Bearbeitung der Aufgaben 1 und 2 im Schülerbuch S. 21.

Transkript

1 1 Zelle und Stoffwechsel 1. 1 Ein Blick in die Welt der Zellen Unser Körper besteht aus Zellen [SB S. 20/21] So können Sie mit dem Thema arbeiten Einstieg/Motivation Erarbeitung Sicherung Vertiefung Kompetenzerwerb Leitfragen Was ist eine Zelle? Wie sind Zellen aufgebaut? Methodenauswahl Die Schülerinnen und Schüler betrachten die eigene Haut unter einem Vergrößerungsglas und beschreiben, was sie sehen (Mögliche Antworten: Linien, Rillen, Fingerabdruck ). Die Schülerinnen und Schüler sollen Vermutungen äußern, was sie sehen könnten, wenn man ein noch viel stärkeres Vergrößerungsglas oder ein Mikroskop nähme. Die Schülerinnen und Schüler nennen ihr Vorwissen zum Aufbau der Haut. (Mögliche Schülerantworten: Linien und Fingerabdrücke werden größer, schließlich könnte man Zellen sehen.) Alternativ oder ergänzend wird eine Folie mit Abbildung 1 aus dem Schülerbuch S. 20 behandelt oder die Abbildung der Korkzellen von Robert Hooke (s. Praktische Tipps, Lehrerband, S. 10). Anhand eines Modells einer Zelle (käuflich oder gebastelt) (alternativ Abb. 3 auf S. 21 im Schülerbuch Bau einer tierischen Zelle ) beschreiben die Schülerinnen und Schüler zunächst mit eigenen Worten den Aufbau einer Zelle und erarbeiten sich die Funktionen der Zellbestandteile mithilfe des Textes im Schülerbuch S. 20/21. Mikroskopisches Bild einer tierischen Zelle (s. Schülerbuch S. 20): Die Schülerinnen und Schüler vergleichen das Bild mit der Schemazeichnung (Abb. 3) im Schülerbuch S. 21. Die Schülerinnen und Schüler erstellen (eventuell als Hausaufgabe) aus selbst gewählten Materialien ein Modell einer Zelle (s. Praktische Tipps, Lehrerband S. 10). Filmeinsatz: Die wunderbare Welt der Zellen (s. Literatur- und Medienhinweise, Lehrerband S. 10). Die Schülerinnen und Schüler mikroskopieren Fertigpräparate verschiedener tierischer Zellen oder betrachten Bilder verschiedener Zellen und vergleichen den Aufbau und die Funktion. Thematisierung der verschiedenen Ebenen: Zelle Gewebe Organe mithilfe des Textes im Schülerbuch S. 21 und anhand des Arbeitsblatts Von der Zelle zum Organismus, Lehrerband S. 11 (Hinweis: Sie können diese Gliederung auch bereits im Einstieg thematisieren.) Verdeutlichung der Größenverhältnisse auf zellulärer Ebene (s. Zusatzinformation, Lehrerband S. 12). Bearbeitung der Aufgaben 1 und 2 im Schülerbuch S. 21. Kompetenzbereiche: Der Schwerpunkt liegt auf dem Fachwissen. Die Schülerinnen und Schüler lernen den Aufbau von Organismen (Geweben) aus Zellen sowie Bestandteile einer Zelle und die jeweilige Funktion kennen. In der Sicherungsphase kann der Bereich Bewertung im Rahmen einer Modellkritik geübt werden. Die Vertiefungsphase fördert den Kompetenzbereich Erkenntnisgewinnung, indem die Schülerinnen und Schüler im Hinblick auf das Basiskonzept Struktur und Funktion Gemeinsamkeiten und Unterschiede verschiedener tierischer Zellen erarbeiten. Basiskonzept: Struktur und Funktion Lösungen NATURA_LB 7/8 BW_ [zu SB S. 20 /21] $ 1 Ermittle mithilfe der Maßstäbe in den Abbildungen 1 und 2 und mit einem Lineal den schiede der Zellen in den Abbildungen 1. 2 Beschreibe Gemeinsamkeiten und Unter Vergrößerungsfaktor der Zellen. und 2. Stelle einen Bezug von Struktur und Um den Vergrößerungsfaktor zu berechnen, Funktion her. muss man die Länge des Maßstab-Balkens Gemeinsamkeiten: Bei Haut-, Nerven-, Muskelmessen und mit der angegebenen Größe ins und Knorpelzellen ist jeweils ein Zellkern Verhältnis setzen. Dabei müssen die Schüler erkennbar, sowie eine Umrandung, die man wissen: 1 mm = 1000 µm. als Zellmembran bezeichnet. Innerhalb der Abb. 1 (Hautzelle): Vergrößerung 1200-fach Zellmembran liegt bei allen das Zellplasma. Abb. 2a (Nervenzelle): Vergrößerung 400-fach Unterschiede: Die Hautzellen sind kompakt Abb. 2b (Muskelzelle): Vergrößerung 60-fach gebaut, ohne Ausläufer, und liegen lückenlos Abb. 2c (Knorpelzelle): Vergrößerung 450-fach 1 Zelle und Stoffwechsel 9

2 aneinander. Diese Struktur ist wichtig, um die Funktion als Abschlussgewebe zu erfüllen: Abgrenzung des Körpers gegenüber der Umwelt. Die Nervenzelle hat einige Ausläufer in verschiedener Richtung. Diese Struktur ist wichtig, um mit vielen anderen Nervenzellen in Kontakt zu sein und in einem Nervennetz Informationen zu verarbeiten. Ergänzender Hinweis: Die vielen schwarzen Punkte sind Zellkerne von Gliazellen, die die Nervenzelle umgeben. Die Muskelzellen der Arterien sind lang gestreckt und spindelförmig. Auch die im mikroskopischen Bild rund erscheinenden Zellen sind länglich, nur eben im Querschnitt fotografiert. Durch ihre Form passen sie im Muskelgewebe gut ineinander. Da sie länglich sind, können sie sich gut zusammenziehen. Die Knorpelzellen liegen meist zu zweit nebeneinander, ansonsten sind sie in eine Grundsubstanz eingebettet und berühren sich nicht. Diese Grundsubstanz ermöglicht die dämpfende Funktion des Knorpels. Praktische Tipps Modell einer Zelle Sie finden im Schülerbuch auf Seite 35 Anregungen/mögliche Materialien zum Bau eines Zellmodells ( Herstellen eines räumlichen Zellmodells"). Hier kann anstelle einer durchsichtigen Plastikschale als Zellhülle beispielsweise auch ein mit Pappmaché beklebter Luftballon verwendet werden, der nach dem Trocknen teilweise aufgeschnitten wird. Die Zellmodelle können von den Schülerinnen und Schülern in Form einer kleinen Ausstellung präsentiert werden. Dies spart gegenüber Einzelpräsentationen im Plenum Zeit und ermöglicht Diskussionen in Kleingruppen beim Durchwandern der Ausstellung. Im Anschluss daran bietet sich eine Modellkritik an. Das biologisch korrekteste Modell oder auch das kreativste Modell könnte prämiert werden. Historischer Einstieg in das Thema Zellen Als Alternative zu dem auf der vorhergehenden Seite vorgestellten Unterrichtseinstieg bietet sich auch eine historisch orientierte Einführung ins Thema an. Nach einer kurzen Information zu der Person Robert Hookes und seinen Forschungen zeigen Sie Ihren Schülerinnen und Schülern das mikroskopische Bild eines Korkscheibchens, wie es Robert Hooke sehen und zeichnen konnte. Die Schülerinnen und Schüler sollen zunächst beschreiben, was sie erkennen und anschließend Hypothesen aufstellen, worum es sich bei den Strukturen handeln könnte (s. auch Zusatzinformation und Schülerbuch S. 43). 1 Korkzellen aus Hookes Werk Micrographia Zusatzinformation Die Entdeckung der Zellen Die Entwicklung des Lichtmikroskops im 17. Jahrhundert ermöglichte die genauere Untersuchung von biologischen Objekten und führte so schließlich zur Erkenntnis, dass organische Gewebe aus vielen Zellen zusammengesetzt sind. Der Begriff Zelle geht auf den englischen Gelehrten Robert Hooke ( ) zurück, welcher bei der mikroskopischen Betrachtung von Korkscheiben feststellte, dass diese aus unzähligen kleinen Einheiten bestehen. Hooke bezeichnete diese Einheiten als Zellen. Obwohl es sich bei den von Hooke beschriebenen Zellen lediglich um die Wände der schon abgestorbenen verkorkten Zellen (Korkzellen) handelte, setzte sich der Begriff Zelle durch und wurde wenig später auf lebende Zellen übertragen. Im 19. Jahrhundert konnten der Zoologe Theodor Schwann sowie der Botaniker Matthias Schleiden zeigen, dass alle lebenden Gewebe aus Zellen aufgebaut sind. Es setzte sich die Erkenntnis durch, dass alle Zellen durch Teilung bereits vorhandener Zellen entstehen. Warum sind Zellen meist mikroskopisch klein? Mycoplasmen, eine Gruppe von Bakterien, sind mit einer Größe von 0,1 bis 1 μm im Durchmesser die bisher kleinsten erforschten Zellen. Zellen können nicht unbegrenzt klein sein, da genug Platz für ausreichend DNA, Enzyme und Zellorganellen sein muss. Andererseits können Zellen auch nicht unbegrenzt groß werden, da sonst das Verhältnis zwischen Oberfläche und Volumen zu ungünstig wird, um noch eine ausreichende Versorgung des Zellinneren durch die Plasmamembran zu ermöglichen: Es müssen Nährstoffe, Abfallstoffe sowie Stoffwechselgase durch die Membran hinein und hinaus transportiert werden. Die Menge, der die Membran passierenden Stoffe, ist aber pro Quadratmikrometer und Sekunde begrenzt. Die meisten Bakterien weisen einen Durchmesser von 1 bis 10 μm auf, Eukaryotenzellen einen zwischen 10 und 100 μm. Die menschliche Eizelle ist etwa 110 bis 140 μm groß und kann gerade noch mit dem menschlichen Auge erkannt werden (s. auch Lehrerband S. 12). Literatur- und Medienhinweise Film: Nielson, L.: Die wunderbare Welt der Zellen (Planet Schule: Wunderwelt Zellen) dazu: 10 NATURA_LB 7/8 BW_ Foto: Ullstein Bild

3 Von der Zelle zum Organismus Pantoffeltierchen Euglena 1 Lebewesen wie das Pantoffeltierchen oder das grüne Augentierchen Euglena sind Einzeller. Sie bestehen aus nur einer einzigen Zelle, die Nahrung aufnimmt, sich bewegt, wachsen und sich vermehren kann. Wie du weißt, sind die Menschen, Tiere und Pflanzen dagegen aus vielen verschiedenen Zelltypen aufgebaut, die jeweils eine ganz bestimmte Aufgabe erfüllen. Damit der vielzellige Organismus als Einheit funktionieren kann, sind seine Zellen auf verschiedenen Organisationsebenen angeordnet: Zellen mit gleicher Funktion sind in vielzelligen Organismen zu einem sogenannten Gewebe verbunden. Verschiedene Gewebe bilden zusammen eine Funktionseinheit, ein Organ, mehrere Organe arbeiten im Organismus zusammen. 0 1 Unterstreiche die verschiedenen Organisationsebenen eines vielzelligen Organismus im Text und schreibe ihre Bezeichnungen geordnet auf die Beschriftungslinien (1 4). 2 $ 2 Notiere jeweils eine kurze Definition der verschiedenen Organisationsebenen auf den Beschriftungslinien unter Schneide die Bilder unten aus und klebe sie entsprechend ihrer Organisationsebene rechts an die passende Stelle (1 4). 0 4 Finde für jedes Bild eine Bildbezeichnung. Notiere diese jeweils über die aufgeklebten Bilder. 3 4 Ernst Klett Verlag GmbH, Stuttgart Alle Rechte vorbehalten.von dieser Druckvorlage ist die Vervielfältigung für den eigenen Unterrichtsgebrauch gestattet. Die Kopiergebühren sind abgegolten. Illustratoren: Wolfgang Herzig, Essen; Stefan Leuchtenberg, Augsburg; Jörg Mair, München; Ingrid Schobel, Hannover; 11

4 ARBEITSBLATT Überschrift Von der Zelle zum Organismus Lösungen 1 1 text und 3 Zelle, Gewebe, Organ, Organismus Praktische Tipps text 2 Zelle: kleinste lebende Einheit vielzelliger Organismen Gewebe: besteht aus gleichartigen Zellen Organ: besteht aus verschiedenen Geweben Organismus: gesamtes Lebewesen 4 Muskelzelle, Muskelgewebe, Herz, Mensch Praktische Tipps Organsysteme Das Thema Organisationsebenen wird auf dem Arbeitsblatt Der Mensch als System, Lehrerband S. 31, noch einmal aufgegriffen und um die Ebene Organsysteme erweitert. Veranschaulichung der Größenverhältnisse Die Größenverhältnisse auf zellulärer Ebene sind für Schülerinnen und Schüler oft nur schwer vorstellbar. Zur Verdeutlichung können Sie auf dem Boden des Klassenzimmers mit Klebeband ein Quadrat mit einer Seitenlänge von einem Meter mal einem Meter aufkleben. Entsprechend der Abbildung im Schülerbuch auf Seite 30 entspräche dies dann dem Finger. Die Zelle entspräche dann einem Quadratmillimeter, ausgeschnitten aus Millimeterpapier, der neben das Klebebandquadrat gelegt wird. Zusatzinformation Größenvergleich verschiedener Strukturen 10-3 (1 mm) 10-4 Hühnerei Froschei menschliche Eizelle Euglena Auge Paramecium (1 µm) Pflanzenzelle Grünalgen menschliche Nervenzelle Mitochondrium Hefezelle Coli-Bakterium Lichtmikroskop Durchmesser in m (1 nm) STED-Mikroskop Elektronenmikroskop submikroskopischer Bereich Viren Ribosomen Proteine Lipide kleinere Moleküle Atome Kompetenzerwerb Kompetenzbereiche Schwerpunkt Fachwissen sowie Schwerpunkt Erkenntnisgewinnung : Die Schülerinnen und Schüler lernen die biologischen Organisationsebenen eines Lebewesens kennen. Basiskonzepte: Struktur und Funktion sowie Kompartimentierung : Die unterschiedlichen biologischen Organisationsebenen erfüllen jeweils bestimmte Funktionen. Der Organismus kann in verschiedene Organisationsebenen (Kompartimente) eingeteilt werden, und er wird erst durch die funktionierende Zusammenarbeit der verschiedenen Ebenen lebensfähig. 12 NATURA_LB 7/8 BW_ Illustratorin: Nora Wirth, Frankfurt

5 1. 1 Ein Blick in die Welt der Zellen Pflanzliche Zellen [SB S. 22/23] So können Sie mit dem Thema arbeiten Einstieg/Motivation Erarbeitung Sicherung Vertiefung Kompetenzerwerb Leitfragen Wie ist eine Pflanzenzelle aufgebaut? Wie unterscheiden sich Tier- und Pflanzenzelle voneinander? Methodenauswahl Fotos einer Pflanze im Regen, im Sturm, daneben die Abbildung des Blattabschlussgewebes. Die Schülerinnen und Schüler sollen erklären, inwiefern durch die Struktur des Abschlussgewebes gewährleistet wird, dass die Blätter zum Beispiel starke wetterbedingte Belastungen aushalten. (Mögliche Schülerantwort: Die Zellen greifen wie ein Puzzle ineinander, ergeben so eine dichte Schicht und halten besonders gut zusammen.) Im Anschluss daran sollen die Schülerinnen und Schüler Hypothesen aufstellen, welche strukturellen Voraussetzungen die Zellen eines Abschlussgewebes noch aufweisen müssen, um mechanischen Belastungen standhalten zu können. (Mögliche Schülerantwort: Sie brauchen eine stabile Hülle; s. auch Praktische Tipps, Lehrerband S. 14). Die Schülerinnen und Schüler beschreiben mithilfe eines käuflichen Modells eine Pflanzenzelle, benennen die wichtigsten Zellbestandteile und beschreiben Unterschiede im Aufbau von Tier- und Pflanzenzellen. Alternativ zum Modell: Abbildungen von Tier- und Pflanzenzelle (s. Schülerbuch S. 21, 23). Bei Verwendung eines dreidimensionalen Modells kann dieses von den Schülerinnen und Schülern als Skizze ins Heft übertragen und anschließend mit Beschriftungen der Zellbestandteile versehen werden. Bestandteile, die die tierische Zelle nicht hat, können die Schülerinnen und Schüler mithilfe des Schülerbuches S. 22/23 ergänzen, einschließlich der Funktionen der Zellbestandteile (s. auch Aufgabe 1 des Schülerbuchs S. 23). Weitere Möglichkeit: Die Schülerinnen und Schüler können Steckbriefe zu den verschiedenen Zellbestandteilen erstellen. Bearbeitung des Arbeitsblatts Welcher Zellbestandteil fehlt? (s. Lehrerband S. 15). Präsentation der Steckbriefe und Korrektur der Schülerlösungen zum Arbeitsblatt Welcher Zellbestandteil fehlt? (s. Lehrerband S. 15). Bearbeitung des Zusätzlichen Arbeitsblatts Der Aufbau des Lichtmikroskops (s. Daten auf DVD, Lehrerband S. 14). Die Schülerinnen und Schüler mikroskopieren Pflanzengewebe, fertigen biologische Zeichnungen an und beschreiben die Unterschiede (s. Zusatzinformation, Lehrerband S. 14). Die Schülerinnen und Schüler bearbeiten die Aufgabe 2 und 3 im Schülerbuch S. 23. Recherche-Auftrag: Die Schülerinnen und Schüler informieren sich über den Aufbau einer Pilzzelle ( echte Pilze = Eumycota) und vergleichen diese mit Tier- und Pflanzenzelle (s. Zusatzinformation, Lehrerband S. 14). Kompetenzbereiche: Der Schwerpunkt liegt auf dem Fachwissen und der Erkenntnisgewinnung. Die Schülerinnen und Schüler wenden ihr Vorwissen über Zellen an und stellen Hypothesen bezüglich der Struktur einer Zelle (des Abschlussgewebes) auf. Die Schülerinnen und Schüler vergleichen den Aufbau von Tier- und Pflanzenzelle. Basiskonzept: Struktur und Funktion Lösungen [zu SB S. 22 /23] 0 1 Vergleiche pflanzliche und tierische Zellen. Erstelle dazu eine tabellarische Übersicht über die Organellen. Zellorganell Tierzellen Pflanzenzellen Zellkern ja ja Zellmembran ja ja Zellplasma ja ja Mitochondrien ja ja Chloroplasten nein ja (in grünen Zellen) Vakuole nein ja Zellwand nein ja NATURA_LB 7/8 BW_ Zelle und Stoffwechsel 13

6 $ 2 Ermittle die Länge der pflanzlichen und winzigen, im Bild nicht sichtbaren Ausläufer tierischen Zellen auf den Seiten 20 und 22 einer Nervenzelle können viele Zentimeter lang mithilfe der abgebildeten Maßstäbe und sein. Pflanzenzellen sind meist deutlich größer eines Lineals. Vergleiche. als tierische und menschliche Zellen. Berechnung: Gemessene Länge in Mikrometer. 3 Beschreibe Gemeinsamkeiten und Unterschiede der Zellen in Abbildung 1 und 3 und wird geteilt durch den Vergrößerungsfaktor. Je nach der vom Schüler ausgewählten Zelle stelle einen Bezug zu deren Funktion her. können die Ergebnisse abweichen: Abb. 1: Viele grüne, runde Chloroplasten zeigen, S. 16 Abb. 1 (Hautzelle) ca. 18 µm; Abb. 2a (Nervenzelle) ca. 45 µm; Abb. 2b (Muskelzelle) bis dass diese Zellen Fotosynthese betreiben. Abb. 3a und 3b: Die Zellen besitzen keine zu 633 µm; Abb. 2c (Knorpelzelle) ca. 40 µm. Chloroplasten. Sie sind lückenlos miteinander S. 18 Abb. 1 (Blattzelle) ca. 240 µm; Abb. 3a verbunden und bilden jeweils als Abgrenzung (Zwiebelhäutchen) ca. 267µm; Abb. 3b (Blattabschlussgewebe) ca. 160 µm. der Zwiebelschuppe bzw. des Blattes das Abschlussgewebe (Epidermis). Insbesondere Vergleich: Die Größe menschlicher Zellen beim Blattabschlussgewebe sieht man, dass liegt in einem ähnlichen Größenbereich mit die Zellen fest ineinander verzahnt sind. Als Ausnahme der Muskelzelle, deren Länge wellenartige Struktur kann man die aufgelagerte Kutikula erahnen. Beides verringert die (aufgrund ihrer Funktion sich zusammenzuziehen) außergewöhnlich groß ist. Zusatzinfo: Die Durchlässigkeit, insbesondere die Verdunstung. Praktische Tipps Spielerische Wiederholung Für einen eher spielerischen Stundeneinstieg können Sie Namen verschiedener Zellbestandteile (Zellplasma, Chloroplast, Zellkern, Vakuole, Zellmembran) jeweils auf einen Karton schreiben, diese Kartons laminieren und in einen Schuhkarton ( Zelle ) mit Griffloch legen. (Diese Blackbox-Zellen sollten mehrfach vorhanden sein, damit in angemessenen Gruppengrößen gearbeitet werden kann). Die Schülerinnen und Schüler ziehen ohne hinzusehen eine Karte aus der Box und erklären ihren Gruppenmitgliedern die jeweilige Funktion ihres Zellbestandteils. Stabilität von Pflanzenzellen und Tierzellen Die Hypothesenbildung zum Stundeneinstieg können Sie unterstützen, indem Sie eine mit Wasser gefüllte, verschlossene Plastiktüte und eine ebenfalls wassergefüllte, durchsichtige Kunststoffdose nebeneinander präsentieren. Die Tüte entspricht der Tierzelle, die Kunststoffdose der Pflanzenzelle. Durch das vereinfachte Modell einer Pflanzenzelle können Sie auf das Vorhandensein und die Funktion einer festen Zellwand bei Pflanzenzellen hinweisen. Beachten Sie allerdings die Grenzen des Modells. Echte Zellwände weisen im Gegensatz zur starren Kunststoffdose eine gewisse Flexibilität auf. Zusatzinformation Verschiedene Gewebe und Pflanzenzelltypen Dauergewebe: die Zellen sind ausdifferenziert, oftmals sind die Zellen tot und enthalten Luft oder Wasser. Grundgewebe (Parenchym): erfüllt vielfältige Funktionen, da die Zellen wenig spezialisiert sind. Parenchymzellen sind groß und dünnwandig; zwischen den Zellen gibt es viele Interzellularräume. Beispiele: Speicherparenchyme speichern organische Reservestoffe; Hydrenchyme speichern Wasser in Pflanzen, die an trockenen Standorten wachsen; Aerenchyme ermöglichen bei Pflanzen in sumpfigen Gebieten und Wasserpflanzen den Gasaustausch untergetauchter Pflanzenteile; Chlorenchyme sind chloroplastenreich und auf Fotosynthese spezialisiert. Abschlussgewebe: grenzt die Pflanze zur Umwelt hin ab. Beispiele: primäres Abschlussgewebe (Epidermis) bei krautigen Pflanzen sowie bei krautigen Teilen der Holzpflanzen; sekundäres Abschlussgewebe (Kork) infolge sekundären Dickenwachstums von Wurzeln oder Sprossen; tertiäres Abschlussgewebe (Borke) bildet sich z. B. an Baumstämmen. Festigungsgewebe: enthält abgestorbene Zellen mit verdickten Wänden. Beispiele: Sklerenchym in Teilen von Pflanzen, die ausgewachsen sind, als Fasern in stark beanspruchten Pflanzenteilen, als sogenannte Steinzellen beispielsweise in harten Schalen von Früchten. Leitgewebe: dient dem Transport von Flüssigkeiten und gelösten Stoffen. Beispiele: Phloem mit Siebzellen oder Siebröhrengliedern, Zellen enthalten keinen Zellkern, sind meist kurzlebig. Sie dienen dem Transport von Stoffwechselprodukten; Xylem mit abgestorbenen Zellen, von denen nur die verholzten Zellwände übrig sind, dienen dem Flüssigkeitstransport, Transpirationssog. Bildungsgewebe (Meristeme): bestehen aus teilungsaktiven Zellen, welche permanent den gesamten Zellzyklus durchlaufen. Die Zellen sind eher klein und besitzen dünne Zellwände. Daten auf DVD & Zusätzliches ARBEITSBLATT Der Aufbau des Lichtmikroskops, Kapitel 1: Die Zelle, 1. 1 Ein Blick in die Welt der Zellen 14 NATURA_LB 7/8 BW_049243

7 Welcher Zellbestandteil fehlt? Nicht nur in tierischen Zellen, auch in Pflanzenzellen arbeiten verschiedene Zellbestandteile zusammen. So sorgt beispielsweise die Zellwand für die Stabi lität der Zelle, in der Vakuole werden Wasser und darin gelöste Stoffe gespeichert, und in den Chloro plasten wird Stärke hergestellt. Bei einigen der abgebildeten Pflanzenzellen hat sich ein Fehler eingeschlichen es fehlt jeweils ein Zellbestandteil. Findest du heraus, welcher? Spiel-Vorbereitung Klebe das Arbeitsblatt auf Pappe. Die Pflanzenzellen schneidest du aus, ebenso die kleinen Zell-Chips. Spielbeschreibung Ihr spielt in Gruppen von 2 Personen. Die ausge schnittenen Pflanzenzellen werden gemischt und verdeckt auf einen Stapel gelegt. Anschließend wird reihum eine Pflanzenzelle gezogen, die offen in die Mitte gelegt wird. Wer am schnellsten den feh lenden Zellbestandteil erkennt und nennt, bekommt einen Zell-Chip. Variation: Um einen Zell-Chip zu bekommen, musst du nicht nur den Zellbestandteil, sondern auch seine Funktion richtig benennen. Sieger ist, wer die meis ten Zell-Chips erspielt hat. Ernst Klett Verlag GmbH, Stuttgart Alle Rechte vorbehalten.von dieser Druckvorlage ist die Vervielfältigung für den eigenen Unterrichtsgebrauch gestattet. Die Kopiergebühren sind abgegolten. Illustratoren: Wolfgang Herzig, Essen; Otto Nehren, Achern 15

8 1. 1 Ein Blick in die Welt der Zellen H ARBEITSBLATT Welcher Überschrift Zellbestandteil fehlt? Lösungen Obere 1 text Reihe von links nach rechts: vollständige Zelle ohne Zellkern ohne Zellplasma untere Reihe: ohne Membran ohne Vakuole ohne Zellwand ohne Chloroplasten Praktische Tipps text Praktische Tipps Spiel im Plenum Sie können die auf dem Arbeitsblatt abgebildeten Pflanzenzellen auch vergrößern, sodass sie an der Tafel gut erkennbar sind und das Spiel im Plenum spielen. Zusatzinformation Chloroplasten verschiedener Pflanzenarten (einige Beispiele) Chlorella Moosblättchen Rotalge Grünalge Schraubenalge Protoplasmabewegung Mithilfe des Protoplasmas hält die Zelle ihren Stoffwechsel aufrecht. Dazu müssen die im Protoplasma enthaltenen Stoffwechselprodukte transportiert werden. Dies geschieht durch Fibrillen, die sich ähnlich wie Muskelfibrillen verkürzen können. Die dadurch hervorgerufene Plasmabewegung kann in einer Minute einen halben Millimeter betragen. So legt ein Chloroplast zusammen mit dem Protoplasma in einer Stunde das 6000-fache seiner Länge zurück. Chloroplast Amöboide Bewegung Zirkulation Rotation Kompetenzerwerb Kompetenzbereiche Schwerpunkt Fachwissen sowie Schwerpunkt Kommunikation : Die Schülerinnen und Schüler festigen spielerisch ihr Wissen über den Aufbau und die Bestandteile von Zellen. Basiskonzept Struktur und Funktion": Die unterschiedlichen Zellbestandteile erfüllen unterschiedliche Aufgaben entsprechend ihres Aufbaus. 16 NATURA_LB 7/8 BW_ Illustrator: Stefan Leuchtenberg, Augsburg

9 1. 1 Ein Blick in die Welt der Zellen Methode: Umgang mit dem Mikroskop [SB S. 24] Methode: Zeichnen [SB S. 26] So können Sie mit dem Thema arbeiten Einstieg/Motivation Erarbeitung Sicherung Vertiefung Leitfragen Wie ist ein Lichtmikroskop aufgebaut? Wie gehe ich beim Mikroskopieren von Zellen vor? Wie fertigt man eine mikroskopische Zeichnung an? Methodenauswahl Präsentation eines Lichtmikroskops: Die Schülerinnen und Schüler sollen die Vorgehensweise nennen, die beim Mikroskopieren wichtig ist. Sammeln von Vorwissen über die korrekte Handhabung von Mikroskopen. Präsentation einer Abbildung eines mikroskopierten Präparats, z. B. Schuppenblätter einer Küchenzwiebel (s. Literatur- und Medienhinweise, Lehrerband S. 18). Die Schülerinnen und Schüler sollen wichtige Punkte beim Zeichnen von mikroskopischen Präparaten nennen. Die Schülerinnen und Schüler lesen die Methoden-Seite Umgang mit dem Mikroskop im Schülerbuch S. 24. Die Schülerinnen und Schüler erarbeiten den Bau und die Funktion des Mikroskops mithilfe des Arbeitsblatts Bestandteile des Lichtmikroskops und ihre Funktion (s. Lehrerband S. 19). Die Schülerinnen und Schüler machen erste Übungen mit dem Lichtmikroskop (s. Praktische Tipps, Lehrerband S. 18), bevor sie Präparat auf S. 25 im Schülerbuch mikroskopieren. Die Schülerinnen und Schüler erarbeiten die Regeln für eine mikroskopische Zeichnung mithilfe des Schülerbuchs S. 25. Die Schülerinnen und Schüler bearbeiten die Aufgaben 1 bis 4 im Schülerbuch S. 25. Die Schülerinnen und Schüler nennen Bestandteile und ihre Funktion an einem echten Lichtmikroskop. Besprechung der Lösung von Aufgabe 1 im Schülerbuch S. 25. Vergleich der Zeichnungen der Schülerinnen und Schüler mit Bildern der Präparate, die bei den Aufgaben 2 bis 4 mit einem Fotoapparat (durch die Lehrkraft oder die Schülerinnen und Schüler) aufgenommen wurden. Die Schülerinnen und Schüler machen einen Mikroskop-Führerschein (s. Zusätzliches Arbeitsblatt Der Mikroskop-Führerschein, Daten auf DVD, Lehrerband S. 18). Der Mikroskop-Führerschein kann in einen theoretischen und einem praktischen Teil unterteilt werden (s. Praktische Tipps, Lehrerband S. 20). Bearbeitung des Zusätzlichen Arbeitsblatts Der Aufbau des Lichtmikroskops (s. Daten auf DVD, Lehrerband S. 18). Besprechung, wie man die Gesamtvergrößerung einer Kombination aus Okular- und Objektivvergrößerung berechnet (s. Zusatzinformation, Lehrerband S. 20). Die Schülerinnen und Schüler führen eine Internetrecherche zur Geschichte des Lichtmikroskops durch und erstellen Plakate, die dann z. B. in einem Galerierundgang präsentiert werden (s. Zusatzinformationen, Lehrerband S. 18). Lösungen [zu SB S. 25] $ 1 Vergleiche Abbildung 3 mit dem mikroskopischen Bild (s. Seite 22, Abb. 3a). Beschreibe, Nachbarn unter dem Mikroskop. Wende dazu. 2 Betrachte ein Kopfhaar von dir und deinem welche Fehler gemacht wurden. die Tipps von Seite 24 an. Die Zeichnerin hat nicht das Gesehene gezeichnet, sondern folgende Fehler wurden gemacht: individuelle Lösung $ 3 Mikroskopiere ein Fertigpräparat, z. B. einen 2a: kein Zellkern, keine Vakuole eingezeichnet. Die obere und untere Zellreihe sind nicht Blutausstrich. Fertige eine Zeichnung an. individuelle Lösung versetzt zur mittleren Zellreihe angeordnet. Sie haben anstelle der Spitzen Einbuchtungen. $ 4 Stelle selbst ein Präparat (s. Seite 26), z. B. 2b: kein Zellkern, keine Vakuole eingezeichnet. einen Stängelquerschnitt einer beliebigen Die Zellen sind rechteckig, alle gleich lang, Pflanze. Fertige eine Übersichgtszeichnung nicht versetzt angeordnet. an und ergänze durch Strukturen, die bei 2c: Die Zellreihen sind nicht versetzt zueinander gezeichnet. Es stoßen an mehreren Ecken individuelle Lösung starker Vergrößerung sichtbar werden. vier Zellen aufeinander. NATURA_LB 7/8 BW_ Zelle und Stoffwechsel 17

10 Praktische Tipps Umgang mit dem Lichtmikroskop Die Schülerinnen und Schüler erklären sich gegenseitig an einem echten Lichtmikroskop die Bestandteile und ihre Funktionen, nachdem sie sich die Bestandteile des Lichtmikroskops und ihre jeweiligen Funktionen theoretisch erarbeitet haben. Die Schülerinnen und Schüler können sich dabei gegenseitig mithilfe der Abbildung im Schulbuch S. 24 kontrollieren. Lassen Sie auch eine Schülerin bzw. einen Schüler den richtigen Transport eines Lichtmikroskops demonstrieren, um das Herunterfallen der Mikroskope bzw. der Okulare zu verhindern. Erste Übungen mit dem Mikroskop Lassen Sie die Schülerinnen und Schüler zunächst einen Zeitungsschnipsel mikroskopieren, damit sie die Vorgehensweise beim Mikroskopieren üben können, ohne sich auf die Anfertigung eines Präparats zu konzentrieren. Alternativ können die Schülerinnen und Schüler auch einen Filzstiftpunkt auf einem Objektträger mikroskopieren. Hilfen beim Mikroskopieren Fertigen Sie Hilfekärtchen zu den verschiedenen Problemen beim Mikroskopieren an (z.b. Objekt zu dunkel bzw. zu hell). Legen Sie die Kärtchen auf dem Lehrerpult aus. Auf der Rückseite sollten Sie die Lösungen für das jeweilige Problem notieren. So können die Schülerinnen und Schüler während des Mikroskopierens selbstständig nach einer Lösung für ihr Problem suchen, bevor sie die Lehrkraft fragen. Zusatzinformation Die Geschichte des Lichtmikroskops Das erste Lichtmikroskop wurde zu Beginn des 17. Jahrhunderts vom holländischen Händler Zacharias Jansen (um 1588 um 1631) gebaut. Das Mikroskop besaß zwei Linsen, die am vorderen und hinteren Ende einer Röhre befestigt waren. Im Gegensatz zu einer Lupe war dies das erste Lichtmikroskop mit einem zusammengesetzten optischen System. Es vergrößerte Objekte bis zum 50-fachen. Die Linsen wiesen jedoch zu dieser Zeit meist Mängel auf: Häufig waren sie nicht gleichmäßig geschliffen, besaßen Einschlüsse oder hatten eine ungünstige Krümmung, sodass die Mikroskope schlechte Ergebnisse lieferten. Starke Vergrößerungen waren nicht möglich, da sich die Abbildungsfehler durch die zwei Linsen vervielfachten. Fünfzig Jahre später gelang es dem Niederländer Antoni Van Leeuwenhoek ( ) Mikroskope zu bauen, die wesentlich bessere Ergebnisse lieferten. Er verwendete nur eine einzige, winzige Linse, die dafür von besserer Qualität war. Die Linse wurde zwischen zwei Messingplatten befestigt. Die Objekte wurden mit einer Halterung vor die Linse geklemmt. Leeuwenhoeks Mikroskop glich einer Platte, die man dicht vor das Auge halten musste. Mit diesem sogenannten Lupenmikroskop konnten Vergrößerungen bis zum 270-fachen erreicht werden, was die Leistung der zusammengesetzten, mehrlinsigen Lichtmikroskope bei Weitem übertraf. In den nächsten 200 Jahren veränderten sich die Mikroskope nicht wesentlich. Erst im 19. Jahrhundert begann der deutsche Ingenieur Carl Zeiss ( ) damit, die Linsen zu verbessern, die er in dann in die von ihm konstruierten Mikroskope einsetzte. Zeiss stellte später den Glasspezialisten Otto Schott ( ) ein, der einen großen Beitrag zur Verbesserung der optischen Qualität der Mikroskop-Linsen leistete. Mit dem technologischen Fortschritt und der verbesserten mehrlinsigen Optik entstanden schließlich Mikroskope, wie wir es heute kennen. Literatur- und Medienhinweise Daten auf DVD & Zusätzliches ARBEITSBLATT Der Mikroskop-Führerschein, Kapitel 1: Zelle und Stoffwechsel, 1. 1 Ein Blick in die Welt der Zellen 18 NATURA_LB 7/8 BW_049243

11 Bestandteile des Lichtmikroskops und ihre Funktion Der Bau eines Lichtmikroskops ist sehr komplex. Bevor man das Mikroskop zum ersten Mal bedient, sollte man sich intensiv mit den Bestandteilen des Lichtmikroskops und deren Funktion vertraut machen. Am Kondensor befindet sich Am oberen Ende des Mikroskops sitzt.. Damit kann man die optimale Belichtung zur Betrachtung des Objekts einzustellen. Durch Öffnen und Schließen wird die Lichtmenge verändert. Als Folge wird die Betrachtung des Objekts optimiert. Dieser Bestandteil ist ein leeres Rohr (lat. tubus = Röhre), das das Okular aufnimmt. Unter dem Kondensor sitzt, deren Helligkeit sich über einen Beleuchtungsregler einstellen lässt. Der des Lichtmikroskops dient seinem sicheren Stand. Am Einstellrad befindet sich neben dem Grobtrieb auch. Dieser Bestandteil dient dazu, den Objekttisch etwas nach oben oder unten zu bewegen. Dabei bewegt sich der Objekttisch nur um wenige Millimeter. Durch das Einstellen des optimalen Abstands zwischen Objekt und Objektiv erhält man ein scharfes Bild. Die befindet sich oben im Tubus. Dieser Bestandteil ist beim Mikroskopieren dem Auge am nächsten (lat. oculus = Auge). Er enthält Linsen, mit denen man das Bild vom Objektiv vergrößert ansehen kann. Er kann ausgetauscht werden, denn es gibt ihn genau wie die Objektive mit verschiedenen Vergrößerungsfaktoren. Am Einstellrad befindet sich neben dem Feintrieb auch. Dieser Bestandteil dient dazu, den Objekttisch mehrere Zentimeter nach oben oder unten zu bewegen. Durch das Einstellen des optimalen Abstands zwischen Objekt und Objektiv erhält man ein scharfes Bild. Das ist eine sehr starke Lupe mit winzigen Linsen. Im Lichtmikroskop befinden sich mehrere davon mit verschiedenen Vergrößerungsfaktoren. Der befindet sich unterhalb des Objektivs und oberhalb der Lampe. Auf diesem Bestandteil des Lichtmikroskops wird der Objektträger, eine kleine Glasplatte, mit Stahlfedern festgeklemmt. Der dient dazu, die verschiedenen Objektive auszuwählen. Man kann das gewünschte Objektiv durch Drehen und Einrasten wählen. Unter dem Objekttisch befindet sich. Durch diese Lupe wird das Licht der Lampe zu einem Lichtkegel gebündelt. Dadurch gelangt mehr Licht der Lampe auf das Objekt. 0 1 Ordne den jeweiligen Funktionen den Namen der zugehörigen Bestandteile eines Lichtmikroskops zu, indem du die Lücken im Text ausfüllst. Verwende die folgenden Begriffe: die Blende, der Feintrieb, der Fuß, der Grobtrieb, der Kondensor, die Lichtquelle, das Objektiv, der Objektivrevolver, der Objekttisch, das Okular, das Stativ, der Tubus. Der dient als Halterung für Tubus, Objekttisch und Objektivrevolver. Zum Tragen fasst man das Mikroskop hier an. 0 2 Schneide die Kärtchen mit den Bestandteilen des Lichtmikroskops und ihrer Funktion aus und klebe sie mit einem Klebestreifen an die entsprechende Stelle eines Lichtmikroskops, ohne es dabei zu beschädigen. Ernst Klett Verlag GmbH, Stuttgart Alle Rechte vorbehalten.von dieser Druckvorlage ist die Vervielfältigung für den eigenen Unterrichtsgebrauch gestattet. Die Kopiergebühren sind abgegolten. Illustrator: Jürgen Wirth, Dreieich 19

12 1. 1 Ein Blick in die Welt der Zellen ARBEITSBLATT Bestandteile des Lichtmikroskops und ihre Funktion Lösungen 1 Die korrekte Reihenfolge lautet: die Blende, der Tubus, die Lichtquelle, der Fuß, der Feintrieb, das Okular, der Grobtrieb, das Objektiv, der Objekttisch, der Objektivrevolver, der Kondensor, das Stativ. 2 siehe Abbildung Okular Stativ Grobtrieb Tubus Feintrieb Objektrevolver Objektiv Objekttisch Objektträger Kondensor mit Blende Lichtquelle Fuß Beleuchtungsregler Praktische Tipps Der Mikroskop-Führerschein Lassen Sie Ihre Schülerinnen und Schüler einen sogenannten Mikroskop-Führerschein erwerben. Dies kann in Partnerarbeit geschehen. Der eine Partner ist der Prüfling, der andere der Prüfer. Die Prüfung kann in einen theoretischen und einen praktischen Teil gegliedert werden. Beim theoretischen Teil können die Schülerinnen und Schüler beispielsweise an einem Lichtmikroskop die Bestandteile und je nach Gestaltung der Prüfung auch ihre Funktion benennen. Auch zusätzliche Fragen sind denkbar (s. Zusätzliches Arbeitsblatt Der Mikroskop-Führerschein, s. Daten auf DVD, Lehrerband S. 18). Der praktische Teil kann so gestaltet sein, dass die Schülerinnen und Schüler die Arbeitsschritte beim Mikroskopieren demonstrieren (s. Schülerbuch S. 24). Modell einer Zelle Sie finden im Schülerbuch auf Seite 27 Anregungen und mögliche Materialien zum Bau eines Zellmodells ( Räumliches Zellmodell ). Hier kann anstelle einer durchsichtigen Plastikschale als Zellhülle beispielsweise auch ein mit Pappmaché beklebter Luftballon verwendet werden, der nach dem Trocknen teilweise aufgeschnitten wird. Die Zellmodelle können von den Schülerinnen und Schülern in Form einer kleinen Ausstellung präsentiert werden. Dies spart gegenüber Einzelpräsentationen Zeit und ermöglicht Diskussionen in Kleingruppen beim Durchwandern der Ausstellung. Im Anschluss daran bietet sich eine Modellkritik an. Zusatzinformation Vergrößerungen Objektive und Okulare gibt es mit verschiedenen Vergrößerungsfaktoren. Durch Multiplikation der beiden Vergrößerungsfaktoren von Okular und Objektiv ergibt sich die Gesamtvergrößerung der mikroskopischen Abbildung. Objektive und Okulare mit ihrer jeweiligen Vergrößerung: x = Gesamtvergrößerung Objektiv Okular 10-fach x 15-fach = 150-fach 10-fach x 10-fach = 100-fach 20-fach x 10-fach = 200-fach 40-fach x 15-fach = 600-fach 20 NATURA_LB 7/8 BW_ Illustratoren: Jürgen Wirth, Dreieich; Wolfgang Herzig Essen

13 1. 1 Ein Blick in die Welt der Zellen Praktikum: Mikroskopieren von Zellen [SB S. 26/27] So können Sie mit dem Thema arbeiten Einstieg/Motivation Erarbeitung Sicherung Leitfrage Wie sehen pflanzliche und tierische Zellen unter dem Mikroskop aus? Methodenauswahl Anschauungsobjekte: z. B. Moospflänzchen, Wasserpest (s. Schülerbuch S. 26). Die Schülerinnen und Schüler sollen die Vorgehensweise nennen, die beim Herstellen von Präparaten wichtig ist. Sammeln von Vorwissen über die korrekte Herstellung von Präparaten. Die Schülerinnen und Schüler sollen arbeitsteilig zunächst grüne pflanzliche Zellen und nichtgrüne pflanzliche Zellen mikroskopieren (s. Schülerbuch S. 26). Mikroskopie von Mundschleimhaut- oder Leberzellen (s. Praktikum Schülerbuch S. 26/27 sowie Praktische Tipps, Lehrerband S. 22). Anfertigen und Beschriften von biologischen Zeichnungen der Präparate (s. auch Aufgaben 2 bis 6 im Schülerbuch S. 26/27). Vergleich der Beschriftung der mikroskopischen Zeichnungen. Vertiefung Bau eines Zellmodells nach Schülerbuch S. 27 (s. auch Praktische Tipps, Lehrerband S. 10). Bearbeitung der Aufgabe 7 im Schülerbuch S. 27. Bearbeitung des Arbeitsblatts Das Pantoffeltierchen (s. Lehrerband S. 23). Mikroskopie eines Heuaufgusses, Bestimmung der zu beobachtenden Einzeller mithilfe von Bestimmungsbüchern (s. zusätzliche Arbeitsblätter Leben im Wassertropfen, Heuaufguss gesucht wird, Daten auf DVD, Lehrerband S. 22). Lösungen NATURA_LB 7/8 BW_ [zu SB S. 26 /27] 1 Mikroskopiere das Präparat bei stärkster Vergrößerung. Fertige eine große Zeichnung von drei sich berührenden Zellen an und beschrifte sie. Zeichnung individuell vom Objekt abhängig (Wasserspetst vgl. S. 24, Abb. 1) In beiden Fällen sieht man deutlich die umgrenzende Zellwand, Chloroplasten im Zellplasma und den Zellkern. 2 Mikroskopiere das Zwiebelhäutchen. Erstelle eine Übersichtszeichnung des Gewebes und eine detaillierte Zeichnung von drei benachbarten Zellen. Achte dabei auf die Zeichenregeln von Seite 25. siehe Abbildung oben im Schülerbuch Seite Fertige ein Präparat der roten äußeren Epidermis einer Zwiebelschuppe an (Abb. 2c). Der rote Farbstoff ist in den Vakuolen gespeichert. Fertige eine Zeichnung an und vergleiche die Sichtbarkeit von Vakuole, Zellplasma und Zellkern mit dem Präparat aus Aufgabe 2. Bei den roten Epidermiszellen sieht man, dass die rote Vakuole den Zellraum weitgehend ausfüllt. Das durchsichtige Zellplasma ist nur selten bzw. nur als dünne Schicht zwischen Vakuole und Zellwand zu sehen. Der Zellkern ist seltener sichtbar, wenn er vom roten Farbstoff verdeckt wird. 4 Mikroskopiere das Präparat mit und ohne Färbung. Vergleiche. Die Zellen und ihre Strukturen sind im angefärbten Präparat deutlicher zu erkennen: Der Zellkern ist dunkelblau gefärbt, das Plasma hellblau. Das Ergebnis ist ähnlich dem Mikro- foto der mit einem anderen Arbstoff an gefärbten Mundschleimhautzellen im Schülerbuch, Seite 29, Abb. 1. Bei zu hoher Farbstoffkonzentration kann es vorkommen, dass der blaue Farbstoff Zellen überdeckt. Als Abhilfe kann man ggfs. klares Wasser mit Haushaltspapier unter dem Deckglas durchziehen. 5 Zeichne eine Zelle. Beschrifte die Bestandteile. Individuelle Lösung. Beschriftet: Zellkern, Zellplasma, Zellmembran (an der Grenze des angefärbten Plasmas). 6 Vergleiche deine Zeichnung mit dem Bau einer tieren Zelle (Abb. 3, Seite 21). Individuelle Lösung. 7 Das Mikroskop kann immer nur auf eine hauchdünne Ebene scharf gestellt werden. Man spricht auch von einem optischen Schnitt. Der Rest der Zelle bleibt unscharf. Lege mehrere optische Schnitte gedanklich durch das Zellmodell und skizziere das Ergebnis. Schätze die Anzahl solcher einzelnen Schnitte ab, die notwendig sind, um ein zutreffendes Bild von der räumlichen Beschaffenheit des Modells zu bekommen. Meist genügen vier bis fünf Schnitte, um z. B. zu erkennen, dass sich der Zellkern und die Chloroplasten in einer Pflanzenzelle im randständigen Zellplasma befinden. Bei Tierzellen reichen evtl. drei Schnittebenen aus, um die Verteilung und Anordnung der erkennbaren Organellen richtig zu erkennen. 1 Zelle und Stoffwechsel 21

14 Praktische Tipps Weitere Präparate Leberzellen: Als Alternative zu Mundschleimhautzellen können Sie auch Leberzellen mikroskopieren lassen. Sie benötigen dazu eine frische Schweineleber vom Schlachter, allerdings werden nur winzige Stücke benötigt. Zur Herstellung des Präparats wird ein stecknadelkopfgroßes Stück Leber auf einen Objektträger gelegt und mit Deckgläschen vorsichtig gequetscht. Ein Anfärben mit Methylenblau ermöglicht kontrastreichere Bilder, ist aber nicht unbedingt nötig. Die Vorgehensweise zum Anfärben wird am Beispiel der Mundschleimhautzellen im Schülerbuch S. 27 beschrieben. Blut: Auf der Web-Seite des Deutschen Roten Kreuzes (s. Literatur- und Medienhinweise) finden Sie Anregungen und Materialien zu Schülerversuchen rund um das Thema Blut, darunter auch eine Anleitung zur Mikroskopie von Blut. Die Mikroskopie von Eigenblut (bzw. Schülerblut) im Unterricht ist nicht zulässig, da nicht ausgeschlossen werden kann, dass Schülerinnen und Schüler mit dem Blut ihrer Klassenkameraden in Berührung kommen. Es besteht unter anderem die Gefahr einer Übertragung von Hepatitis B, C oder HIV. Informationen zu den Sicherheitsbestimmungen finden Sie beispielsweise in der Richtlinie zur Sicherheit im Unterricht der Kultusministerkonferenz (s. Literatur- und Medienhinweise). Tierisches Blut darf im Unterricht verwendet werden, sofern es von gesunden Tieren stammt. Sie können dies vom Metzger oder Schlachthof beziehen. Ansonsten bietet es sich an, entsprechende Fertigpräparate zu verwenden. Zusatzinformation Mikroskopische Dimensionen Moosblättchenzellen Wasserpest Mundschleimhautzellen Leberzellen Literatur- und Medienhinweise (Stand ) Daten auf DVD & Zusätzliches ARBEITSBLATT Leben im Wassertropfen, Kapitel 1: Zelle und Stoffwechsel, 1. 1 Ein Blick in die Welt der Zellen Zusätzliches ARBEITSBLATT Heuaufguss gesucht wird, Kapitel 1: Zelle und Stoffwechsel, 1. 1 Ein Blick in die Welt der Zellen 22 NATURA_LB 7/8 BW_ Fotos: Klett-Archiv (Aribert Jung), Stuttgart; Okapia (Herve Conge/ ISM), Frankfurt; Corbis (Dr. Robert Calentine/Visuals Unlimited), Berlin; Corbis (Dr. Gladden Willis/Visuals Unlimited), Berlin

15 Das Pantoffeltierchen Neben den vielzelligen Lebewesen wie Menschen, Tieren oder Pflanzen gibt es Lebewesen, die nur aus einer einzigen Zelle bestehen. Ein solches Lebewesen ist das Pantoffeltierchen, das mit einer Länge von 0,1 bis 0,3 mm recht groß für einen Einzeller ist. Pantoffeltierchen leben im Süßwasser, also in Flüssen, Seen, Teichen, Tümpeln und sogar in Wasserpfützen. Mithilfe seiner Wimpern bewegt es sich im Wasser fort. Durch die Anordnung und Bewegung der Wimpern dreht sich das Pantoffeltierchen dabei um seine eigene Achse, sodass es sich regelrecht im Wasser vorwärtsschraubt. Auf bestimmte Stoffe (chemische Reize) und unterschiedliche Temperaturen reagieren diese Einzeller. Stoßen sie auf ein Hindernis, ändern sie die Richtung. Pantoffeltierchen besitzen einen großen und einen kleinen Zellkern. Die Vakuolen befördern durch pulsierende Bewegungen überschüssiges Wasser aus dem Zellinneren nach außen. Als Nahrung dienen vorwiegend Bakterien, die mithilfe von Wimpern am Zellmund in die Einzeller eingestrudelt werden. Die Nahrung wird in kleine Bläschen eingeschlossen. Diese Nahrungsbläschen wandern durch das Zellplasma, dabei wird die Nahrung verdaut. Die Nährstoffe werden dann aus den Bläschen in das Zellplasma abgegeben. Nahrungsreste werden über den Zellafter ausgeschieden. Pantoffeltierchen vermehren sich durch Querteilung, sodass der Zellmund auf die Tochterzellen verteilt wird. 1 Mikroskopisches Bild eines Pantoffeltierchens 2 Schema eines Pantoffeltierchens mit Weg eines Verdauungspartikels $ 1 Beschrifte das Pantoffeltierchen mithilfe der folgenden Begriffe: großer und kleiner Zellkern; Nahrungsbläschen; pulsierende Vakuole; Zellmund; Wimpern; Zellmembran; Zellplasma; Bereich des Zellafters.. 2 Vergleiche stichwortartig den Aufbau des Pantoffeltierchens mit der Grundstruktur einer tierischen Zelle und einer pflanzlichen Zelle. Nenne Gemeinsamkeiten und Unterschiede. $ 3 Obwohl es nur aus einer Zelle besteht, ist das Pantoffeltierchen ein komplettes Lebewesen. Beschreibe in deinem Heft am Beispiel des Pantoffeltierchens die Kennzeichen der Lebewesen. Ernst Klett Verlag GmbH, Stuttgart Alle Rechte vorbehalten.von dieser Druckvorlage ist die Vervielfältigung für den eigenen Unterrichtsgebrauch gestattet. Die Kopiergebühren sind abgegolten. Illustrator: Otto Nehren, Achern Foto: Okapia (Roland Birke), Frankfurt 23

16 1. 1 Ein Blick in die Welt der Zellen ARBEITSBLATT Das Pantoffeltierchen Lösungen 1 Von oben nach unten Wimpern, Zellmembran, Zellplasma, Nahrungsbläschen, großer Zellkern, kleiner Zellkern, Zellmund, pulsierende Vakuole, Bereich des Zellafters. 2 Gemeinsamkeiten: Zellkern, Zellplasma, Zellmembran, bei Pflanzenzelle: Vakuole Unterschiede: ein kleiner und ein großer Zellkern; Vakuole pulsiert im Gegensatz zur Vakuole der Pflanzenzelle, Wimpern, Zellmund- und Zellafter, keine Chloroplasten und keine Zellwand wie bei einer Pflanzenzelle. 3 Pantoffeltierchen bewegen sich selbstständig mithilfe ihrer Wimpern fort (Kennzeichen: Bewegung). Sie nehmen Nahrung über den Zellmund auf und scheiden Abfallstoffe durch den Zellafter aus. Die Nahrung wird für den Baustoffwechsel und zur Energiegewinnung benötigt (Kennzeichen: Stoffwechsel). Pantoffeltierchen vermehren sich durch Zellteilung (Kennzeichen: Fortpflanzung / Vermehrung) und wachsen anschließend wieder zu ihrer Ausgangsgröße heran (Kennzeichen: Wachstum). Sie reagieren auf äußere Reize, wie z. B. Berührungsreize (Kennzeichen: Reizbarkeit). Pantoffeltierchen bestehen aus einer Zelle (Kennzeichen: Lebewesen sind aus Zellen aufgebaut). Praktische Tipps Zusatzaufgabe Weitere Beispiele zum Thema Einzeller Als weiteres Beispiel zum Thema Einzeller eignet sich Euglena, das grüne Augentierchen (Abbildung s. Lehrerband S. 11). Euglena weist einige Ähnlichkeiten mit Pflanzenzellen auf: Der Einzeller besitzt, wenn er unter Lichteinfluss lebt, Chloroplasten, wodurch er Fotosynthese betreiben kann. Ein Fotorezeptor ermöglicht ihm die Wahrnehmung von Licht, sodass Euglena durch eine Bewegung zur Lichtquelle hin die Fotosyntheserate steigern kann. Der Einzeller besitzt zwar keine echte Zellwand, allerdings befinden sich unter seiner Zellmembran Proteinplatten, die eine sogenannte Pellicula bilden. Euglena findet sich wie das Pantoffeltierchen in Tümpeln, Teichen und Pfützen. Alternativ kann auch ein Heuaufguss angesetzt werden. Informationen hierzu finden Sie beispielsweise auf dem zusätzlichen Arbeitsblatt Leben im Wassertropfen, s. Daten auf DVD, Lehrerband S. 22 und unter: KULTUS.Dachmandant/KULTUS/Seminare/seminar-reutlingen-rs/pdf/nwa-tag-2008-leben-imheuaufguss.pdf (Stand ) Vergleiche das Pantoffeltierchen als Einzeller mit dem Vielzeller Mensch im Hinblick auf die Kennzeichen der Lebewesen. Lege dazu eine Tabelle an. Kennzeichen der Lebewesen Fortpflanzung / Vermehrung Pantoffeltierchen (Einzeller) durch Zellteilung (ungeschlechtlich) Mensch (Vielzeller) geschlechtliche Fortpflanzung Bewegung mithilfe von Wimpern aufrechter Gang auf zwei Beinen, Bewegung durch Zusammenspiel von Skelett und Muskulatur Reizbarkeit Stoffwechsel Wachstum / Entwicklung reagiert auf Berührung, bestimmte Stoffe und Temperatur Nahrungsaufnahme über den Zellmund, Verdauung in Nahrungsbläschen, Ausscheidung über Zellafter wächst nach der Teilung auf die Ausgangsgröße heran Aufnahme von Reizen mithilfe der Sinne (Sehsinn, Hörsinn, Geruchssinn, Geschmackssinn, Tastsinn), Verarbeitung der Reize über das Nervensystem Nahrungsaufnahme über Mund und Verdauungssystem, Ausscheidung über den After entwickelt sich und wächst von der befruchteten Eizelle zum Erwachsenen heran 24 NATURA_LB 7/8 BW_049243

17 1. 1 Ein Blick in die Welt der Zellen Wachstum und die Bedeutung des Zellkern [SB S. 28/29] So können Sie mit dem Thema arbeiten Einstieg/Motivation Erarbeitung Leitfrage Was geschieht (auf Zellebene), wenn Lebewesen wachsen? Methodenauswahl Fotosequenz Befruchtete Eizelle Baby Kleinkind Schulkind Erwachsener (s. auch Zusatzinformation, Lehrerband S. 26). Die Schülerinnen und Schüler sollen erkennen, dass es bei der Bildsequenz um Wachstum geht. Der Begriff Wachstum muss hier erklärt werden. Die befruchtete Eizelle weist auf die Zellebene hin und damit auf die Notwendigkeit von Zellteilungen. Anschließend bietet sich das Sammeln von Vorwissen und Ideen an, wie die Teilung von Zellen erfolgt. (Mögliche Schülerantworten: Die Zellen müssen wachsen, sonst sind sie nach der Teilung viel zu klein. Die Zellen schnüren sich in der Mitte durch.) Siehe hierzu auch Praktische Tipps, Lehrerband S. 26. Die Schülerinnen und Schüler beschreiben die Abb. 2 im Schülerbuch S. 29 und nennen die Anzahl an entstandenen Zellen nach beispielsweise 2, 3, 4 und 5 Teilungsvorgängen. Die Schülerinnen und Schüler lernen Beispiele für Wachstum bei Pflanzen und Tieren mithilfe des Schülerbuchs S. 28 kennen und beschreiben, dass das Wachstum von Vielzellern auf Zellteilung und Zellwachstum beruht. Die Schülerinnen und Schüler bearbeiten Aufgaben 1 und 2 im Schülerbuch S. 29. Die Schülerinnen und Schüler beschreiben die Abb. 3 im Schülerbuch S. 29 und nennen die Erkenntnis des Zellkern-Experiments. Sie lesen den Text zur Bedeutung des Zellkerns auf S. 28 im Schülberbuch und fassen die Aufgaben des Zellkerns zusammen. Sicherung Besprechung der Schülerlösungen zu den Aufgaben 1 und 2 im Schülerbuch S. 29. Vertiefung Recherche zur Erneuerung von Gewebe: Welche Gewebe erneuern sich? Eventuell Kurzvorträge zu verschiedenen Gewebetypen (s. auch Zusatzinformation Narbenbildung Lehrerband S. 26). Arbeitsblatt Wachstum einer Bakterienkultur, Lehrerband S. 27. Lösungen [zu SB S. 28 /29] 0 1 Vergleiche das Wachstum von Pflanzen und $ 2 Vor jeder Zellteilung wird der Zellkern geteilt. Tieren mithilfe von Abb. 2. Begründe, warum dieser Schritt notwendig Pflanzen und Tiere wachsen, indem sich ihre ist. Zellen durch Zellteilung vermehren und dann Nur mit einem Zellkern kann eine Zelle neue größer werden. Die Größe eines Organismus Zellbestandteile bilden und wachsen. Der Zellkern wird auch für Zellteilung und Vererbung nimmt dann zu, wenn seine Zellen an Größe zunehmen. Da die Größe, die Zellen erreichen benötigt. Daher muss der Zellkern geteilt können, begrenzt ist, ist eine Vermehrung von bzw. verdoppelt werden, bevor eien Zelle sich Zellen durch Teilung unverzichtbar, um die teilt. Nur so bekommt jede Tochterzelle einen Größenzunahme des ganzen Lebewesens zu Zellkern. erklären. NATURA_LB 7/8 BW_ Zelle und Stoffwechsel 25