6._Teil_2_Vom_Einzeller_zum_Vielzeller
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Vom Einzeller zum Vielzeller Von Geweben und Organen Steigerung der Leistungsfähigkeit und der Effizient – immer weiter dreht sich die Spirale der Evolution. Ein erster wichtiger Schritt vom Einzeller zum Vielzeller war die Bildung von Zellverbänden aus gleichartigen Zellen (sog. Kolonien), schliesslich die Bildung von Verbänden mit Zellen unterschiedlicher Diffenzierung (siehe Hydra). Doch damit nicht genug. Im Verlaufe der Evolution wurden die Vielzeller grösser. Diese Grössenzunahme bedingte weitere Entwicklungsschritte: Zellen mit gleicher oder ähnlicher Form und Funktion begannen sich zusammenzuschliessen. Solche Zusammenschlüsse nennt man GEWEBE. Oftmals sind diese Zellen nicht mehr oder beschränkt teilungsfähig. Eine Teilung und Differenzierung gelingt nur noch den Stammzellen. Beispiele verschiedener Zelltypen bei Pflanzen (a) undifferenzierte Zelle (b) Epidermiszelle (c) Assimilationszelle für Photosynthese (d) Speicherzelle (e) Wurzelhaarzelle (f) Siebröhrenzelle mit Geleitzelle (g) Tracheide(kleine Wasserleitungsbahn) (h) Trachee (grosse Wasserleitungsbahn) (i) Bastfaser (k) Steinzelle (l) Sternhaar Beispiele verschiedener Zelltypen bei Tieren (a) Eizelle (b) Bindegewebszelle (c) Knorpelzelle (d) Knochenzelle (e) Wimpernepithelzelle (f) Drüsenzelle (g) Sinneszelle (h) Nervenzelle (i) glatte Muskelzelle (k) Samenzelle In den komplex gebauten Vielzellern sind verschiedene Gewebe zu ORGANEN zusammengeschlossen. Ein solches Organ übernimmt im Körper äusserst effizient eine ganz bestimmte Aufgabe. Denn Teilaufgaben werden durch die Gewebe des Organs gelöst. Ein Beispiel eines solchen Organs ist der Magen. Der Magen besteht aus Muskelgewebe (für die Bewegungen), Düsengewebe (für die Sekretion von Verdauungssäften), Hautgewebe (für den Schutz und die Abgrenzung), usw. Der Begriff Organ bezeichnet also einen Verband von verschiedenartigen Geweben, der im Körper eines komplexen Vielzellers eine bestimmte Aufgabe erfüllt. Biologie 1aAN / 1fM 08/09 Vom Einzeller zum Vielzeller Lumbricus terrestris (oder: Wiederholung mit Varianten) (in Ergänzung zu Natura f. Schw. Mittelschulen, 2006, S. 132, 133) Der Regenwurm gehört zum Stamm der Ringelwürmer (Annelida). Ihr Körper ist meist in viele aufeinander folgende Segmente – Ringe – gegliedert. Die Gliederung betrifft auch die Mehrzahl der inneren Organe, so dass der Körper aus aufeinander folgenden Segmenten mit mehr oder wenig gleichem Aufbau besteht. Abb. 1: Schematischer Aufbau eines Ringelwurms 1: .................................................................... 4 5 6 2: .................................................................... 3: .................................................................... 4: .................................................................... 1 5: .................................................................... 3 7 2 6: .................................................................... 7: .................................................................... 8 11 6 8: .................................................................... 5 9: .................................................................... 9 10: .................................................................... 7 12 10 11: .................................................................... 3 12: .................................................................... AUFGABEN: 1. Lesen Sie im Buch den Text auf den Seiten 132 und 133. 2. Beschriften Sie die Ziffern der Abbildung 1. 3. Entscheiden Sie sich nun für die eine oder die andere Aufgabe: a. Entweder Sektion eines Regenwurms b. Oder Versuche zur Fortbewegung und Sinnesleistung der Regenwürmer. 4. Beide Arbeiten werden schriftlich festgehalten und abgegeben: a. Beschriftete Übersichtszeichnung b. Kurzer Bericht mit Skizze. Biologie 1aAN / 1fM 08/09 Vom Einzeller zum Vielzeller Abb. 2: Ansicht von oben auf den präparierten Regenwurm. Die Längsmuskulatur ist nur in den Segmenten 28 und 29 eingezeichnet. Abb. 3: Aufsicht auf die Geschlechtsorgane des Regenwurms. Biologie 1aAN / 1fM 08/09 Vom Einzeller zum Vielzeller Praktikum: Sektion des Regenwurms ÄUSSERE BETRACHTUNGEN: 1. Legen Sie den Regenwurm in eine Sezierschale. Erstellen Sie eine Übersichtsskizze: Vorne, hinten, oben, unten Länge, ungefähre Anzahl Segmente, Färbung, Gürtel (32.-27. Segment). Suchen Sie die durchschimmernden Blutgefässe und den Darm. 2. Unter dem Binokular: Mundöffnung, die Öffnungen der Geschlechtsorgane (weibliche im 14. Segment, männliche im 15. Segment), die Afteröffnung und die Borstenpaare. DIE INNEREN ORGANE: 3. Die dunklere Rückenseite soll nun nach oben liegen. Fixieren Sie den Regenwurm mit je einer schräg gestreckten Nadel vorne und hinten, so dass er möglichst gespannt wird. 4. Jetzt öffnen Sie den Regenwurm von vorne mit der Schere mit einem feinen Schnitt, indem Sie möglichst flach der Mittellinie des Rückens entlang schneiden. Achten Sie darauf, keine darunter liegenden Organe zu zerschneiden, indem Sie den Hautmuskelschlauch mit einer Pinzette anheben. 5. Die Epidermis der beiden Körperhälften wird vorsichtig zur Seite geschoben und mit schräg gesetzten Nadeln fixiert. Füllen Sie die Sezierschale mit Wasser und erstellen Sie eine Übersichtsskizze der beobachteten Organe. Beschriften Sie Ihre Skizze mit Hilfe der Abbildungen. Folgende Organe: Diseptimente (Trennwände zwischen den Segmenten) Nephridien mit Wimperntrichter: Fachbegriff der Ausscheidungsorgane Samenblasen: 3 Paare, große weißlich-gelbe Bläschen in der Region des Mitteldarms 5 Ringherzen: Kontraktile Schlingen im 7.-11. Segment, die das Blut in das Bauchgefäß pumpen Rückengefäß: Blutgefäss am Rücken Verdauungstrakt: Pharynx, Speiseröhre, Kropf, Muskelmagen, Mitteldarm, erdiger Enddarm Cerebralganglion 6. Die Speiseröhre hinter dem Pharynx durchschneiden, mit der Pinzette anheben und sehr vorsichtig bis zum 12. Segment von ihrer Unterlage trennen und abschneiden. Darunter werden sichtbar: Hoden (2 Paare im 10. Und 11. Segment Sehr kleine weisliche Eierstöcke (1 Paar im 13. Segment) Seitlich im 9. Und 10. Segment liegen 2 Paare von weissen kugelrunden Samenbehältern (Receptacula seminis), die der Aufnahme von fremden Spermien dienen. 7. Durch das Entfernen der Samenkapseln wird das Bauchmark (Strickleiternervensystem) sichtbar, das aus 2 eng nebeneinander liegenden Strängen besteht. Biologie 1aAN / 1fM 08/09 Vom Einzeller zum Vielzeller Praktikum: Untersuchungen am lebenden Regenwurm Wichtige Bemerkung: Regenwürmer atmen über ihre Haut. Diese Hautatmung gelingt nur dann, wenn die Haut feucht ist. Achten Sie deshalb bei Ihren Würmern immer auf eine feuchte Haut ! ZUM AUFBAU: 1. Legen Sie den Regenwurm in eine Sezierschale, und betrachten Sie ihn von außen. Orientieren Sie sich anhand der Übersichtsskizzen im Theorieteil, und zeichnen Sie eine Skizze an. Beschriften Sie mit: Vorne, hinten, oben, unten, Länge, ungefähre Anzahl Segmente, Färbung, Gürtel (32.-27. Segment). Suchen Sie ebenfalls die durchschimmernden Blutgefässe und den Darm. 2. Betrachten Sie den vorderen Körperteil des Regenwurms unter dem Binokular genauer. Suchen die Sie Mundöffnung, die Öffnungen der Geschlechtsorgane (weiblich 14. Segment, männlich 15. Segment), die Afteröffnung und die Borstenpaare. Die Borstenpaare spürt man beim vorsichtigen Überstreichen auf der Bauchseite des Regenwurms. Zeichnen Sie diese Körperteile in Ihrer Skizze ein. ZUR FORTBEWEGUNG: 3. Lassen Sie einen Regenwurm über verschiedene Oberflächen kriechen, hören Sie gut hin und beobachten Sie. Notieren Sie Ihre Wahrnehmungen und versuchen Sie sie zu erklären. 4. Halten Sie den Wurm an einem Ende zwischen zwei Fingern hoch und beobachten Sie die Streckung und die Kontraktion. Beobachtungen notieren, erklären ( „Ring-“ und „Längsmuskulatur“ verwenden). ZUR REIZWAHRNEHMUNG 5. Berühren Sie das Tier leicht am Vorderende, beobachten Sie seine Bewegungen und halten Sie schriftlich fest: • Verlauf der Kontraktionswellen • Stellung der Borsten 6. In einem vollkommen abgedunkelten Glasrohr befindet sich ein Regenwurm. Schieben Sie sorgfältig die Papierröhre zurück und beobachten dabei, wie der Wurm liegt, ob und wie er auf Licht reagiert. Schieben Sie die Papierröhre von der anderen Seite her zurück und beobachten wiederum. Notieren Sie die Erkenntnisse. 7. Nun notieren Sie die Reaktion des Regenwurms auf verschiedene Stoffe: Aber Vorsicht: Der Wurm darf nur an seinem Vorderende die stark verdünnten Substanzen berühren und muss die Möglichkeit haben sich zurückzuziehen: Sie legen den Wurm auf eine saubere Glasplatte und mit dem Pinsel einen Ring mit der stark verdünnten Substanz um ihn herum (Abstand ca. 5 cm) ziehen. Notieren Sie: • Reaktion ja oder nein • Reaktionsgeschwindigkeit: Sehr schnell (< 0.1sec), schnell (0.1-1sec), eher langsam (> 1sec). 8. Welche Reize müssten weiter von einem Regenwurm wahrgenommen werden können. Begründen Sie. Vergleich von Wirbeltier und Ringelwurm Biologie 1aAN / 1fM 08/09 Vom Einzeller zum Vielzeller ............................................................................................. ........................................................................................ ............................................................................................. ........................................................................................ ............................................................................................. ........................................................................................ ............................................................................................. ........................................................................................ ............................................................................................. ........................................................................................ a.................................................................................. ............................................................................................. b.................................................................................. ................................................................................ ........................................................................................ ................................................................................ ............................................................................................. ........................................................................................ c.................................................................................. ................................................................................ ............................................................................................. ........................................................................................ d.................................................................................. ................................................................................ ............................................................................................. ........................................................................................ e.................................................................................. ................................................................................ ............................................................................................. ........................................................................................ f.................................................................................. ................................................................................ ............................................................................................. ........................................................................................ Biologie 1aAN / 1fM 08/09 Vom Einzeller zum Vielzeller Vielfalt an Arten (aus O.E. Wilson, Wert der Vielfalt, Piper, 1998) Biologie 1aAN / 1fM 08/09 Vom Einzeller zum Vielzeller Die vier Klassen der Gliederfüßler Die Insekten gehören zu einer großen Gruppe von Tieren, welche sich durch ihre Körpersegmentierung (Körper gegliedert in „Ringe“) und häufig durch mindestens ein Paar Gliedmassen pro Körpersegment auszeichnen. Ihre Haut besteht aus Chitin und bildet zugleich das stützende, harte Skelett. Im Innern dieses Skeletts liegen die inneren Organe, wie zum Beispiel die Muskulatur, die Verdauungsorgane oder das für diese Tiergruppe typische Strickleiter-Nervensystem. Im Reich der Tiere werden diese Vertreter zu einem gemeinsamen Stamm zusammengefasst, dem Stamm der Gliederfüßler. Dieser Stamms besteht wiederum aus vier Klassen: Klasse der Tausendfüssler, Klasse der Spinnentiere, Klasse der Krebstiere und Klasse der Insekten. Der Steinläufer (bis 7cm) Der Bachflohkrebs (bis 1cm) Die Kreuzspinne (bis 4cm) Zu welcher Klasse der Gliederfüßler gehören die Vertreter? Begründen Sie eindeutig. Biologie 1aAN / 1fM 08/09 Vom Einzeller zum Vielzeller Der Stamm der Gliederfüßler und seine Klassen Klasse Insekten Tausendfüssler Spinnentiere Beispiel Besonder -heiten Augentypen Anzahl Fühlerpaare Anzahl Laufbeine Position am Körper Anzahl Flügel Körperabschnitte Lebensraum Biologie 1aAN / 1fM 08/09 Krebse Vom Einzeller zum Vielzeller Stammbaum der Tiere Wichtige Entwicklungsschritte: ............................................................................................................................................................................ ............................................................................................................................................................................ ............................................................................................................................................................................ ............................................................................................................................................................................ ............................................................................................................................................................................ ............................................................................................................................................................................ ............................................................................................................................................................................ ............................................................................................................................................................................ Biologie 1aAN / 1fM 08/09 Vom Einzeller zum Vielzeller Der Grundbauplan des Insekts Insekten zeichnen sich aus durch ihre harte Außenhaut. Dieser tote Hautpanzer ist das eigentliche Skelett der Insekten. Man bezeichnet ihn auch als „Hautskelett“. Die lebende Haut, aus einer Zellschicht bestehend, scheidet nach außen hin diesen Hautpanzer ab. Er besteht zur Hauptsache aus Chitin und Sklerotin. Einerseits ist das Chitin ein relativ weicher, stickstoffhaltiger Stoff. Andererseits dient das eiweißähnliche Sklerotin zur Härtung des Panzers. Das Hautskelett ist wegen seiner großen Dichte, seiner hohen Druck- und Zugfestigkeit, seiner geringen Benetzbarkeit und seiner großen Widerstandsfähigkeit gegen chemische Einwirkungen eine ausgezeichnete Voraussetzung für das Fliegen und das Leben auf dem Land. Dieser Panzer stellt zudem einen vortrefflichen Schutz vor dem Vertrocknen dar. Bewegungen werden durch Aufteilen des Körperpanzers in einzelne Segmente mit je einer Bauch- und einer Rückenplatte und durch das Aufteilen des Beinpanzers in einzelne Glieder ermöglicht. Die einzelnen Panzerringe,röhren und -platten sind durch eine dünne Membran miteinander verbunden. Innere Organe und Muskeln sitzen im Innern am Skelett. Muskelreiche Glieder wie der Sprungschenkel der Heuschrecke müssen deshalb stark verdickt sein. Einen gewaltigen Nachteil besitzt dieser Hautpanzer aber: Er verhindert nämlich ein gleichmäßiges Wachstum der Tiere. Die Insekten müssen deshalb im Laufe ihres Lebens eine bestimmte Anzahl Häutungen durchmachen, bis sie ausgewachsen sind. Dabei wird unter dem zu klein gewordenen Außenskelett ein neuer, noch elastischer Panzer gebildet, dann reißt die alte Haut an einer vorbestimmten Stelle auf, und das Insekt steigt aus der harten Hülle. Indem sich das Tier mit Luft (oder Wasser) aufbläht, wird der neue Panzer gedehnt und erhärtet dann langsam. Mit Ausnahme der Urinsekten häuten sich die ausgewachsenen geschlechtsreifen Insekten dann nicht mehr. Abb. 1: Bauplan des Insektes • Einzelnes Segment (........): • Stigma (Atemöffnung) • Bauchplatte • Rückenplatte (........) (........) (........) • Brust aus drei Segmenten (........): • 3 Beinpaare • 2 Flügelpaare (Hinter- und Vorderflügel) (........) (........) • Kopf (........): • Fühler (1 Paar) • Facettenauge (1 Paar) • bei gewissen Insekten: Punktauge auf der Stirn • Mundgliedmassen (........) (........) (........) (........) • Hinterleib aus meist elf Segmenten (........): • After (........) • Geschlechtsöffnung im 10. Segm. des Hinterleibs (........) Biologie 1aAN / 1fM 08/09 Vom Einzeller zum Vielzeller Thema mit Variationen: Abwandlungen eines Grundbauplans Ein wesentlicher Faktor für den riesigen Erfolg der Insekten ist ihrer Vielfältigkeit im Körperbau. Jede Insektenart ist durch kleine Variationen im Grundbauplan optimal an ihren Lebensraum angepasst, zum Beispiel durch Sprungbeine, durch Verlängerung der Mundwerkzeuge, durch gut getarnte Deckflügel, ... INSEKTENBEINE: Insektenbeine besitzen alle den gleichen Grundbauplan (Abb. 1), bestehend aus Fuss, Schiene, Schenkel, Schenkelring und Hüfte. Je nach Lebensraum des Insekts sind seine Beine und damit der Grundbauplan einer ganz bestimmten Aufgabe angepasst. Abb. 2 zeigt den Muskelansatz der Beine im Innern des Skeletts. Abb. 1: Grundbauplan des Insektenbeins Abb. 2: Säugetier und Insekt im Vergleich MUNDWERKZEUGE Nicht nur die Beine der Insekten besitzen immer denselben Grundaufbau, auch die verschiedenen Mundwerkzeuge basieren auf einem gemeinsamen Grundbauplan, der im Laufe der Evolution abgewandelt wurde (siehe Abb. 3). Die Homologien sind nicht leicht zu erkennen. Die Mundwerkzeuge bestehen aber immer aus Oberkiefer, Oberlippe, Unterlippe und Unterkiefer. Abb. 3: Mundwerkzeuge verschiedener Insekten: 1: Käfer 2: Honigbiene 3: Schmetterling 4: Stechmücke Biologie 1aAN / 1fM 08/09 Vom Einzeller zum Vielzeller Praktikum: Die Beine der Insekten In diesem Praktikum geht es darum, nur anhand der Insektenbeine verschiedene Variationen eines Grundbauplanes und ihren Sinn kennen zu lernen. Material: Kopie: Thema mit Variationen Binokulare und Pinzette Tierart: ................... Vorgehen: 1. Jede Person Ihrer Gruppe benötigt ein Binokular, ein Insekt, sowie eine Pinzette. 2. Studieren Sie dann der Kopie „Thema mit Variationen“ 3. Bezeichnen Sie die verschiedenen Glieder eines Insektenbeines (Abb. 1) und die entsprechenden Glieder der Bienenbeine mit Farben: Fuß, Schiene, Schenkel, Hüftring und Hüfte. 4. Und nun geht’s ans Praktikum: Untersuchen Sie Ihr Insekt mit Hilfe des Binokulars. Suchen Sie folgende Bauteile: Kopf – Brust – Hinterleit Flügel: Anzahl? Facettenauge. Ist auch ein Punktauge vorhanden? Fühler: Erkennen Sie die Gliederung? Form der Mundwerkzeuge? Welche Art von Nahrung könnte das Tier damit aufnehmen? Stigmen im Hinterleib erkennbar? 5. Zeichnen Sie nun ein einzelnes Insektenbein und beschriften Sie die Glieder. 6. Überlegen Sie sich die spezielle Funktion des Beines Ihrer Tierart. 7. Übertragen Sie Ihre Zeichnung, die Beschriftung und Ihre Überlegungen auf eine Hellraumprojektorfolie. Biologie 1aAN / 1fM 08/09 Vom Einzeller zum Vielzeller Biologie 1aAN / 1fM 08/09
