Die roten Fäden durch die Biologie CJT-Grundwissen: 5.-10. Klasse Steuerung und Regelung Struktur und Funktion Variabilität und Angepasstheit Stoff- und Energieumwandlung Steuerung und Regelung Energie ebene Energie Struktur und Funktion Variabilität und Angepasstheit Stoff- und Energieumwandlung Oberfläche Oberfläche...... Struktur und Funktion Steuerung und Regelung Variabilität und Angepasstheit Organisations- Fortpflanzung Fortpflanzung Stoff- und Energieumwandlung Stoffwechsel Stoffwechsel
5. Jgst. 1 5. Jgst. 1 Alle Stoffe bestehen aus kleinsten Teilchen, die sich in Größe und Masse unterscheiden. Sie sind selbst unter dem Mikroskop noch nicht sichtbar. Zwischen den Teilchen ist nichts. Teilchenmodell Die kleinsten Teilchen sind ständig in Bewegung. Durch Erwärmen eines Stoffes werden sie schneller, durch Abkühlen langsamer. 5. Jgst. 2 5. Jgst. 2 Reinstoffe Stoffgemische Reinstoffe erkennt man an ihren Eigenschaften (z.b. Siedetemperatur, Härte). 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). 5. Jgst. 3 5. Jgst. 3 Luft ist ein Gasgemisch und besteht aus Stickstoff (ca. 78 %) Luft ist ein Gasgemisch Gasnachweise Sauerstoff (ca. 21 %) Edelgase (ca. 1 %) Kohlenstoffdioxid (ca. 0,04 %) Gasnachweise Glimmspanprobe: Glimmender Holzspan + Sauerstoff Glimmspan entzündet sich Kalkwasserprobe: klares Kalkwasser + Kohlenstoffdioxid milchige Trübung 5. Jgst. 4 5. Jgst. 4 Naturwissenschaftliches Arbeiten
5./8. Jgst. 5 5./8. Jgst. 5 (Geschichte des Lebens) stheorie nach Darwin Mutation verschiedene Nachkommen (durch Mutationen und geschlechtl. Fortpflanzung) Überproduktion an Nachkommen Änderung der Umweltbedingungen Abänderung der Art bzw. Entstehung neuer Arten Fortpflanzung natürliche Selektion: wegen der Konkurrenz überleben nur die an die jeweiligen Umweltbedingungen am besten Angepassten einer Art Mutation Zufällige Veränderung der Erbinformation (z.b. durch Röntgen- oder UV-Strahlung), die bei einem Lebewesen zu veränderten Eigenschaften führen kann. 5. Jgst. 6 5. Jgst. 6 Art systematische Begriffe Alle Lebewesen, die sich miteinander fortpflanzen und dabei fruchtbare Nachkommen hervorbringen, gehören zu einer Art. Der Verwandtschaftsgrad nimmt mit abgestufter Ähnlichkeit zu: S tamm K lasse O rdnung F amilie G attung A rt Beispiel Wirbeltiere Säugetiere Raubtiere Katzen Großkatzen Löwe 5. Jgst. 7 5. Jgst. 7 Aufbau aus Zellen Bewegung Kennzeichen des Lebens Stoffwechsel Wachstum Fortpflanzung (Aufnahme, Verarbeitung, Weitergabe) 5./8. Jgst. 8 5./8. Jgst. 8 Zelle: kleinste lebensfähige Einheit der Lebewesen Vakuole pflanzliche Zelle Zellmembran tierische Zelle Zellwand Zellkern Zelle Chloroplasten Cytoplasma Bakterium Zellwand Zellmembran ringförmige DNA
5./10. Jgst. Jgst. 13 17 9 5./10. Jgst. Jgst. 13 17 9 Makroskopische Ebene Mikroskopische Ebene CO 2 Submikroskopische Ebene Biosphäre Ökosystem Population Organismus Organ Gewebe Zelle Gesamtheit der Ökosysteme unserer Erde Biotop (Lebensraum) + Biozönose (Lebensgemeinschaft) Lebewesen einer Art, die im gleichen Gebiet leben und eine Fortpflanzungsgemeinschaft bilden besteht aus verschiedenen Organen (z. B. Muskeln, Herz) Funktionseinheit aus verschiedenen Geweben (z.b. Muskel aus Muskelgewebe, Nervengewebe) bestehen aus vielen gleichen Zelltypen (z.b. Muskelgewebe aus vielen Muskelzellen) ist die kleinste, lebensfähige Einheit der Lebewesen (z.b: Muskelzelle) Zellorganellen sind membranumschlossene Untereinheiten einer Zelle, die bestimmte Aufgaben erfüllen (z.b. Zellkern) Teilchen z.b. DNA-Molekül 5./9. Jgst. 14 18 10 5./9. Jgst. 14 18 10 Nervensystem Vom Reiz zur Reaktion 5. Jgst. 15 19 11 Struktur und und Funktion 5. Jgst. 15 19 11 Skelett des Menschen Das Skelett ist ein Kompromiss aus 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./9. Jgst. 16 20 12 Struktur und und Funktion 5./9. Jgst. 16 20 12 Muskeln ( 9 Organ) Gegenspieler-Prinzip Muskeln bewegen die Knochen. können sich nur zusammenziehen, aber nicht aktiv dehnen (Gegenspielerprinzip von Beuger und Strecker). Weiteres Beispiel für das Gegenspielerprinzip: vegetatives (=autonomes) Nervensystem: Sympathicus - Parasympathicus
5. Jgst. 13 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 5./10. Jgst. 14 5./10. Jgst. 14 Verdauung Verdauung Enzyme Zerlegung der Nährstoffteilchen in kleinere Bestandteile, um die Aufnahme ins Blut zu ermöglichen Enzyme sind Proteinmoleküle die den Auf-, Um- und Abbau aller von der Zelle benötigten Moleküle bei Körpertemperatur beschleunigen bzw. erst ermöglichen. Chemisch betrachtet funktionieren Enzyme als substratund wirkspezifische Bio-Katalysatoren. 5./8. Jgst. 15 5./8. Jgst. 15 energiereiche Stoffe Traubenzucker Stoffwechsel Lichtenergie Abbau mit Sauerstoff (aerob) Abbau ohne Sauerstoff (anaerob) Aufnahme von Stoffen (z.b. Nährstoffe) Umwandlung von Stoffen zum Aufbau und für die Energieversorgung des Körpers Fotosynthese Zellatmung Wärme, ATP Gärung Alkohol oder Milchsäure Abgabe von Abfallstoffen (Ausscheidung) weitere Abbauprozesse energiearme Stoffe Wasser, Kohlenstoffdioxid 5. Jgst. 16 5. Jgst. 16 Es gibt verschiedene Formen von Energie, die sich ineinander umwandeln lassen. Beispiele: Energie Energie in Nährstoffen Bewegungsenergie, Wärme Lageenergie des Wassers elektrische Energie
5. Jgst. 17 5. Jgst. 17 Viele Vorgänge in Natur und Technik werden durch Vergrößerung der Oberfläche verbessert. Oberflächenvergrößerung Beispiele: Darmzotten: Aufnahme der Nährstoffteilchen ins Blut Lungenbläschen: Gasaustausch 5./8. Jgst. 18 5./8. Jgst. 18 doppelter geschlossener Blutkreislauf doppelter geschlossener Blutkreislauf Lungenbläschen Herz Lungenkreislauf Kapillaren (Haargefäße): feinste Blutgefäße zwischen Arterien und Venen für den Stoffaustausch Venen: Blutgefäße, die das Blut zum Herzen hintransportieren offener Blutkreislauf Körperzelle Körperkreislauf Arterien (Schlagadern): Blutgefäße, die das Blut vom Herzen wegtransportieren offener Blutkreislauf Das Blut fließt nicht wie beim geschlossenen Blutkreislauf in Gefäßen (Adern) zu den Organen, sondern umspült diese frei. 5./6. Jgst. 19 5./6. Jgst. 19 Keimzellen Begattung / Bestäubung Befruchtung Geschlechtszellen (=Keimzellen): Eizelle: unbewegliche, weibliche Geschlechtszelle Spermium: bewegliche, männliche Geschlechtszelle Pollen: enthält männliche Geschlechtszellen Begattung / Bestäubung Übertragung der Spermien in den weiblichen Körper bzw. der Pollen auf die Narbe der Blüte der gleichen Art Befruchtung Verschmelzung des Zellkerne der männlichen Geschlechtszelle und der weiblichen Geschlechtszelle (Eizelle) 5./6. Jgst. 20 5./6. Jgst. 20 Kennzeichen der 5 Wirbeltierklassen ( 9 Organismus) Kennzeichen der Wirbeltiere: Wirbelsäule knöchernes Skelett
5./6. Jgst. 21 5./6. Jgst. 21 Embryo Larve Metamorphose Embryo Organismus, der sich aus der befruchteten Eizelle entwickelt Larve Jugendform mit besonderen Organen (z.b. Kiemen), die dem erwachsenen Tier fehlen Metamorphose Verwandlung der Larve zum erwachsenen Tier, wobei eine Gestaltänderung durch Rückbildung, Umwandlung und Neubildung von Organen erfolgt 6. Jgst. 22 6. Jgst. 22 Pflanzenkörper ( 9 Organismus) Spross Blüte Fortpflanzung Blätter Ernährung (Fotosynthese) Stängel / Stamm Transport Wurzel Aufnahme von Wasser und Mineralsalzen Speicherung von Nährstoffen Verankerung im Boden 6. Jgst. 23 6. Jgst. 23 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. 6. Jgst. 24 6. Jgst. 24 Ungeschlechtliche Fortpflanzung Geschlechtliche Fortpflanzung Ungeschlechtliche Fortpflanzung ( Klone ) Ein Lebewesen erzeugt Nachkommen, die untereinander identisch sind (z.b. Kartoffelknolle). Geschlechtliche Fortpflanzung ( 5 ) Zwei Lebewesen erzeugen Nachkommen, die untereinander etwas verschieden sind.
6. Jgst. 25 6. Jgst. 25 Fotosynthese Zellatmung Fotosynthese (in Chloroplasten) Lichtenergie Wasser + Kohlenstoffdioxid Zellatmung (in Mitochondrien) Traubenzucker + Sauerstoff Sauerstoff + Traubenzucker Kohlenstoffdioxid + Wasser Wärme, Bewegung 8. Jgst. 26 8. Jgst. 26 5 Reiche der Lebewesen 8. Jgst. 27 8. Jgst. 27 Kennzeichen der Gliederfüßer ( 9 Organismus) 8. Jgst. 28 8. Jgst. 28 Unvollkommene Verwandlung Vollkommene Verwandlung Unvollkommene Verwandlung (z.b. Heuschrecken) Vorteil: alle Stadien können vor Feinden flüchten Vollkommene Verwandlung (z.b. Schmetterlinge, Käfer) Vorteil: keine Nahrungskonkurrenz zwischen Larve und Imago Imago Imago Ei mehrere Häutungen Ei Larve Larve Puppe
9. Jgst. 29 9. Jgst. 29 Hormonsystem 9. Jgst. 30 9. Jgst. 30 Genetische Genetische Der sträger 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 für den Bau eines Proteins. Ein Protein kann z. B. als Enzym die Bildung eines Merkmals (z.b. roter Blütenfarbstoff) bewirken. 9. Jgst. 31 9. Jgst. 31 Körperzelle Mitose Mitose in Körperzellen Bedeutung Ungeschlechtliche Fortpflanzung und Wachstum Ergebnis Zwei identische / erbgleiche (Tochter)zellen mit doppeltem Chromosomensatz (2n) 2n Verdopplung der Einchromatid-Chromosomen 2n Trennung der Zweichromatid-Chromosomen in Einchromatid-Chromosomen 2n 9. Jgst. 32 9. Jgst. 32 Meiose in Urgeschlechtszellen Meiose Bedeutung geschlechtliche Fortpflanzung Halbierung des Chromosomensatzes zur Erhaltung der arttypischen Chromosomenzahl Schaffung genetischer Vielfalt Ergebnis Vier erbungleiche Zellen (Spermien bzw. Eizelle und Polkörperchen) mit einfachem Chromosomensatz (1n)
9. Jgst. 33 9 Jgst. 33 Immunsystem Resistenz Resistenz Unempfindlichkeit von Bakterien gegen bestimmte Stoffe (oft Antibiotika) 9./10. Jgst. 34 9./10. Jgst. 34 Beispiele: Schlüssel-Schloss-Prinzip Hormonsystem: Hormon / Rezeptor an der Zielzelle Synapse: Transmitter / Rezeptor an der Zielzelle Immunabwehr: Antigen-Antikörper-Reaktion ( Immunsystem) Verdauung: Enzym-Substrat-Komplex 10. Jgst. 35 10. Jgst. 35 Verdauung Zerlegung der Nährstoffteilchen in kleinere Bestandteile, um die Aufnahme ins Blut zu ermöglichen 10 Jgst. 36 10. Jgst. 36 Umweltfaktor ökologische Potenz (=Toleranzbereich) Konkurrenzausschlussprinzip abiotischer Faktor: z.b. Licht, Temperatur, Wasser, Boden biotischer Faktor: z.b. Artgenossen, Nahrungsangebot, Feinde, Parasiten, Krankheitserreger, artfremde Nahrungskonkurrenten ökologische Potenz Fähigkeit eines Organismus, Schwankungen eines Umweltfaktors bei natürlicher Konkurrenz zu ertragen Konkurrenzausschlussprinzip ( 5 stheorie nach Darwin) Arten, die um dieselben Ressourcen konkurrieren, können auf Dauer nicht im gleichen Lebensraum existieren ökologische Nische
10. Jgst. 37 10 Jgst. 37 Ökologie 10 Jgst. 38 10. Jgst. 38 je mehr, desto mehr je weniger, desto weniger + Räuber-Beute-Beziehungen Population Beute Population Fressfeind - je mehr, desto weniger je weniger, desto mehr 10. Jgst. 39 10. Jgst. 39 Symbiose Parasitismus Symbiose Beziehung zwischen artverschiedenen Lebewesen zum gegenigen Nutzen z.b. Biene Blume Parasitismus Beziehung zwischen artverschiedenen Lebewesen zum Nutzen der einen Art und zum Nachteil der anderen z.b. Zecke Mensch 10. Jgst. 40 10. Jgst. 40 Bioindikatoren (= Zeigerorganismen) Lebewesen, die bestimmte Umweltbedingungen anzeigen z.b.: Flechten zur Bestimmung der Luftverunreinigung Wasserlebewesen zur Bestimmung der Gewässergüte