Teilchenmodell. Reinstoffe. Stoffgemische. Luft ist ein Gasgemisch. Gasnachweise. Naturwissenschaftliches Arbeiten. Stoffe und Teilchen 5. Jgst.

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1 Version Stoffe und Teilchen 5. Jgst. 1 Teilchenmodell Stoffe und Teilchen 5. Jgst. 1 Alle Stoffe bestehen aus kleinen Teilchen, die sich in Größe und Masse unterscheiden. Teilchen ist ein Sammelbegriff für Atome, Moleküle,.... Zwischen den Teilchen ist nichts. Stoffebene Wärme Teilchenebene Jeder Körper besitzt eine Masse (Einheit: [g], [kg]) ein Volumen (Einheit: [cm 3 ], [l]) Stoffe und Teilchen 5. Jgst. 2 Reinstoffe Stoffgemische Stoffe und Teilchen 5. Jgst. 2 Reinstoffe erkennt man an ihren Eigenschaften (z.b. Siedetemperatur, Löslichkeit,...). bestehen aus untereinander gleichen Teilchen. Stoffgemische bestehen aus unterschiedlichen Reinstoffen und damit aus verschiedenen Teilchen. (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: Filtration, Abdampfen). Stoffe und Teilchen 5. Jgst. 3 Luft ist ein Gasgemisch Gasnachweise Stoffe und Teilchen 5. Jgst. 3 Luft ist ein Gasgemisch und besteht aus Stickstoff, Sauerstoff, Kohlenstoffdioxid und Edelgasen Gasnachweise Glimmspanprobe: Glimmender Holzspan + Sauerstoff Glimmspan entzündet sich Kalkwasserprobe: klares Kalkwasser + Kohlenstoffdioxid milchige Trübung Stoffe und Teilchen 5. Jgst. 4 Stoffe und Teilchen 5. Jgst. 4 Naturbeobachtung Problem / Frage Naturwissenschaftliches Arbeiten neue Vermutung? Vermutung / Hypothese Versuch Durchführung:... Beobachtung:... Erklärung:... Bestätigung Vermutung war falsch Vermutung war richtig

2 Evolution 8. Jgst. 5 Evolutionstheorie nach DARWIN Evolution 8. Jgst. 5 Evolution (Geschichte des Lebens) Entwicklung von den ersten einzelligen Lebewesen vor ca. 4 Milliarden Jahren bis zur Vielfalt der heute lebenden Arten. verschiedene Nachkommen (durch Mutationen und geschlechtl. Fortpflanzung) Überproduktion an Nachkommen Änderung der Umweltbedingungen Abänderung der Art bzw. Entstehung neuer Arten natürliche Selektion: wegen der Konkurrenz überleben nur die an die jeweiligen Umweltbedingungen am besten Angepassten einer Art Fortpflanzung Evolution 8. Jgst. 6 Evolution 8. Jgst. 6 Mutation Zufällige Veränderung der Erbinformation (z.b. durch Röntgen- oder UV-Strahlung), die bei einem Lebewesen zu veränderten Eigenschaften führen kann. Evolution 5. Jgst. 7 Evolution 5. Jgst. 7 Art Systematische Begriffe Alle Lebewesen, die sich miteinander fortpflanzen und dabei fruchtbare Nachkommen hervorbringen, gehören zu einer Art. Verwandtschaftsgrad nimmt mit abgestufter Ähnlichkeit zu: Klasse Ordnung Familie Art z.b.: Säugetiere Raubtiere Katzen Löwe Evolution 8. Jgst. 8 homologe Organe analoge Organe Evolution 8. Jgst. 8 Homologe Organe sind bauplangleiche, teilw. Funktionsverschied. Organe. Verwandtschaft! Beispiel: Vogelflügel und Menschenarm Analoge Organe sind bauplanverschiedene, aber funktionsgleiche Organe. keine Verwandtschaft Ursache: Angepasstheit an gleiche Umweltbedingungen Beispiel: Vogelflügel und Insektenflügel

3 Evolution 8. Jgst. 9 Evolution 8. Jgst. 9 Prokaryoten und Eukaryoten Tierzelle (nur Mitochondrien) Pflanzenzelle (Chloroplasten und Mitochondrien) eukaryotische Einzeller (Mitochondrien, teilw. zusätzlich Chloroplasten) z.b. Euglena Pilzzelle (nur Mitochondrien) Eukaryoten mit Zellkern prokaryotische Einzeller (Bakterien) (weder Mitochondrien noch Chloroplasten) Prokaryoten ohne Zellkern Evolution 5. Jgst. 10 Evolution 5. Jgst. 10 Oberflächenvergrößerung Viele Vorgänge in Natur und Technik werden durch Vergrößerung der Oberfläche verbessert. Beispiele: Darmzotten: Aufnahme der Nährstoffteilchen ins Blut Lungenbläschen: Gasaustausch Struktur und Funktion 5./9. Jgst. 11 Struktur und Funktion 5./9. Jgst. 11 Schlüssel-Schloss-Prinzip Beispiele: Hormonsystem: Hormon / Rezeptor an der Zielzelle Synapse: Transmitter / Rezeptor an der Zielzelle Immunabwehr: Antigen-Antikörper-Reaktion ( Immunsystem) Verdauung: Enzym-Substrat-Komplex Struktur und Funktion 5./9. Jgst. 12 Struktur und Funktion 5./9. Jgst. 12 Gegenspieler-Prinzip Beispiele: Muskel: Beuger-Strecker vegetatives (=autonomes) Nervensystem: Sympathicus - Parasympathicus

4 Stoffwechsel 5. Jgst. 13 Stoffwechsel 5. Jgst. 13 Nahrung Nährstoffe weitere Nahrungsbestandteile Nahrungsbestandteile Kohlenhydrate z.b. Stärke, Traubenzucker Fette Eiweiß/Proteine Ballaststoffe Vitamine Mineralsalze Wasser Nährstoffnachweise Stoffe zeigen typische Reaktionen Stärke: Iod (braun) + Stärke Blaufärbung Eiweiß: Hitze oder Säurezugabe Gerinnung Fett: Fettfleckprobe Stoffwechsel 10. Jgst. 14 Stoffwechsel 10. Jgst. 14 Enzyme Proteinmoleküle die den Auf-, Um- und Abbau aller von der Zelle benötigten Moleküle durchführen. Chemisch betrachtet funktionieren Enzyme als substratund wirkspezifische Bio-Katalysatoren Stoffwechsel 5./10. Jgst. 15 Stoffwechsel 5./10. Jgst. 15 Mundraum Vorbereitung und Vorverdauung Stärke-Molekül (Ausschnitt) Protein-Molekül (Ausschnitt) Fett-Molekül Einfachzucker-Molekül (z.b. Glucose) Aminosäure Fettsäure Verdauung Magen Vorverdauung Glycerin Bauchspeicheldrüse Wasser-Molekül Zerlegung der Nährstoffteilchen in kleinere Bestandteile, um die Aufnahme ins Blut zu ermöglichen Dünndarm Verdauung und Resorption. Dickdarm Wasserentzug und Ausscheidung Blutgefäß Lymphgefäß Stoffwechsel 10. Jgst. 16 Stoffwechsel 10. Jgst. 16 Stoffwechsel Lichtenergie Abbau mit Sauerstoff (aerob) energiereiche Stoffe Traubenzucker Abbau ohne Sauerstoff (anaerob) Aufnahme von Stoffen z.b. von Nährstoffe, Umwandlung von Stoffen zum Aufbau und für die Energieversorgung des Körpers und Ausscheidung von Abfallstoffen Fotosynthese Zellatmung Wärme, ATP Gärung Alkohol oder Milchsäure weitere Abbauprozesse energiearme Stoffe Wasser, Kohlenstoffdioxid

5 motorische Nervenbahn sensorische Nervenbahn Stoffwechsel 10. Jgst. 17 Fotosynthese Zellatmung Stoffwechsel 10. Jgst. 17 Fotosynthese (in Chloroplasten) Wasser + Kohlenstoffdioxid Lichtenergie Sauerstoff + Traubenzucker Zellatmung (in Mitochondrien) Traubenzucker + Sauerstoff Wärme, Bewegung Kohlenstoffdioxid + Wasser Energie 5. Jgst. 18 Energie Es gibt verschiedene Formen von Energie, die sich ineinander umwandeln lassen. Z.B.: Energie 5. Jgst. 18 Energie in Nährstoffen Bewegungsenergie, Wärme Lageenergie des Wassers elektrische Energie Information 5./9. Jgst. 19 Information 5./9. Jgst. 19 Fang! Reiz: Schallwellen Umwandlung in elektr. Signale Sinneszelle Reize Rezeptoren (Sinneszellen) Nervensystem elektrische Weiterleitung Sinnesnerv Verarbeitung im ZNS Peripheres Nervensystem animalisch vegetativ (willkürlich) (unwillkürlich) elektrische Weiterleitung Bewegungsnerv ZNS (Gehirn + Rückenmark) Muskel Skelettmuskeln Effektoren innere Organe, Muskeln, Drüsen Reaktion Reaktion Information 9. Jgst. 20 Information 9. Jgst. 20 Hormonsystem Informationsweitergabe Hormonsystem Hormone (chemische Botenstoffe) über die Blutbahn Wirkungsdauer länger anhaltend kurz Wirkungsort Technischer Vergleich Zielzellen mit Rezeptoren (z.b. Herzmuskelzellen mit Adrenalinrezeptor) Radio Meldung an alle, die auf Empfang eingerichtet sind Nervensystem elektrische Impulse über Nervenzellen und Synapsen angeschlossene Zielzellen (z.b. Muskel- oder Drüsenzellen) Telefon direkte aber energieaufwändige Verbindung zwischen Sender und Empfänger

6 Information 9. Jgst. 21 Information 9. Jgst. 21 Genetische Information Genetische Information Der Informationsträger ist die DNA. Sie enthält die Anweisung für den Bau eines Lebewesens und für die Steuerung seiner Lebensvorgänge. Ein Gen ist ein Abschnitt der DNA. Ein bzw. mehrere Gene tragen die Information für den Bau eines Proteins. Information 9. Jgst. 22 Information 9. Jgst. 22 Antigen Abgeschwächte Immunsystem Krankheitserreger Krankheitserreger 1. Verteidigungslinie (unspezifisch): Haut, Schleimhäute, Sekrete fressen fressen 2. Verteidigungslinie (unspezifisch): Riesenfresszellen Riesenfresszellen Resistenz keine Vermehrung fressen verklumpen aktivieren Unterschiedliche Abwehrzellen fressen verklumpen Vermehrung 3. Verteidigungslinie (spezifisch): Abwehrzellen (B- /T-Zellen), Abwehrstoffe (Antikörper) spezifische Antikörper Gedächtniszellen Killerzellen: töten infizierte Zellen spezifische Antikörper Resistenz Resistenz Unempfindlichkeit von Bakterien gegen bestimmte Stoffe (oft Antibiotika) Fortpflanzung 5./6. Jgst. 23 Ungeschlechtliche Fortpflanzung Geschlechtliche Fortpflanzung Fortpflanzung 5./6. Jgst. 23 Ungeschlechtliche Fortpflanzung ( Klone ) ( Mitose) Ein Lebewesen erzeugt Nachkommen, die untereinander identisch sind (z.b. Kartoffelknolle). Geschlechtliche Fortpflanzung ( Evolution) ( Meiose) Zwei Lebewesen erzeugen Nachkommen, die untereinander etwas verschieden sind. Fortpflanzung 9. Jgst. 24 Fortpflanzung 9. Jgst. 24 Mitose Mitose in Körperzellen Bedeutung Ungeschlechtliche Fortpflanzung und Wachstum Ergebnis Zwei identische / erbgleiche (Tochter)zellen mit doppeltem Chromosomensatz (2n) Verdopplung der Einchromatid-Chromosomen Körperzelle 2n 2n Trennung der Zweichromatid-Chromosomen in Einchromatid-Chromosomen 2n

7 Fortpflanzung 9. Jgst. 25 Fortpflanzung 9. Jgst. 25 Meiose Meiose in Urgeschlechtszellen Bedeutung geschlechtliche Fortpflanzung Halbierung des Chromosomensatzes zur Erhaltung der arttypischen Chromosomenzahl Schaffung genetischer Vielfalt Ergebnis Vier erbungleiche Zellen (Spermien bzw. Pollen) mit einfachem Chromosomensatz (1n) Urspermienzelle 2n Verdopplung der Einchromatid-Chromosomen 2n Trennung der homologen Zweichromatid-Chromosomen 1n Trennung der Zweichromatid-Chromosomen 1n 1n 1n Befruchtung einer Eizelle Fortpflanzung 5./6. Jgst. 26 Keimzellen Begattung / Bestäubung Befruchtung Fortpflanzung 5./6. Jgst. 26 Geschlechtszellen (=Keimzellen): Eizelle: unbewegliche, weibl. Geschlechtszelle Spermium: bewegliche, männl. Geschlechtszelle Pollen: unbewegliche, männl. Geschlechtszelle Begattung / Bestäubung Übertragung der Spermien in den weiblichen Körper bzw. den Pollen auf die Narbe der Blüte Befruchtung Verschmelzung des Kerns des Spermiums / des Pollens mit dem Kern der Eizelle Fortpflanzung 6. Jgst. 27 Embryo Larve Metamorphose Embryo Organismus, der sich aus der befruchteten Eizelle entwickelt Larve Fortpflanzung 6. Jgst. 27 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 Fortpflanzung 6. Jgst. 28 Fortpflanzung 6. Jgst. 28 Blüte Samen Frucht Samen Frucht Blüte Staubgefäß Stempel Kelchblatt Blütenblatt Staubbeutel mit Pollen Staubfaden Fruchtknoten Griffel Narbe Samenanlage mit Eizelle Blütenboden Embryo im Ruhezustand, der von Vorratsstoffen umgeben ist ( Keimung junge Pflanze) Die Frucht entsteht nach der Befruchtung meistens aus dem Fruchtknoten und enthält die Samen bis zur Reife.

8 Fortpflanzung 8. Jgst. 29 Fortpflanzung 8. Jgst. 29 Unvollkommene Verwandlung Vollkommene Verwandlung Unvollkommene Verwandlung (z.b. Heuschrecken) Die Insektenlarve entwickelt sich durch mehrere Wachstumshäutungen allmählich zu einem geschlechtsreifes Tier (Imago). Vorteil: alle Stadien können vor Feinden flüchten Vollkommene Verwandlung (z.b. Schmetterlinge, Käfer) Mit der vorletzten Wachstumshäutung der Insektenlarve wird eine Puppe (keine Nahrungsaufnahme) gebildet, in der die Verwandlung der Larve zu einem geschlechtsreifen Tier (Imago) stattfindet. Vorteil: keine Nahrungskonkurrenz zwischen Larve und Imago Organisationsebene 5./8./10. Jgst. 30 Organisationsebene 5./8./10. Jgst. 30 Makroskopische Ebene Mikroskopische Ebene CO 2 Submikroskopische Ebene Organisationsebene Biosphäre Ökosystem Population Organismus Organe Gewebe Zellen Gesamtheit der Ökosysteme unserer Erde Biotop (Lebensraum) + Biozönose (Lebensgemeinschaft) Lebewesen einer Art, die im gleichen Gebiet leben und und eine Fortpflanzungsgemeinschaft bilden besteht aus verschiedenen Organen (z. B. Muskeln, Herz) bestehen aus verschiedenen Geweben (z.b. Muskel aus Muskelgewebe, Nervengewebe,..) bestehen aus vielen gleichen Zelltypen (z.b. Muskelgewebe aus vielen Muskelzellen) 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. DNA-Molekül Organisationsebene 5. Jgst. 31 Organisationsebene 5. Jgst. 31 Bewegung Kennzeichen des Lebens Stoffwechsel Aufbau aus Zellen Wachstum Fortpflanzung Information (Aufnahme, Verarbeitung, Weitergabe) Organisationsebene 5./8. Jgst. 32 Organisationsebene 5./8. Jgst. 32 Zelle: kleinste lebensfähige Einheit der Lebewesen Vakuole pflanzliche Zelle Zellmembran tierische Zelle Organisationsebene Zelle Zellwand Chloroplasten Zellkern mit DNA Cytoplasma n tierische Zelle Zellwand Bakterium Zellmembran ringförmige DNA

9 Organisationsebene 5. Jgst doppelter Skelett geschlossener Blutkreislauf ( Organismus) ( Organ) Organisationsebene 5. Jgst Lungenbläschen Das Skelett ist ein Kompromiss aus Stützfunktion, Schutz wichtiger Organe und Beweglichkeit: Kapillaren (Haargefäße): feinste Blutgefäße zwischen Arterien Schädel und Wirbelsäule Lungenkreislauf und Venen für den Stoffaustausch Schultergürtel (Schlüsselbein und Schulterblatt) Venen: Brustkorb (Brustbein und Rippen) Blutgefäße, die das Blut zum Beckengürtel Herz Herzen hintransportieren Armskelett (Oberarm-, Elle/Speiche, Handwurzel-, Arterien (Schlagadern): Mittelhand-, Fingerknochen) Körperkreislauf Blutgefäße, die das Blut vom Beinskelett (Oberschenkel-, Herzen Schien-/Wadenbein, wegtransportieren Fußwurzel, Mittelfuß-, Zehenknochen) Körperzelle Gelenke: bewegliche Verbindungsstellen zwischen Knochen Organisationsebene 5. Jgst Organisationsebene 5. Jgst offener Muskeln Blutkreislauf ( Organ) Muskeln Das bewegen Blut fließt die nicht Knochen. wie beim geschlossenen Blutkreislauf in Gefäßen (Adern) zu den Organen, sondern können umspült sich nur diese zusammenziehen, frei. aber nicht aktiv dehnen (Gegenspielerprinzip von Beuger und Strecker). Organisationsebene 5./8. Jgst Organisationsebene 5./8. Jgst offener Blutkreislauf ( Organ) Pflanzenzelle doppelter geschlossener Blutkreislauf ( Organ) offener Blutkreislauf Das Blut fließt nicht wie beim geschlossenen Blutkreislauf in Gefäßen (Adern) zu den Organen, sondern umspült diese frei. doppelter geschlossener Blutkreislauf Lungenbläschen Herz Körperzelle 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 Organisationsebene 6. Jgst Makroskopische Ebene Mikroskopische Ebene CO 2 Submikroskopische Ebene ( Organismus) Organisationsebene 6. Jgst Biosphäre Gesamtheit der Ökosysteme unserer Erde Kennzeichen Organisationsebene der 5 Wirbeltierklassen Ökosystem Biotop (Lebensraum) + Biozönose (Lebensgemeinschaft) Population Lebewesen einer Art, die im gleichen Gebiet leben und Körperbedeckung und eine bzw. Fortpflanzungsgemeinschaft -temperatur bilden Atmung Fische Haut mit wechselwarm (Nährstoffspeicher) Organen (z. B. Muskeln, Herz) Larven mit Dottersack Kiemen Organismus Knochenschuppen besteht aus verschiedenen Organe Amphibien Haut mit bestehen Schleimschicht; aus wechselwarm verschiedenen meist Eiablage Geweben und Larvenentwicklung (z.b. Muskel aus im Wasser; stark durchblutet Muskelgewebe, Nervengewebe,..) Metamorphose Lunge Reptilien Haut mit Hornschuppen wechselwarm nährstoffreiche Eier Lunge Gewebe oder -platten bestehen aus vielen gleichen Zelltypen meist mit weicher Schale (z.b. Muskelgewebe aus vielen Muskelzellen) nährstoffreiche Eier Kiemen (Larve); Lunge Vögel Federn aus Horn gleich- Zellen sind die kleinsten, warm lebensfähigen mit harter Kalkschale Einheit der Lebewesen Säugetiere Haare (Fell) (z.b: aus Muskelzellen, Horn gleichwarm Säugen der Jungen ) Weibchen mit Milchdrüsen zum Lunge Zellorganellen sind membranumschlossene Untereinheiten einer Zelle, die bestimmte Aufgaben erfüllen (z.b. Zellkern,...) Teilchen z.b. DNA-Molekül

10 Organisationsebene 8. Jgst. 37 Organisationsebene 8. Jgst. 37 Kennzeichen der Gliederfüßer ( Organismus) Gliederfüßer Wirbeltiere zum Vergleich Skelett Außenskelett aus Chitin Innenskelett und Wirbelsäule aus Kalk Nervensystem Bauchmark Rückenmark Blutkreislauf offener Blutkreislauf und Röhrenherz geschlossenen Blutkreislauf Augen meist Facettenaugen Linsenaugen Körpergliederung Körper aus Segmenten mit sechs (Insekten), acht (Spinnen) oder zahlreichen Gliedmaßen (Krebse) Kopf, Rumpf, meist vier fünfgliedrige Gliedmaßen Organisationsebene 6. Jgst. 38 Pflanzenkörper ( Organismus) Organisationsebene 6. Jgst. 38 Spross Blüte Fortpflanzung Blätter Ernährung (Fotosynthese) Stängel / Stamm Transport Wurzel Aufnahme von Wasser und Mineralsalzen Speicherung von Nährstoffen Verankerung im Boden Organisationsebene 10. Jgst. 39 Organisationsebene 10. Jgst. 39 Ökologie = Wechselwirkungen der Lebewesen untereinander und zu ihrer Umwelt Ökologie Ökosystem Umwelt Umweltfaktoren Biotop + Biozönose ökologische Nische Umweltansprüche Population Art Organismus Organisationsebene 10. Jgst. 40 Organisationsebene 10. Jgst. 40 Umweltfaktor abiotischer Faktor: z.b. Licht, Temperatur, Wasser, Boden biotischer Faktor: z.b. Artgenossen, Nahrungspflanze, Feinde, Parasiten, Krankheitserreger, artfremde Nahrungskonkurrenten

11 Organisationsebene 10. Jgst. 41 Organisationsebene 10. Jgst. 41 ökologische Potenz (=Toleranzbereich) Konkurrenzausschlussprinzip ökologische Potenz Fähigkeit eines Organismus, Schwankungen eines Umweltfaktors bei natürlicher Konkurrenz zu ertragen Konkurrenzausschlussprinzip ( Evolutionstheorie nach Darwin) Arten, die um die selben Ressourcen konkurrieren, können auf Dauer nicht im gleichen Lebensraum existieren. Organisationsebene 10. Jgst. 42 Organisationsebene 10. Jgst. 42 Räuber-Beute-Beziehungen Population Beute + Population Fressfeind - Organisationsebene 10. Jgst. 43 Organisationsebene 10. Jgst. 43 Bioindikatoren (= Zeigerorganismen) Lebewesen, die bestimmte Umweltbedingungen anzeigen z.b.: Brennnessel zeigt mineralstoffreiche Böden an Organisationsebene 10. Jgst. 44 Organisationsebene 10. Jgst. 44 Symbiose Parasitismus Symbiose Beziehung zwischen artverschiedenen Lebewesen zum gegenseitigen Nutzen Parasitismus Beziehung zwischen artverschiedenen Lebewesen zum Nutzen der einen Art und zu Lasten der anderen