Die roten Fäden durch die Biologie (nach einem Vorschlag des Fortbildungsprogramms DELTAplus)

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1 Die roten Fäden durch die Biologie (nach einem Vorschlag des Fortbildungsprogramms DELTAplus) Grundwissen im Fach Natur und Technik (5.-6. Jahrgangsstufe) Steuerung und Regelung Organisationsebene Organisationsebene Evolution Information Struktur und Funktion Reproduktion Variabilität und Angepasstheit Stoff- und Energieumwandlung Steuerung und Regelung Organisationsebene Evolution Information Struktur und Funktion Reproduktion Variabilität und Angepasstheit Stoff- und Energieumwandlung Evolution Oberfläc Oberfläc Informati Informati Evoluti Evoluti Struktur und Funktion Steuerung und Regelung Variabilität und Angepasstheit Stoffe und Stoffe und Energie Energie Fortpflanzu Fortpflanzu Stoff- und Energieumwandlung Information Reproduktion Stoffwech Stoffwech

2 5. Jgst Jgst. 1 Luft ist ein Gasgemisch Luft ist ein Gasgemisch und besteht aus Stickstoff, Sauerstoff, Kohlenstoffdioxid und Edelgasen 78,08 Volumenanteile der Gase in % 20,94 0,98 0,94 Stickstoff Sauerstoff Edelgase Kohlenstoffdioxid 0,04 5. Jgst. 2 Allg. Schema: unbekannter Stoff + Nachweisreagenz 5. Jgst. 2 für den Stoff typische Reaktion Nachweise Iod-Probe: Stärke + Fehling- Probe: Traubenzucker/ Glucose + braune Iod- Lösung blaue Fehling- Lösung Fettfleck- Probe: Fett/Öl + Papier Eiweiß- Probe: Eiweiß + Kalkwasser- Probe: Kohlenstoffdioxid + Glimmspan-Probe: Sauerstoff + Hitze oder Säure klares Kalkwasser glimmender Span blauviolette Färbung rotbraune Färbung durchsichtig, bleibender Fettfleck Gerinnung milchig, trüber Niederschlag brennender Span 5. Jgst Jgst. 3 Naturwissenschaftlicher Erkenntnisweg 5. Jgst Jgst. 4 Art Alle Lebewesen, die sich miteinander fortpflanzen und dabei fruchtbare Nachkommen hervorbringen, gehören zu einer Art.

3 5. Jgst Jgst. 5 Kennzeichen des Lebens Bewegung Veränderung über Generationen (Evolution) Stoffwechsel (Aufnahme, Umbau, Abgabe) Aufbau aus Zellen Wachstum Fortpflanzung Information (Aufnahme, Verarbeitung, Weitergabe) 5. Jgst Jgst. 6 Zelle: kleinste lebensfähige Einheit Zelle Vakuole Zellwand Chloroplasten pflanzliche Zelle Zellmembran Zellkern mit DNA Cytoplasma tierische Zelle Zellw r 5. Jgst Jgst. 7 Organisationsebenen Makroskopische Ebene Mikroskopische Ebene CO 2 Submikroskopische Ebene Lebewesen Organ besteht aus verschiedenen Organen (z B. Muskeln, Herz) Funktionseinheit aus verschiedenen Geweben (z.b. Muskel aus Muskelgewebe, Nervengewebe,..) Gewebe bestehen aus vielen gleichen Zelltypen (z.b. Muskelgewebe aus vielen Muskelzellen) Zellen sind die kleinsten, lebensfähigen Einheit der Lebewesen (z.b. Muskelzellen, ) Zellorganellen sind membranumschlossene Untereinheiten einer Zelle, die bestimmte Aufgaben erfüllen (z.b. Zellkern,...) Teilchen z.b. Kohlenstoffdioxid-Teilchen 5. Jgst Jgst. 8 Nervensystem Vom Reiz zur Reaktion: Fang! Reiz Schallw als Rei? Reaktion Reaktion Nervensystem: Gehirn + Rückenmark + Nervenfasern Vom Reiz zur Reaktion: Gehirn

4 5. Jgst Jgst. 9 Skelett des Menschen Skelett: Stützfunktion, Schutz wichtiger Organe und Beweglichkeit Schädel und Wirbelsäule Schultergürtel (Schlüsselbein und Schulterblatt) Brustkorb (Brustbein und Rippen) Beckengürtel Armskelett (Oberarm-, Elle/Speiche, Handwurzel-, Mittelhand-, Fingerknochen) Beinskelett (Oberschenkel-, Schien-/Wadenbein, Fußwurzel, Mittelfuß-, Zehenknochen) Gelenke: bewegliche Verbindungsstellen zwischen Knochen 5. Jgst. 10 Muskeln 5. Jgst. 10 Muskeln Gegenspieler-Prinzip bewegen die Knochen können sich selber nur zusammenziehen, aber nicht aktiv dehnen Gegenspielerprinzip von Beuger und Strecker Für die Bewegung von Gliedmaßen, z.b. des Unterarms, sind immer zwei Muskeln notwendig! Der Beugemuskel und der Streckmuskel arbeiten meist abwechselnd. Sie sind Gegenspieler! Dies ist nötig, weil sich Muskeln nur aktiv verkürzen, aber niemals selber wieder dehnen/strecken können. 5. Jgst Jgst. 11 Nahrungsbestandteile Kohlenhydrate Stärke, Traubenzucker z.b. Brot, Nudeln, Kartoffeln 5. Jgst Jgst. 12 Stoffwechsel Aufnahme von Stoffen (Energieträger, Baustoffe, ) Umwandlung von Stoffen zum Aufbau und für die Energieversorgung des Körpers Abgabe von nicht verwertbaren Stoffen

5 5. Jgst Jgst. 13 Verdauung Enzyme Verdauung Zerlegung der Nährstoffteilchen in kleinere Bestandteile, um die Aufnahme ins Blut zu ermöglichen Enzyme Protein(molekül)e als Nanowerkzeuge, die den Auf-, Umund Abbau aller von der Zelle benötigten Teilchen bei Körpertemperatur beschleunigen bzw. erst ermöglichen. Stoffe und Teilchen 5. Jgst. 14 Stoffe und Teilchen 5. Jgst. 14 Gegenstand und Stoff Jeder Gegenstand (=jedes Ding) besitzt eine Masse (= Messgröße); [g], [kg] (= Einheit) ein Volumen (= Messgröße); [cm 3 ], [l] (= Einheit) eine Form und besteht aus bestimmten Stoffen (=Materialien). Stoffe und Teilchen 5. Jgst. 15 Stoffe und Teilchen 5. Jgst. 15 Reinstoffe Stoffgemische Reinstoffe erkennt man an ihren charakteristischen Eigenschaften (z.b. Siedetemperatur, Schmelztemperatur, Dichte und Löslichkeit,...) Stoffgemische bestehen aus unterschiedlichen Reinstoffen (Beispiel: Zuckerwasser ist ein Gemisch aus dem Reinstoff Zucker und dem Reinstoff Wasser) lassen sich aufgrund der unterschiedlichen Eigenschaften der Reinstoffe wieder voneinander trennen (Beispiel: Filtrieren, Sedimentieren, Abdampfen, ) Stoffe und Teilchen 5. Jgst. 16 Stoffe und Teilchen 5. Jgst. 16 Alle Stoffe bestehen aus kleinen Teilchen, die sich in Größe, Form und Masse unterscheiden. Teilchenmodell (Unterstufe) Teilchen ist ein Sammelbegriff für Atome, Moleküle, Ionen. Zwischen den Teilchen ist nichts (Vakuum). Die kleinen Teilchen verschiedener Stoffe unterscheiden sich in Masse, Form und Größe. Die kleinen Teilchen sind ständig in Bewegung. Durch Erwärmen einer Stoffportion werden sie schneller, durch Abkühlen langsamer. Diffusion: gleichmäßiges Verteilen mindestens zweier Teilchensorten aufgrund ihrer Eigenbewegung ( Durchmischung auf Stoffebene)

6 schmelzen erstarren erwärmen abkühlen verdampfen kondensieren Stoffe und Teilchen 5. Jgst. 17 Stoffe und Teilchen Aggregatzustand gas(förm)ig 5. Jgst. 17 Teilchenvorstellung Aggregatzustände und Teilchenmodell flüssig fest 5. Jgst Jgst. 18 Je größer die Oberfläche, desto mehr Austausch ist möglich! Oberflächenvergrößerungs- Prinzip Beispiele Darmzotten: Aufnahme der Nährstoffteilchen ins Blut Lungenbläschen: Gasaustausch 5. Jgst Jgst. 19 doppelter geschlossener Blutkreislauf doppelter geschlossener Blutkreislauf Lungenbläschen Herz Lungenkreislauf Körperkreislauf Kapillaren (Haargefäße): feinste Blutgefäße zwischen Arterien und Venen für den Stoffaustausch Venen: Blutgefäße, die das Blut zum Herzen hintransportieren Arterien (Schlagadern): Blutgefäße, die das Blut vom Herzen wegtransportieren Körperzelle 5. Jgst Jgst. 20 Energie Energie kann weder erzeugt werden noch verloren gehen, höchstens nicht mehr nutzbar sein. Es gibt verschiedene Formen von Energie, die sich ineinander umwandeln lassen. z.b.: Energie in Nährstoffen Bewegungsenergie, Wärme Lageenergie des Wassers elektrische Energie

7 5/6. Jgst. 21 5/6. Jgst. 21 Zellatmung Fotosynthese Zellatmung In jeder Tier- und Pflanzenzelle ( Energiebereitstellung aus Energieträgern für Lebensvorgänge) Traubenzucker +Sauerstoff Lichtenergie Kohlenstoffdioxid + Wasser Fotosynthese in den Chloroplasten der Pflanzenzellen ( Energiespeicherung in Energieträgern) Lichtenergie Energie für Lebensvorgänge Wasser + Kohlenstoffdioxid Sauerstoff + Traubenzucker 5./6. Jgst /6. Jgst. 22 Keimzellen Begattung / Bestäubung Befruchtung Geschlechtszellen (=Keimzellen): Eizelle: unbewegliche, nährstoffreiche, weibl. Geschlechtszelle Spermium: bewegliche, männl. Geschlechtszelle Pollen: unbewegliche, männl. Geschlechtszellen der Pflanzen Begattung / Bestäubung Übertragung der Spermien in den weiblichen Körper bzw. der Pollen auf die Narbe der Blüte der gleichen Art Befruchtung Verschmelzung der Zellkerne von Eizelle und Spermium 6. Jgst Jgst. 23 Kennzeichen der 5 Wirbeltierklassen Atmung Körperbedeckung bzw. -temperatur Fische Kiemen Knochenschuppen Amphibien stark durchblutete Haut mit Schleimschicht Reptilien Lunge Hornschuppen oder platten Vögel Lunge Federn aus Horn Lunge Haare (Fell) aus Horn Kiemen (Larve), Hautatmung, Lunge gleichwarm Säugetiere gleichwarm Fortpflanzung: Befruchtung bzw. frühe Entwicklung äußere äußere: Larven mit Dottersack (Nährstoffspeicher) meist äußere meist äußere: Larvenentwicklung im Wasser (Metamorphose) innere innere innere äußere: nährstoffreiche Eier mit weicher Schale äußere: nährstoffreiche Eier mit harter Kalkschale innere: in der Fruchtblase später: Weibchen mit Milchdrüsen zum Säugen der Jungen 6. Jgst Jgst. 24 Embryo Larve Metamorphose Embryo Aus der befruchteten Eizelle neu entwickelter Organismus Larve Jugendform mit besonderen Organen, die dem erwachsenen Tier fehlen Metamorphose Verwandlung der Larve zum erwachsenen Tier, wobei eine Gestaltänderung durch Rückbildung, Umwandlung und Neubildung von Organen erfolgt

8 6. Jgst Jgst. 25 Pflanzenkörper Blüte Fortpflanzung Spross Blätter Herstellung von Traubenzucker (Fotosynthese) Stängel / Stamm Transport Wurzel Aufnahme von Wasser und Mineralsalzen Speicherung von Stoffen Verankerung im Boden 6. Jgst. 26 Blüte Samen Blüte Blüte Staubgefäß Stempel Kelchblatt Blütenblatt Staubbeutel mit Pollen Staubfaden Fruchtknoten Griffel Narbe Samenanlage mit Eizelle Blütenboden 6. Jgst. 26 Frucht Samen Embryo im Ruhezustand, der von Vorratsstoffen umgeben ist Frucht Die Frucht entsteht nach der Befruchtung meistens aus dem Fruchtknoten und enthält die Samen bis zur Reife 6. Jgst Jgst. 27 Ungeschlechtliche Fortpflanzung Geschlechtliche Fortpflanzung Ungeschlechtliche Fortpflanzung ( Klone ) Ein Lebewesen erzeugt Nachkommen, die untereinander identisch sind (z.b. Kartoffelknolle). Geschlechtliche Fortpflanzung Zwei Lebewesen erzeugen Nachkommen, die untereinander etwas verschieden sind. ( Verschiedenheit als Voraussetzung für Evolution.) 6. Jgst Jgst. 28 gleichwarm gleichwarm Die Körpertemperatur ist unabhängig von der Außentemperatur immer ungefähr gleich. Das Lebewesen kann die Körpertemperatur durch Regulation konstant halten. Die Körpertemperatur entspricht ungefähr der Außentemperatur und kann vom Lebewesen nicht konstant gehalten werden.

9 6. Jgst Jgst. 29 Diagramm, das die Verwandtschaftsverhältnisse von Arten und größeren Gruppen sowie die zeitliche Reihenfolge ihres Auftretens zeigt. Zeit: vor Jahren Stammbaum 6. Jgst Jgst. 30 Natürliches System Biologen sortieren Lebewesen nach abgestuften Ähnlichkeiten in Verwandtschaftsgruppen ( systematische Begriffe) zunehmende Ähnlichkeit und somit größerer Verwandtschaftsgrad Verwandschaftsgruppe Reich Stamm Klasse Ordnung Familie Gattung Art Beispiel Tiere Wirbeltiere Säugetiere Raubtiere Bären Echte Bären Eisbär