seite 192).
– Histamine sind Signalstoffe in Haut und Schleimhaut. Sie lösen Veränderungen an den Kapillaren aus. Die Durchblutung wird erhöht und die Kapillarwände werden durchlässiger, sodass
Blutplasma und weiße Blutzellen besser aus dem Blut in das Gewebe eindringen können. Es
kommt zur Rötung, Anschwellung und Erwärmung des Gewebes. Die Riesenfresszellen (Weiße
Blutzellen) machen eingedrungene Antigene unschädlich. So werden Eindringlinge schnell
vernichtet. Diese Abwehrreaktion folgt auf Hautverletzungen und bei allergischen Reaktionen
gleichermaßen. Bei allergischen Reaktionen verläuft diese Reaktion aber übermäßig stark.
Übungen: Das Abwehrsystem des Körpers (Seite 202/203)
A1 Erstelle eine Legende zu den Ziffern aus Abbildung 3.
– 1) Erbsubstanz, 2) kleine Ribosomen, 3) Zellwand, 4) Membranstapel, 5) Reservestoffe, 6) Geißel, 7) Zellmembran.
A2 Stelle am Beispiel Bakterien- und Pflanzenzelle das Basiskonzept Kompartimentierung dar.
– Funktionsteilung wie schon auf der Ebene von Organismus, Organ und Gewebe auch auf Zell­
ebene: Erbsubstanz: Träger der Erbinformation; Mitochondrien dienen der Energiebereitstellung, bei der Bakterienzelle geschieht dies an der Zellmembran; Chloroplasten: Fotosynthese.
Allgemein gilt: die Pflanzenzelle enthält eine Reihe abgegrenzter unterschiedlicher Reaktionsräume, die Bakterienzelle nicht.
A3 Nimm Stellung zu einer Antibiotika-Behandlung von Magengeschwüren.
– Pro: Magengeschwüre sind eine starke Beeinträchtigung des Lebensgefühls; Contra: Schutz
gegen Speiseröhrenkrebs erlischt. Da nur wenige Infizierte diesen Schutz haben, ist hier grundsätzlich eine Antibiotikagabe zu befürworten.
A4 Erläutere, welche Entdeckungen über das Abwehrsystem des menschlichen Körpers Metschnikoff gelungen ist.
– Der Organismus reagiert auf Körperfremdes. Nach Metschnikoff vernichten Fresszellen körperfremde „Eindringlinge“.
A5 Beschreibe unter Verwendung der Fachbegriffe aus heutiger Sicht, was bei dem Experiment
geschehen ist.
– Die Kuhpockenerreger haben eine spezifische Immunreaktion ausgelöst. Es wurden also Antikörper gebildet und die Erreger bekämpft. Die Antikörper und Gedächtniszellen verhindern eine
Pockenerkrankung, weil sie zum Pockenerreger passen.
A6 Erkläre, weshalb die Viren der Kuhpocken als Impfstoff verwendet werden konnten.
– Die Erreger der Kuhpocken und der Pocken sind sehr ähnlich. Der Körper reagiert auf beide mit
den gleichen Antikörpern und gleichen Gedächtniszellen. Eine Impfung mit Kuhpocken führt zur
Immunisierung gegenüber Pocken.
A7 Begründe, warum es trotz Anwesenheit des Eitererregers nicht permanent zur Vereiterung
der oberen Atemwege kommt.
– Wie bei Streptococcus pyogenes und Streptococcus pneumoniae auch, kommt die krank
machende Wirkung von Staphylococcus nur zum Tragen, wenn der Infizierte geschwächt ist.
Ansonsten reicht der passive Krankheitsschutz aus, die Erreger im Zaum zu halten.
A8 Erkläre mithilfe das Basiskonzepts Kompartimentierung, warum die Enzyme von Staphylococcus verheerende Folgen für die Gesundheit haben.
– Der Abbau der weißen Blutzellen schädigt die Immunzellen direkt, da die gesamte zelluläre Immunantwort auf der Funktion der weißen Blutzellen im Gesamtorganismus beruht. Der Abbau
von roten Blutzellen führt zu deren Funktionsverlust, also einer lokalen Sauerstoffunterversorgung.
49 Das Abwehrsystem des Körpers
Basiskonzepte
Struktur und Funktion (Seite 205)
A1 Vergleiche den Aufbau eines Spermiums mit dem einer Eizelle. Nenne Gemeinsamkeiten und
Unterschiede. Die Funktion der Eizelle lässt sich aufgrund ihres Baus erschließen. Erkläre.
– Gemeinsamkeiten zwischen Eizelle und Spermium: Sie bestehen nur aus einer Zelle, sie dienen
der Fortpflanzung und sie weisen Zellkern und Zellplasma auf. Unterschiede: Die Eizelle ist viel
größer. Sie ist nicht aktiv beweglich und sie enthält viel Zellplasma. Die energiereichen Stoffe
des Zellplasmas dienen der Ernährung der befruchteten Eizelle, während sie durch den Eileiter
zur Gebärmutterschleimhaut transportiert wird. Die Eizelle ist recht groß (Nährstoffvorrat für
die erste Zeit der Entwicklung) und unbeweglich (Spermien gelangen zu ihr).
A2 Die linke Herzkammer hat eine dickere Wand und einen größeren Hohlraum als die rechte.
Erkläre dies.
– Die linke Herzkammer transportiert das Blut durch den Körperkreislauf, die rechte durch den
viel kleineren Lungenkreislauf (s. Seite 102/103). Arterien haben u. a. eine viel dickere Mittelschicht als Venen.
A3 Hohe Stabilität bei gleichzeitiger Materialeinsparung zu erzielen, ist biologisch sinnvoll.
Dieses Prinzip versucht man auch in der Technik umzusetzen. Beschreibe hierfür ein selbst
gewähltes Beispiel.
– Die Wand von Luftröhre und Tracheen ist relativ dünn. Die nötige Stabilität wird durch ringförmige, spiralige oder spangenförmige Verstärkungselemente erreicht. Beispiele: Verstärkungen in Dusch-, Staubsauger- und Gartenschläuchen. Weitere Beispiele aus
der Technik findet man z. B. in „Das große Buch der Bionik“ von W. Nachtigall und K. Blüchel.
A4 Nenne ein weiteres Beispiel, an dem man das Schlüssel-Schloss-Prinzip erkennen kann.
– Jeder Nährstoff kann nur durch ein bestimmtes Enzym abgebaut werden, der Malzzucker etwa
nur durch das Enzym Maltase. Weil uns die Zellulase fehlt, können wir die Ballaststoffe nicht als
Energieträger verwerten.
A5 Benenne die Organe, die auf Seite 109 und 126 beim Stoffaustausch abgebildet sind. Erläutere jeweils die Oberflächenvergrößerung.
– Die Oberflächenvergrößerung erfolgt beim Verdauungs- und Atmungssystem durch die Vergrößerung der inneren Oberfläche, beim Kreislaufsystem durch die Bildung von Kapillaren.
Einteilung in Reaktionsräume — Kompartimentierung (Seite 207)
A1 Erläutere, dass auch der Darm des Menschen kompartimentiert ist.
– Es finden sich einzelne Abschnitte, in denen jeweils unterschiedliche Vorgänge ablaufen. Hier sei
der Dünndarm genannt, in dem die Zersetzung der Nahrung in die Grundbausteine Fettsäuren,
Glycerin, Aminosäuren und Zucker erfolgt. Diese Stoffe werden anschließend durch die Darmwand ins Blut resorbiert. Im Dickdarm hingegen findet die Rückgewinnung des Wassers, die
Wasserresorption, statt.
A2 Als der Mensch sesshaft wurde, bestanden seine Unterkünfte meist nur aus einem Raum.
Erläutere, dass dies heutzutage große Probleme mit sich brächte. Stelle an diesem Beispiel
einen Zusammenhang zur Kompartimentierung her.
– Ein Haushalt hat viele Räume. Meist finden in jedem Raum verschiedene Tätigkeiten statt oder
sie werden vornehmlich zu verschiedenen Tageszeiten genutzt: Schlafzimmer, Küche, Badezimmer, Wohnzimmer, Werkraum, Arbeitszimmer etc. Würden alle diese Tätigkeiten in einem gro­
ßen Zimmer stattfinden, so bräche schnell ein großes und unübersichtliches Chaos aus. Ähnlich
verhält es sich mit den Lebewesen. Auch sie sind bis ins kleinste (die Zelle) kompartimentiert,
da nur Arbeitsteilung ein Überleben ermöglicht.
A3 Beschreibe eine Pflanzenzelle unter besonderer Berücksichtigung ihrer Kompartimentierung.
– Die einzelnen Kompartimente übernehmen verschiedene Funktionen:
• Zellwand: Stabilität, Festigkeit, Schutz
• Zellkern: Steuerung aller Lebensvorgänge, Sitz der Erbinformationen
• Vakuole: Speicherraum, Festigkeit
• Plasmahaut: umgibt die Vakuole und regelt, welche Stoffe hinein und heraus können
• Chloroplasten: Ort der Fotosynthese
• Mitochondrien: Ort der Zellatmung
50 Basiskonzepte
Steuerung und Regelung (Seite 209)
A1 Nachdem wir einige Zeit Sport getrieben haben, regeln sich Atem- und Herzfrequenz auf
bestimmte Werte ein. Diese liegen zwar höher als die entsprechenden Werte in Ruhe, sind
aber geringer als zu Beginn der sportlichen Aktivität. Erkläre.
– Die Körperzellen benötigen unter Belastung mehr Energie, die Zellatmung läuft verstärkt ab.
Hierzu ist auch mehr Sauerstoff nötig. Daher wird die Atmung forciert, sodass mehr Sauerstoff
ins Blut gelangt. Gleichzeitig steigt der Puls, sodass der Sauerstoff schneller zu den Zellen transportiert werden kann. Die entsprechende Betrachtung gilt für Kohlenstoffdioxid.
A2 Bei zu starkem Licht setzen wir gerne eine Sonnenbrille auf. Dies kann dann gefährlich sein,
wenn die Brille keinen ausreichenden UV-Schutz hat. Erkläre.
– Durch das dunkle Glas gelangt wenig Licht in das Auge, die Pupille weitet sich. UV-Strahlung
kann dann die Netzhaut schädigen.
A3 Finde weitere Beispiele, bei denen Abläufe aus deiner Umwelt technisch geregelt werden.
– Möglich wären etwa ein Tempomat im Auto (konstante Geschwindigkeit); durch Licht- und
Windmesser geregelte Jalousien
A4 „Die Regelung einer konstanten Körpertemperatur bei gleichwarmen Tieren ist viel komplizierter als die Regelung einer konstanten Raumtemperatur.“ Finde Gründe für diese Aus‑
sage. Bedenke dabei z. B., ob du bereits Situationen erlebt hast, in denen dir kalt oder warm
wurde, ohne dass die Umgebungstemperatur gering oder hoch war.
– Die Körpertemperatur des Menschen wird nicht nur durch die Umgebungstemperatur oder die
durch körperliche Aktivität entstehende Wärmeenergie beeinflusst (wie etwa eine kühle Umgebung eines Zimmers oder ein heizender Ofen in einem Raum). Wir frieren oder schwitzen auch,
wenn wir aufgeregt oder verängstigt sind. Emotionen spielen also auch eine Rolle.
Stoff- und Energieumwandlung — Assimilation und Dissimilation (Seite 211)
A1 Ändere die Grafik zur Energiebilanz, wenn statt eines Radfahrers ein ruhender Mensch dargestellt wird.
– Die Bewegungsenergie fällt weg und der Gesamtumsatz ist geringer.
A2 Mitochondrien werden oft als die „Kraftwerke der Zelle“ bezeichnet. Finde einen entsprechenden Begriff für die Chloroplasten.
– Die Chloroplasten könnten als „Solarzellen der grünen Pflanzen“ bezeichnet werden. Wenn man
betonen will, dass die Chloroplasten die Energieträger für die Kraftwerke liefern, wäre auch die
Bezeichnung „Bergwerke der Zelle“ denkbar.
A3 „Wer abnehmen will, muss weniger essen und viel Sport treiben.“ Erkläre diese Aussage mit
Energieumwandlungen.
– Wer abnehmen will, muss im Körper gespeicherte Energieträger (z. B. Fett) abbauen. Dazu muss
mehr Energie verbraucht werden als zugeführt wird.
51 Basiskonzepte
A4 Pflanzen produzieren Nährstoffe, die von Tieren mit der Nahrung aufgenommen werden.
Durch den Abbau von Nährstoffen ist es Tieren möglich, sich zu bewegen. Stelle die beschriebenen Energieumwandlungen von Pflanze und Tier in einer Grafik dar.
– In der Grafik sollte der Energiefluss deutlich werden (s. Abb.).
A5 „Die Sonne spendet Leben.“ Erläutere diesen Satz. Beachte dabei die energetischen Aspekte.
– Ohne Sonne könnten Pflanzen keine Nährstoffe produzieren und Leben auf der Erde wäre nicht
möglich. Alternative Begründung: Der Energiefluss käme zum Erliegen.
Information und Kommunikation (Seite 213)
A1 Untersuche Werbeanzeigen auf die Verwendung von sexuellen Signalen als „Hingucker“. Gibt
es Personengruppen, die dadurch angesprochen werden? Erläutere.
– je nach Werbeanzeige
A2 Neben optischen Signalen und Berührungssignalen gibt es weitere Wege der Kommunikation zwischen Menschen. Nenne Beispiele.
– gesprochene Sprache, Brief, E-Mail, SMS, …
A3 Gruppierungen von Jugendlichen (Peergroups) fallen zum Beispiel durch gleiche Kleidung
auf. Nenne verschiedene Gruppen und ihre „Kennzeichen“. Handelt es sich um eine Form der
Kommunikation? Erläutere.
– Gruppierungen sind häufig gekennzeichnet durch ihre Sprache, Frisur, Musikgeschmack, …
Dadurch signalisieren sie zum einen ihre Zusammengehörigkeit, grenzen aber auch Nichtmitglieder deutlich aus.
A4 Kommunikation erfolgt nicht nur unter Artgenossen. Gib Beispiele an für Kommunikation
zwischen
–Mensch und Tier und
–Tier und Pflanze.
– Mensch — Tier: Entsprechend dressierte Hunde reagieren auf Befehle wie „Fuß!“ oder „Platz!“;
schnurrende Katzen signalisieren Wohlbefinden, manche Tiere signalisieren durch Warntrachten
ihre Giftigkeit; …
– Pflanze – Tier: Pflanzen locken durch Duftstoffe oder Blütenfärbung Bestäuber an; unangenehmer Geruch hält Fressfeinde fern.
A5 Erläutere ein weiteres Beispiel aus dem Buch, bei dem Hormone an der Kommunikation
innerhalb unseres Körpers beteiligt sind.
– Insulin und Glukagon kontrollieren die Höhe des Blutzuckerspiegels. Dabei wirkt Insulin nach
einer kohlenhydratreichen Mahlzeit senkend auf den Blutzuckerspiegel, indem es dafür sorgt,
dass der Zucker in die Zellen aufgenommen werden kann. Sinkt der Blutzuckerspiegel durch
körperliche Aktivität zu stark, so bewirkt das Glukagon, dass der Zuckervorrat aus den Zellen
wieder ins Blut freigesetzt wird.
52 Basiskonzepte
Fortpflanzung und Vermehrung– Reproduktion (Seite 215)
A1 Erläutere die Begriffe „Reproduktion”, „Fortpflanzung” und „Vermehrung” allgemein und
anhand geeigneter Beispiele.
– Reproduktion: Produktion von Nachkommen; Fortpflanzung (sexuelle Fortpflanzung): Produktion von Geschlechtszellen, aus denen nach
Zygotenbildung Nachkommen entstehen; Vermehrung: hierzu gehört auch die vegetative Vermehrung, z. B. durch Ableger bei Pflanzen.
A2 Menschen und Menschenaffen beschützen, versorgen und erziehen ihre Kinder über mehrere Jahre. Die Zahl der Nachkommen ist pro Paar sehr gering. Blattläuse hingegen haben fast
massenhaften Nachwuchs, um den sich die Elterntiere nicht kümmern.
In den zwei Beispielen werden Möglichkeiten deutlich, mit deren Hilfe Lebewesen ihren
eigenen Nachwuchs sicherstellen. Erläutere.
– Einerseits sichert die Pflege des Nachwuchses dessen Überlebenschancen, sie ist aber so
arbeitsaufwändig, dass sie nur wenigen Nachkommen zuteil werden kann. Andererseits kann
die Überlebenschance einiger Nachkommen gesichert sein, wenn massenhaft Individuen als
Nachkommen erzeugt werden. Eine aufwändige Pflege ist dann weder nötig noch möglich.
A3 In vielen Familien und Partnerschaften sind Gespräche über Fragen der Sexualität eher die
Ausnahme. Finde Gründe.
– Hier eine konkrete Lösung zu formulieren, ist aufgrund der sehr unterschiedlichen Lebenswelten
unserer Schüler schwierig. Die beiden häufigsten Schülerantworten sind erfahrungsgemäß:
traditionelle religiöse Erziehung und fehlendes Vertrauen zwischen den Partnern.
A4 Erkläre, inwiefern Ei- und Spermienzellen gut an ihre Funktion angepasst sind. Findet sich
hier ein weiteres biologisches Prinzip? Erläutere.
– Die männliche Spermienzelle ist klein, aber gut beweglich. Daher kann sie aber keinen großen
Nährstoffvorrat mit sich tragen. Die weibliche Eizelle ist groß, weil sie einen großen Nährstoffvorrat mit sich trägt. Sie sichert die Versorgung der Zygote und ist daher bedeutend. Wegen der
Größe ist eine Eigenbewegung nicht möglich (Prinzip: Struktur und Funktion).
Variabilität und Angepasstheit (Seite 217)
A1 Gleichwarme Lebewesen zeigen in kalter Umgebung unterschiedliche Verhaltensweisen: Sie
rollen sich zusammen, in Herden lebende Tiere stellen sich dicht aneinander usw. Handelt es
sich dabei um eine Angepasstheit? Erläutere.
– Die Angepasstheit besteht darin, dass die Gesamtoberfläche, über die Wärmeenergie an die
kältere Umgebung abgegeben werden muss, verkleinert wird. So werden Energie und damit
auch Nährstoffe gespart.
A2 Erläutere die Angepasstheit des menschlichen Atemorgans an die Umgebung Luft. Wären
wir auch unter Wasser angepasst? Erkläre.
– Die feinen Lungenbläschen (Alveolen) ermöglichen einen intensiven Kontakt zwischen Luft
und Blutkreislaufsystem: Die Atemgase können so schnell ausgetauscht werden. Unter Wasser
könnten die Alveolen nicht sonderlich viel gelösten Sauerstoff aus dem Wasser holen. Die Konzentration des Sauerstoffs ist im Wasser zu gering, ein ständiger Strom von Wasser durch die
Alveolen wäre nötig, ein dauerndes Befüllen und Entleeren der Alveolen wäre nicht ausreichend.
Außerdem befindet sich in der Lunge immer Mischluft, da sie niemals ganz entleert werden
kann. Auch dies wäre bei den geringen Sauerstoffkonzentrationen im Wasser für eine Atmung
nicht ausreichend.
A3 Erläutere den Unterschied zwischen den Begriffen „Angepasstheit“ und „Anpassung“.
– Anpassung ist ein gezielter Vorgang und kann zumindest beim Menschen auch bewusst
gemacht werden. Angepasstheit erfolgt ungezielt durch die Umweltbedingungen im Laufe von
langen Zeiträumen.
A4 Am Beispiel von Kiemen und Lungen oder auch von Sonnen- und Schattenblatt lässt sich ein
weiteres biologisches Prinzip ableiten. Finde es heraus und erkläre.
– Prinzip: Struktur und Funktion; Lunge und Kiemen: s. Aufgabe 2; Sonnen -und Schattenblatt: Bei
dauerhaft viel Sonnenschein ist eine hohe Fotosyntheseleistung möglich. Die Pflanze ermöglicht
dies durch das Vorhandensein vieler Chloroplasten, vor allem in den der Sonne zugewandten
Zellen des Palisadengewebes. Da dies einen hohen Gaswechsel erfordert, befindet sich ein
großvolumiges Schwammgewebe auf der der Sonne abgewandten Blattseite.
53 Basiskonzepte
Geschichte und Verwandtschaft (Seite 219)
A1 Gib für die Art Kreuzotter den Stamm, die Klasse, die Ordnung und die Familie an.
– Stamm: Wirbeltiere; Klasse: Reptilien; Ordnung: Schuppenkriechtiere; Familie: Ottern; Gattung: Echte Ottern; Art: Kreuzotter
A2 Nenne eine Begründung dafür, dass die abgebildeten Wirbellosen miteinander verwandt
sind.
– Sie haben keine Wirbelsäule, kein Innenskelett und kein geschütztes Nervensystem wie Wirbeltiere, aber teilweise ein Außenskelett.
A3 Entwickle eine Hypothese, mit deren Hilfe die Entstehung vom Einzeller zum Mehrzeller
erklärt werden kann.
– Einzeller führen alle Lebensfunktionen durch eine Zelle aus. Kolonien haben dieses Merkmal
auch noch, durch den Zusammenschluss werden sie größer und besser geschützt. Ein Mehrzeller
jedoch hat schon Zellverbände, die unterschiedliche Aufgaben übernehmen. Eine einzelne Zelle
davon ist jedoch nicht lebensfähig.
A4 Suche im Internet nach weiteren Beispielen für Säugetiere, die im Wasser leben.
– individuelle Lösung
54 Basiskonzepte