Box. Biologie. Evolution. Neurobiologie. Brinkmann Meyhöfer. Schülerarbeitsbuch. 2. Halbjahr der Qualifikationsphase.

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1 Box Biologie Schülerarbeitsbuch 2. Halbjahr der Qualifikationsphase Niedersachsen Evolution Ursachen der Evolution Evolutionstheorien Evolutive Entwicklungen Neurobiologie Das Nervensystem zellbiologische Grundlagen, Erregungsbildung und Erregungsweiterleitung Das Zusammenwirken von Nerven- und Hormonsystem am Beispiel von Stresssituationen von Sylke Bohlen, Maren Engel, Tanja Riemeier und Mathias Trauschke Brinkmann Meyhöfer

2 INHALTSFELD: Evolution I Ursachen der Evolution Die biologische Evolution erklärt die Entwicklung der Arten Natürliche Selektion 3 2 KLAUSURÜBUNG Allopatrische Artbildung 36 WAS SIE SCHON WISSEN: Die weiße Revolution 3 Untersuchungen zur Vererbung der Laktose-Verträglichkeit Zu den Ursachen der Laktose-Verträglichkeit bei europäischen Erwachsenen 4 5 Die Laktose-Verträglichkeit als ein Beispiel für Selektion 8 INFO-BOX: Fachbegriffe der Evolution 8 Variabilität Grundlage der Selektion 9 Zebras und ihre Streifen 10 VERTIEFUNG: Selektion und Angepasstheit 16 Selektion als grundlegendes Prinzip der Evolution Ein Spiel 18 Zu den Ursachen von Variabilität 19 Die Variabilität der Körpergröße beim Menschen 19 Variabilität ist genetisch bedingt 20 Sexuelle Rekombination und Mutationen als Ursachen für Variabilität VERTIEFUNG: Wenn Variabilität zum Vorteil wird die Präadaptation Selektionstypen wie sich die natürliche Selektion auf eine Population auswirken kann Genetische Drift als Ursache für Evolution 30 Der Flaschenhalseffekt 31 Der Gründereffekt 32 Die Entstehung von Arten 33 Artbildung durch geografische Isolation 34 KLAUSURÜBUNG: Allopatrische Artbildung 36

3 II Evolutionstheorien Die Evolutionstheorien von Lamarck und Darwin im Vergleich METHODEN-BOX: Gruppenpuzzle METHODEN-BOX Gruppenpuzzle 41 EXPERTENTEAM 1: Jean Baptiste Lamarck 42 EXPERTENTEAM 2: Charles Robert Darwin 44 NATURWISSENSCHAFTLICHE DENK- UND ARBEITSWEISEN: Intentionales und finales Denken versus naturwissenschaftliches Denken 49 Die Synthetische Evolutionstheorie 50 III Evolutive Entwicklungen Das Prinzip der gemeinsamen Abstammung 52 Verwandtschaft ermitteln Evolution rekonstruieren 52 Übereinstimmungen körperlicher Strukturen als Belege für Verwandtschaft Homologien als Verwandtschaftsbelege 54 Analogien täuschen Verwandtschaft vor 59 Molekulargenetische Homologien belegen gemeinsame Abstammung Nicht sichtbar aber dennoch vergleichbar Ähnlichkeiten in der DNA belegen Verwandtschaft TECHNIK-BOX: DNA-DNA-Hybridisierung 62 DNA-Sequenzen als Schlüssel zu evolutionärer Verwandtschaft METHODEN-BOX Wie Stammbäume erstellt werden 76 Paarweises Vorlesen 84 ÜBEN Abstammungsgemeinschaften die Verwandtschaft der Geier 72 Verhaltensweisen von Kranichen 104 KLAUSURÜBUNG Die Verwandtschaft von Ameisenigel und Schnabeltier 80 WAS SIE SCHON WISSEN: Evolution ein Prozess allmählicher Weiterentwicklungen? Was uns Stammbäume sagen: Rekonstruktion evolutiver Entwicklungen ÜBEN: Abstammungsgemeinschaften die Verwandtschaft der Geier BASISKONZEPT Geschichte und Verwandtschaft 83 Verwandschaft rekonstruieren 74 INFO-BOX: Zwei Typen von Stammbäumen 75 METHODEN-BOX: Wie Stammbäume erstellt werden 76 Außengruppenvergleiche zur Unterscheidung von ursprünglichen und abgeleiteten Merkmalen KLAUSURÜBUNG: Die Verwandtschaft von Ameisenigel und Schnabeltier BASISKONZEPT: Geschichte und Verwandtschaft 83 METHODEN-BOX: Paarweises Vorlesen 84

4 Verwandtschaftsbelege durch molekularbiologische Homologien 87 WAS SIE SCHON WISSEN: Die Proteinbiosynthese 87 FORSCHUNGS-BOX: Verwandtschaft durch Aminosäuresequenz-Vergleiche bestimmen VERTIEFUNG: Entwicklungen in der stammesgeschichtlichen Forschung Aminosäuresequenz-Vergleiche ermöglichen stammesgeschichtliche Analysen INFO-BOX: Evolutionsgeschwindigkeit im Cytochrom C 94 Proximate und ultimate Erklärungen in der Biologie 99 Ein Beispiel: Weshalb im Herbst die Blätter abfallen 99 INFO-BOX: Ursache-Wirkungs-Beziehungen 99 Erklärungen für den Laubfall im Herbst 100 ÜBEN: Verhaltensweisen von Kranichen 104 INHALTSFELD: Neurobiologie I Das Nervensystem zellbiologische Grundlagen, Erregungsbildung und Erregungsweiterleitung Der Aufbau und die Aufgaben des Nervensystems 106 WAS SIE SCHON WISSEN: Einstiegsversuch 106 Das menschliche Nervensystem 108 WAS SIE SCHON WISSEN: Transportvorgänge an Biomembranen 109 Der Aufbau der Nervenzellen 110 Zu den Zellen des Nervensystems 110 CHEMIE-BOX: Ionen und Spannung 112 Das Ruhepotenzial 115 Zur Entstehung von Membranpotenzialen 116 Zur Aufrechterhaltung des Membranpotenzials 118 ÜBEN: Membranpotenzial 118 Zur Funktionsweise der verschiedenen Ionenkanäle 120 METHODEN-BOX: Gruppenpuzzle 121 MERKE: Zu den Ebenen der Betrachtung 122 Das Rezeptorpotenzial (Sensorpotenzial) 124 Das Aktionspotenzial 128 METHODEN-BOX: Diagramme beschreiben 131 Zu den Eigenschaften des Aktionspotenzials 134 METHODEN-BOX Gruppenpuzzle 121 Diagramme beschreiben 129 ÜBEN Membranpotenzial 118 Die Wirkung von lokalen Betäubungsmitteln zur Schmerzlinderung 136 Multiple Sklerose 146 Zusammenfassende Übersicht 154 KLAUSURÜBUNG Auf den Spuren der Neurobiologie 164 ÜBEN: Die Wirkung von lokalen Betäubungsmitteln zur Schmerzlinderung 136

5 Die Erregungsleitung 137 EXPERTENTEAM 1: Erregungsleitung im Axon ohne Myelinscheide EXPERTENTEAM 2: Erregungsleitung im Axon mit Myelinscheide EXPERTENTEAM 3: Erregungsleitung in Axonen mit unterschiedlichen Durchmessern ÜBEN: Multiple Sklerose 146 Der Aufbau von Synapsen und die Vorgänge an Synapsen 147 Der Aufbau von Synapsen 147 Die Vorgänge an erregenden Synapsen 148 Die Vorgänge an einer neuromuskulären Synapse (motorische Endplatte) 150 Die Vorgänge an hemmenden Synapsen 151 ÜBEN: Zusammenfassende Übersicht 154 Neuronale Verrechnung 156 Zur Wirkung von Synapsengiften 159 GRUPPE 1: Bungarotoxin 160 GRUPPE 2: Botulinumtoxin (Botox) 161 GRUPPE 3: Nikotin 162 KLAUSURÜBUNG: Auf den Spuren der Neurobiologie 164 II Das Zusammenwirken von Nerven- und Hormonsystem am Beispiel von Stresssituationen Aufbau und Funktionsweise des menschlichen Gehirns 180 Der Aufbau des menschlichen Gehirns 181 Sinneswahrnehmung 182 Zusammenwirken von Nerven- und Hormonsystem am Beispiel von Stresssituationen 184 Das Hormonsystem 185 MERKE: Unterschiede zwischen Nerven- und Hormonsystem 185 Neuronale und hormonelle Vorgänge in Stresssituationen 186

6 Vorwissen wiederholen und üben* DNA Aufbau und Replikation 190 Klassische Genetik 196 Hormondrüsen, deren Drüsenhormone und ihre Wirkung 202 * Der Baustein Vorwissen wiederholen und üben ist ein Lernprogramm, mit dem Sie die Grundlagen aus der Einführungsphase und neu Gelerntes aus der Qualifikationsphase selbstständig wiederholen und üben können. Sie sollten die Aufgaben bearbeiten, wenn Sie sich im Unterricht bei der Bearbeitung der Seiten WAS SIE SCHON WISSEN unsicher fühlen, sich also der Grundlagen aus der Einführungsphase nicht sicher sind. wenn Sie sich auf Klausuren vorbereiten. wenn Sie in der unmittelbaren Abiturvorbereitung den gesamten Stoff noch einmal rekapitulieren. Lernhilfen LH INHALTSFELD: Evolution I Ursachen der Evolution 206 MUSTERLÖSUNG ZUR KLAUSURÜBUNG Allopatrische Artenbildung 218 II Evolutionstheorien 220 III Evolutive Entwicklungen 222 MUSTERLÖSUNG ZUR KLAUSURÜBUNG Die Verwandtschaft von Ameisenigel und Schnabeltier 232 INHALTSFELD: Neurobiologie I Das Nervensystem zellbiologische Grundlagen, Erregungsbildung und Erregungsweiterleitung MUSTERLÖSUNG ZUR KLAUSURÜBUNG Auf den Spuren der Neurobiologie II Das Zusammenwirken von Nerven- und Hormonsystem am Beispiel von Stresssituationen