Formuliert eure Hypothese für das Experiment!

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1 Formuliert eure Hypothese für das Experiment! Welche Aussagen treffen auf Einzeller zu? Kreuze an! Lebewesen X Viren, Bakterien Metazoa Tiere Prokaryoten Protisten X Pflanzen Eukaryoten X unbelebte Partikel Fragestellung: Welche Strukturen und Mechanismen verwenden Einzeller für ihre Fortbewegung? Eure Hypothese: Einzeller verwenden Ausstülpungen ihrer Plasmamembran für ihre Fortbewegung; Beispiele dafür sind: Cilien (=Wimpern), Flagellen (=Geißeln), Pseudopodien (=Scheinfüßchen), Axopodien (= steife Schwebefortsätze); Sie besitzen keine Muskulatur im engeren Sinne. 3 Laborant/innen diskutieren über diese Frage: Protisten sind genauso Lebewesen wie Tiere, Pflanzen und wie wir Menschen. Als solche besitzen sie auch Muskeln und Körperanhänge, die Flossen oder Pfoten ähneln. Damit können sie aktiv schwimmen oder übers Substrat laufen. 1 2 Ich glaube, Protisten bewegen sich gar nicht aktiv fort! Wie soll denn das funktionieren, wo sie doch aus nur einer Zelle bestehen? Ich denke, sie treiben nur passiv mit dem Wasser mit oder sitzen fest verankert am Boden. Protisten sind zwar Lebewesen, besitzen jedoch keine Muskulatur, wie sie Tiere und wir Menschen besitzen. Ich glaube, Einzeller besitzen unterschiedliche Körperanhänge. Manche besitzen lauter kleine Härchen, mit denen sie durchs Wasser rudern. Andere kriechen vielleicht ähnlich wie Schnecken über den Boden aber auf alle Fälle ohne kontrahierende Muskelfasern! Dominik Lisa Magdalena Wer glaubt ihr, hat mit seiner Behauptung Recht und warum? 3 MAGDALENA hat Recht, weil: aufgrund der Tatsache, dass Einzeller aus nur einer einzigen Zelle aufgebaut sind, können sie keine Muskulatur wie die Wirbeltiere besitzen. Denn unsere Muskeln sind aus vielen Muskelzellen aufgebaut, die gemeinsam die Kontraktion des Muskels bewirken. Sie werden von Blutgefäßen versorgt und über Nervenzellen gesteuert. Da viele Einzeller auch aktiv auf Nahrungssuche gehen und sich außerdem an äußere Bedingungen anpassen können müssen, können sie sich mithilfe von Körperanhängen durchaus in eine gezielte Richtung fortbewegen. Manche können hüpfen, andere schwimmen und wieder andere kriechen.

2 OBSERVATION Schau genau, schau dich schlau! A) Blepharisma japonicum Du konntest Blepharisma japonicum bereits durch den STECKBRIEF kennenlernen. Zu welcher Einzellergruppe wird er gezählt? Verbinde den richtigen Fachbegriff mit der richtigen deutschen Bezeichnung: Flagellata Ciliata Rhizopoda Wurzelfüßer Geißeltiere Wimpertiere Kannst du die Lidtierchen mit bloßem Auge auf dem Objektträger erkennen? Lege den Objektträger auf eine helle Unterlage und schau genau! JA X NEIN Lege den Objektträger unter die Stereolupe und beobachte die Einzeller. Mit welchem Wort würdest du ihre Fortbewegungsweise beschreiben? Suche das für dich passendste Verb für die Fortbewegungsweise: TANZEN, SCHWIMMEN, KREISELN, GLEITEN, Wähle nun ein Lidtierchen aus, das du für genauere Beobachtungen heranziehen möchtest! Zeichne mit einer durchgehenden Linie das Bewegungsmuster deines Lidtierchens im dafür vorgesehenen Kreis nach! Beobachte es für ca. 3min durch die beiden Okulare der Stereolupe und führe währenddessen gleichzeitig den Stift über das Papier! Markiere und beschrifte Start- und Endpunkt der Linie! START ENDE

3 OBSERVATION Schau genau, schau dich schlau! A) Blepharisma japonicum Beschrifte die Abbildung des Lidtierchens! Verwende dafür die Begriffe aus dem Kästchen! Schreibe dazu, wo deiner Meinung nach beim Lidtierchen VORNE und HINTEN ist! Achte bei deinen Beobachtungen darauf, ob du einige dieser Strukturen selbst an deinen Einzellern entdecken kannst! Cilien/Membranellen 2 Nahrungsvakuole 1 3 Plasmamembran 4 Makronukleus (Großkern) 3 5 Kontraktile Vakuole 6 Cytostom (Zellmund) 6 Versuche nun die Strukturen zu ermitteln, die das Lidtierchen für seine Fortbewegung verwendet! Spanne dafür den Objektträger mit den Organismen im Objekttisch des Mikroskops ein und wähle für diese Beobachtung ein Objektiv mit stärkerer Vergrößerung aus (beginne bei der kleinsten Vergrößerung)! Nimm die Verfolgung auf! Beobachte die Fortbewegung der Lidtierchen unter dem Mikroskop zunächst mit verschiedenen Objektiven und beschreibe in Stichworten Fortbewegung und Cilienbewegung am Zellmund: 1) Es kreiselt durch den Wassertropfen, manchmal schwimmt es auch in geraden Linien; wenn es ausweicht, schwimmt es ein kurzes Stück rückwärts und schlägt dann eine neue Richtung ein; die Bewegungen sind sehr flüssig und gleitend; es wirkt so, als ob das Lidtierchen durch das Wasser tanzen würde; 2) Nebeneinanderliegende Cilien sind zu Bündeln vereint und bilden sogenannte Membranellen im Bereich des Zellmundes, diese bewegen sich gleichzeitig mit einem kräftigen Schlag nach hinten und werden dann nahe am Zellkörper wieder nach vorne gezogen; durch den synchronen Schlag benachbarter Wimpern wird der Einzeller nach vorne bewegt; durch Schlagumkehr kann der Einzeller ein Stück rückwärts schwimmen; Lies dir nun den ARTIKEL über das Lidtierchen aus dem STUDENTS SCIENCE JOURNAL auf der nächsten Seite durch! Überprüfe deine Beschriftung der Abbildung mit der beschrifteten Abbildung aus dem Artikel!

4 OBSERVATION Schau genau, schau dich schlau! B) Amoeba proteus Du konntest Amoeba proteus bereits durch den STECKBRIEF kennenlernen. Zu welcher Einzellergruppe wird sie gezählt? Verbinde den richtigen Fachbegriff mit der richtigen deutschen Bezeichnung: Ciliata Flagellata Rhizopoda Wurzelfüßer Wimpertiere Geißeltiere Amoeba proteus wird auch Wechseltierchen genannt. Hast du eine Erklärung für diesen Spitznamen? Lege den Objektträger unters Mikroskop und beobachte eine Amöbe genau! Notiere aufgrund deiner Beobachtung deine Vermutung für die Herkunft ihres Spitznamens! Deine Vermutung: Wenn sich das Wechseltierchen fortbewegt oder Nahrung aufnimmt, dann verändert es seine Gestalt. Keine 2 Wechseltierchen sehen gleich aus, sie können am gesamten Körper lange, kurze, dicke oder dünne Scheinfüßchen in Fortbewegungsrichtung ausbilden. Am Ende des Zellkörpers werden sie wieder eingezogen. Durch seine Fortbewegungsweise ist die Amöbe ein wahrer Gestaltenwandler. Es besitzt keine starre Zellhülle sondern wechselt ständig seine Gestalt. Schau genau! Beschrifte die Abbildung mithilfe der Begriffe aus dem Kästchen! Welche Strukturen kannst du an deiner Amöbe erkennen? Hake de gesichteten Strukturen im Kästchen unten ab! Pseudopodium (Scheinfuß) 2 Kontraktile Vakuole 3 Endoplasma (Innenplasma) 4 Nahrungsvakuole 5 Ectoplasma (Außenplasma) 1 6 Plasmamembran 4 5 Lies dir nun den ARTIKEL aus dem STUDENTS SCIENCE JOURNAL auf der nächsten Seite durch! Überprüfe deine Beschriftung der Amöbenabbildung mit der beschrifteten Abbildung aus dem Artikel!

5 OBSERVATION Schau genau, schau dich schlau! B) Amoeba proteus Beobachte deine Amöbe nun für mehrere Minuten (3-5min) und fertige mehrere Umriss-Skizzen an! Immer wenn die Amöbe ihre Form wesentlich verändert hat (z.b.: Bildung/ Rückbildung eines Scheinfüßchens), zeichnest du eine neue Skizze ins nächste Kästchen! Zeichne bei jeder Skizze mit Pfeilen die Richtung ein, in die sich das Wechseltierchen fortbewegt! Zeichne ebenfalls mit Pfeilen ein, wie der Plasmastrom in der Amöbe fließt! Tipp: Verwende bei den Pfeilen für die FORTBEWEGUNGSRICHTUNG und den PLASMASTROM unterschiedliche Farben! Durch die Pfeile können Bildung und Rückbildung der Scheinfüßchen, sowie Fließrichtung der Amöbe nachvollziehbar dargestellt werden!

6 Das Prinzip der Verdauung am Modell des Pantoffeltierchens Das Pantoffeltierchen hat euch als Erinnerung ein Foto von ihm dagelassen sogar mit Autogramm! Beschriftet gemeinsam die Abbildung! Tragt die richtigen Zahlen aus dem Kästchen auf der Abbildung ein! Kontraktile Vakuole 2 Nahrungsvakuole Makronukleus (Großkern) 4 Cytopyge (Zellafter) 5 Plasmamembran (Zellmembran) 6 Caudalcilien (Wimperschopf) 7 Peristom (Mundfeld) 8 Mikronukleus (Kleinkern) 9 Vestibulum (Mundtrichter) 10 Cytoplasma (Zellplasma) 11 Cytostom (Zellmund) 12 Cilium (Wimper) 6 Holt euch nun einen vorbereiteten Objektträger! Seht euch bei dieser Gelegenheit die Kultur in der Petrischale unter der Stereolupe an, damit ihr eine Vorstellung von der geringen Größe dieser Einzeller bekommt! Könnt ihr die Einzeller auf eurem Objektträger unter dem Deckgläschen mit bloßen Augen erkennen? Schaut genau! Auf einen dunklen Untergrund gelegt (z.b. schwarzes Tonpapier) kann man die Pantoffeltierchen als winzige weiße Pünktchen auf dem Objektträger erkennen! Wisst ihr, wie man richtig mit einem Mikroskop hantiert? Wenn ihr euch nicht sicher seit oder bisher noch nie mit einem Mikroskop gearbeitet habt, holt euch vom Versuchsleiter/ von der Versuchsleiterin die Anleitung zum Einstellen des Mikroskops und geht die Anweisungen Schritt für Schritt durch! Nun kann das Experiment beginnen! Erfahrt auf den nächsten Seiten Inhalt & Aufgaben für dieses Experiment!

7 OBSERVATION - SCHAU GENAU, SCHAU DICH SCHLAU! Was passiert während der Verdauung? - Stoffwechselvorgänge beim Pantoffeltierchen Beobachte die rot gefärbten Nahrungsvakuolen des Pantoffeltierchens über mehrere Minuten hinweg! Beantworte die folgenden Fragestellungen anhand deiner Beobachtungen! 1. Sitzen die Nahrungsvakuolen an einer fixen Stelle oder wandern sie innerhalb des Zellkörpers? wandern in einer sogenannten Cyclose in elliptischen Bahnen durch den Zellkörper, wandern während der Verdauung nach oben/ vorne und dann wieder zurück in Richtung Zellafter 2. Kannst du das Heranstrudeln von Nahrungspartikeln (=Hefezellen) durch die Cilien und den Vorgang der Nahrungsaufnahme (=Phagozytose) beobachten? JA, der Cilienschlag erzeugen einen Wasserstrom, der Hefezellen an den Zellmund heranstrudelt; über den Mundtrichter werden die Hefezellen in den Zellkörper aufgenommen; einige Zellen werden auch einfach am Zellkörper vorbeigeleitet 3. Kannst du auch blaue Nahrungsvakuolen oder Nahrungsvakuolen, die gerade ihre Farbe von rot nach blau wechseln entdecken? Wenn ja, beobachte sie unbedingt etwas länger! Was geschieht mit ihnen? JA, blaue Nahrungsvakuolen werden kurz bevor sie ausgeschieden werden nach wenigen Minuten wieder rötlich; manchmal werden noch blaue Nahrungsreste über den Zellafter nach außen geleitet; 4. Kannst du erkennen an welcher Stelle die Nahrungsvakuolen gebildet werden? Identifiziere den Zellmund! Am Ende des Mundtrichters werden Nahrungsvakuolen am Zellmund ungefähr in der Mitte des Zellkörpers abgeschnürt, in ihnen werden die aufgenommenen Hefezellen verpackt, sodass diese nicht einfach frei im Zellkörper schwimmen; 5. Kannst du ein Individuum bei der Ausscheidung von Stoffwechselendprodukten beobachten und auf diese Weise den Zellafter (Cytopyge) ausfindig machen? Der Zellafter befindet sich im hinteren Bereich des Zellkörpers etwas unterhalb des Mundfeldes; wenn Nahrungsreste nach außen geleitet werden, verbindet sich die Nahrungsvakuole am Zellafter mit der Plasmamembran und öffnet damit die Vakuole nach außen hin; diese fusioniert vollständig mit der Zellmembran des Pantoffeltierchens;

8 EURE HYPOTHESE: Was habt ihr beobachtet? Könnt ihr eine Erklärung finden? Wechselt euch nun am Mikroskop ab! Bevor ihr gemeinsam Überlegungen über eure Beobachtungen anstellt, solltet ihr beide die lebendigen Pantoffeltierchen bei der Verdauung unter dem Mikroskop beobachtet UND theoretische Informationen zum Pantoffeltierchen gesammelt haben! Fasst eure Beobachtungen mit dem Mikroskop kurz mündlich zusammen! Ihr konntet das Pantoffeltierchen nun bei der Nahrungsaufnahme, der Nahrungsverwertung bis hin zur Ausscheidung der Abfallprodukte beobachten. Die aufgenommenen Hefezellen wechseln nach einiger Zeit in der Nahrungsvakuole ihre Farbe innerhalb von Sekunden von ROT auf BLAU. Nach kurzer Zeit werden sie wieder ROT, bevor sie dann ausgeschieden werden. Verwertung der Hefezellen & Farbumschlag der Nahrungsvakuolen während der Verdauung bei Paramecium caudatum Wodurch könnte der Farbumschlag innerhalb der Nahrungsvakuolen des Pantoffeltierchens bedingt sein? Versucht gemeinsam eine Erklärung für dieses Phänomen zu finden und formuliert dann eure Hypothese! HYPOTHESE ZUM FARBUMSCHLAG: Während der Verdauung im Zellkörper finden bestimmte Prozesse statt. Verdauungsenzyme gelangen in die Nahrungsvakuole ( Diffusion) und spalten die Nahrung in ihre Bestandteile auf. Dadurch können wertvolle Nährstoffe in den Zellkörper aufgenommen werden. Durch die Wirkung der Verdauungsenzyme färben sich die roten Hefezellen blau. Holt euch das Lösungsblatt, um dem Rätsel auf die Spur zu kommen! Habt ihr mit eurer Hypothese richtig gelegen? Notiert in Stichworten Funktion und Wirkung des verwendeten Farbstoffes! Wirkung des Farbstoffes: Kongorot ist ein ph-indikator. Das heißt, er kann unterschiedliche ph-werte farblich sichtbar machen. Unter sehr sauren Bedingungen färbt sich Kongorot blau. Bei einem ph-wert über 5,2 (daher auch im neutralen und basischen Bereich) ist der Farbstoff rot gefärbt. Da in der Nahrungsvakuole eine Ansäuerung der Nahrung durch Verdauungsenzyme erfolgt, wird das Milieu innerhalb der Nahrungsvakuole sehr sauer, der Inhalt der Vakuole färbt sich blau. Nach beendeten Verdauungsprozessen steigt der ph-wert wieder an. Der Farbstoff in den Nahrungsresten färbt sich daher kurz vor Ausscheidung der Nahrungsreste wieder rot.

9 SCHON FERTIG? Zusatzaufgabe für flinke Forscher! Sucht euch unter dem Mikroskop wieder ein möglichst inaktives Paramecium caudatum unter Verwendung des schwächsten Objektives! Stellt dann auf eine stärkere Vergrößerung um und schaut auf die intrazellulären Strukturen des Einzellers! 2. kontraktile Vakuole Könnt ihr eine oder sogar beide kontraktilen Vakuolen erkennen? Beschreibt eure Beobachtungen stichwortartig: Es sind 2 kontraktile Vakuolen zu beobachten, die immer in regelmäßigen Abständen kontrahieren; ihre Kontraktion ist nicht synchron; eine Vakuole ist als Bläschen im Zellkörper gut sichtbar; sie wird immer größer bis sie kontrahiert und für wenige Sekunden ganz verschwindet; dann werden Kanäle sichtbar, die wie Sonnenstrahlen um das Bläschen angeordnet sind; wird die Vakuole größer, sind die Kanäle weniger gut sichtbar; Gefüllte Vakuole 2. kontraktile Vakuole Beobachtet eine der kontraktilen Vakuolen eine Minute lang! Zählt mit wie oft sie innerhalb einer Minute kontrahiert und notiert das Ergebnis (Angabe: x-mal/ Minute)! Kontraktionshäufigkeit: ca. 6 Mal/ Minute Vakuole unmittelbar nach Kontraktion, Zuführungskanäle sichtbar Was könnte die Funktion dieser kontraktilen Vakuolen sein? Wähle aus den 3 möglichen Antworten diejenige aus, die deiner Meinung nach die richtige ist! Hake diese Antwort ab! Die kontraktilen Vakuolen erfüllen eine ähnliche Aufgabe wie unser Herz durch die rhythmischen Kontraktionen werden Stoffe durch den Zellkörper gepumpt, um die gesamte Zelle mit Sauerstoff und Nährstoffen zu versorgen. Die kontraktilen Vakuolen pumpen aktiv Wasser aus der Zelle hinaus, welches über die Plasmamembran in die Zelle eindringt. Ohne diese Aktivität würde so viel Wasser von außen in die Zelle fließen, bis der Einzeller schließlich platzt (= Regulation des Wasserhaushaltes) X Die kontraktilen Vakuolen sind für die Fortbewegung des Einzellers von Bedeutung. Gemeinsam durch den rhythmischen Schlag der Cilien und den Wasserausstoß aus den Vakuolen wird ein Rückstoß erzeugt, der den Einzeller im Wasser weiterbewegt.

10 Mikro-Makro-Link: Einzeller als Modell für biologische Systeme Welche Aufgaben erfüllt das Verdauungssystem? Überlegt, was mit der Nahrung im Weg durch euren Körper geschieht und notiert eure Einfälle zu den Aufgaben des menschlichen Verdauungstraktes! Zerkleinern, Verflüssigen, Aufspalten und Transportieren der Nahrung Abwehr von Bakterien, Schadstoffen aus der Nahrung Abgabe der Nährstoffe an Blut- bzw. Lymphbahnen Rückresorption (=Wiederaufnahme) von Wasser und Salzen Ausscheidung von Nahrungsresten Energiegewinnung durch Nährstoffaufnahme in den Körper Konntet ihr alle Bestandteile des menschlichen Verdauungssystems nennen und den richtigen Organen zuordnen? Kontrolliert eure Beschriftung und bessert (falls vorhanden) Fehler aus! 1) Speiseröhre 2) Magen 3) Dünndarm 4) Dickdarm 5) Blinddarm (+Wurmfortsatz) 6) Mastdarm 7) Leber 8) Gallenblase 9) Bauchspeicheldrüse In welchen der angeführten Abschnitte des menschlichen Körpers werden Verdauungsenzyme produziert? Kreuzt die richtigen Organe an! Mundspeicheldrüse X Gallenblase Dünndarm X Blinddarm Dickdarm Bauchspeicheldrüse X Leber X Magen X