Grundwissen Natur und Technik 5 Die roten Fäden durch die Biologie: Basiskonzepte 1
Kennzeichen des Lebens: Bewegung Stoffwechsel Aufbau aus Zellen Wachstum Fortpflanzung Information (Aufnahme, Verarbeitung, Weitergabe) Evolution (Veränderung) Evolution Evolution (Geschichte des Lebens) Entwicklung von den ersten einzelligen Lebewesen vor knapp 4 Milliarden Jahren bis zur Vielfalt der heute lebenden Arten. Art: Alle Lebewesen, die sich miteinander fortpflanzen und dabei fruchtbare Nachkommen hervorbringen, gehören zu einer Art. Systematische Begriffe Verwandtschaft anhand abgestufter Ähnlichkeit: Art Gattung Familie Ordnung Klasse Stamm Nervensystem Information Gehirn + Rückenmark + Nervenfasern Vom Reiz zur Reaktion Fang! Schallwellen Reiz Sinneszelle Nerv Reaktion Umwandlung in elektrische Signale im Sinnesorgan Ohr Muskel elektrische Weiterleitung elektrische Weiterleitung Nerv Gehirn Verarbeitung 2
Energie Die verschiedenen Energieformen lassen sich ineinander umwandeln: Energie kann nicht hergestellt oder vernichtet werden, sondern nur ineinander umgewandelt werden (Energieerhaltung) Teilchenmodell Stoffe und Teilchen Alle Stoffe bestehen aus kleinen Teilchen, die sich in Größe und Masse unterscheiden. Teilchen ist ein Sammelbegriff für Atome, Moleküle und Ionen. Zwischen den Teilchen ist nichts. Aggregatzustände: fest flüssig gasförmig Beispiel Wasser : Eis flüssiges Wasser Wasserdampf Energie Jeder Körper besitzt eine Masse (Einheit: [g], [kg]) ein Volumen (Einheit: [cm 3 ], [l]) 3
Reinstoffe erkennt man an ihren Eigenschaften (z.b. Siedetemperatur, Löslichkeit,...). Sie bestehen aus untereinander gleichen Teilchen. 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: Filtration, Salzgewinnung durch Abdampfen). Luft ist ein Gasgemisch Sie besteht aus Stickstoff, Sauerstoff, Kohlenstoffdioxid und Edelgasen Stoffwechsel Stoffaufnahme Stoffumwandlung (Baustoffe, Energiebereitstellung) Stoffausscheidung Nahrungsbestandteile Stoffwechsel Nahrung Nährstoffe weitere Nahrungsbestandteile Zucker (Kohlenhydrate) Fette Eiweiß (Protein) Ballaststoffe Vitamine Mineralsalze Wasser Stärke Aminosäuren Traubenzucker Verdauung Zerlegung der Nahrung in kleinere Bestandteile, um die Aufnahme ins Blut zu ermöglichen. Dies wird durch Enzyme (Werkzeuge) ermöglicht. Zellatmung Traubenzucker + Sauerstoff Kohlenstoffdioxid + Wasser Energie 4
Nährstoffnachweise (Stoffe zeigen typische Reaktionen) Stärke: Eiweiß: Fett: Iod (braun) + Stärke Blaufärbung gerinnt bei Hitze und Säurezugabe Fettfleckprobe Gasnachweise Sauerstoff: Kohlenstoffdioxid: Glimmspanprobe Trübung von Kalkwasser Fortpflanzung Geschlechtszellen (=Keimzellen): Eizelle: große unbewegliche, weibliche Geschlechtszelle Spermium: kleine bewegliche, männliche Geschlechtszelle Begattung: Übertragung der Spermien in den weiblichen Körper Befruchtung: Verschmelzung des männlichen Kerns mit dem weiblichen Kern Embryo: Der sich aus der befruchteten Eizelle entwickelnde Organismus Angepasstheit Viele Vorgänge in Natur und Technik werden durch die Vergrößerung der Oberfläche verbessert. Beispiele: - Darmzotten: Aufnahme der Nährstoffteilchen - Lungenbläschen: Gasaustausch Struktur und Funktion Zelle: kleinste, lebensfähige Einheit der Lebewesen 5
Vakuole Zellwand pflanzliche Zelle Zellmembran Zellkern tierische Zelle Chloroplasten Zellplasma Menschenkunde Skelett ein Kompromiss aus Stützfunktion, Schutz wichtiger Organe und Beweglichkeit: Schädel 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: Verbindungsstellen zwischen Knochen Muskeln: - können sich nur zusammenziehen, aber nicht aktiv dehnen - Gegenspielerprinzip von Beuger und Strecker Doppelter Blutkreislauf: Lungenbläschen Lungenkreislauf Herz 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 6
Blut: rote Blutkörperchen Sauerstofftransport weiße Blutkörperchen Infektionsabwehr Blutplättchen Wundverschluss Blutflüssigkeit Transport von Wärme und Stoffen Vielfalt Wirbeltiere: Wirbelsäule Kennzeichen der Säugetiere Haarkleid gleichwarm lebend gebärend (der Embryo entwickelt sich geschützt in der Gebärmutter) Weibchen mit Milchdrüsen zum Säugen der Jungen Sonstiges Grundwissen: Naturwissenschaftliches Arbeiten: Naturbeobachtung Problem / Frage Vermutung / Hypothese neue Vermutung? Versuch Durchführung:... Beobachtung:... Erklärung:... Bestätigung Vermutung war falsch Vermutung war richtig 7