Die roten Fäden durch die Biologie

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1 Die roten Fäden durch die Biologie Grundwissen des PPG-Hersbruck: Klasse Version Information Evolution Information Evolution Information Information Information Evolution Evolution Evolution Oberfläche Oberfläche

2 Teilchenmodell 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. Die drei Aggregatzustände: fest flüssig gasförmig (Beispiel Wasser : Eis flüssiges Wasser Wasserdampf ) Stoffebene Wärme Teilchenebene Jeder Körper besitzt eine Masse (Einheit: [g], [kg]) ein Volumen (Einheit: [cm 3 ], [l]) Reinstoffe erkennt man an ihren Eigenschaften (z.b. Siedetemperatur, Löslichkeit,...). bestehen aus untereinander gleichen Teilchen. Stoffgemische bestehen aus unterschiedlichen Reinstoffen (Beispiel: Zuckerwasser ist ein Gemisch aus dem Reinstoff Zucker und dem Reinstoff Wasser) und damit aus verschiedenen Teilchen. lassen sich aufgrund der unterschiedlichen Eigenschaften der Reinstoffe wieder voneinander trennen (Beispiel: Filtration, Salzgewinnung durch Abdampfen). Luft ist ein Gasgemisch und besteht aus Stickstoff, Sauerstoff, Kohlenstoffdioxid und Edelgasen Gasnachweise Glimmspanprobe: Glimmender Holzspan + Sauerstoff Holzspan entzündet sich Kalkwasserprobe: klares Kalkwasser + Kohlenstoffdioxid milchige Trübung GW Bio 5-8 PPG-Hersbruck 2

3 Evolution (Geschichte des Lebens) Entwicklung von den ersten einzelligen Lebewesen vor knapp 4 Milliarden Jahren bis zur Vielfalt der heute lebenden Arten. Evolutionstheorie nach Darwin Evolution verschiedene Nachkommen (durch Mutationen und geschlechtl. ) Überproduktion an Nachkommen natürliche Selektion: wegen der Konkurrenz überleben nur die an die jeweiligen Umweltbedingungen am besten Angepassten einer Art Mutation Art Zufällige Veränderung der Erbinformation (z.b. durch Röntgen- oder UV- Strahlung), die bei einem Lebewesen zu veränderten Eigenschaften führen kann. Alle Lebewesen, die sich miteinander fortpflanzen und dabei fruchtbare Nachkommen hervorbringen, gehören zu einer Art. Systematische Begriffe Verwandtschaftsgrad nimmt mit abgestufter Ähnlichkeit zu: Klasse Ordnung Familie Art Beispiel: Säugetiere Raubtiere Katzen Löwe Homologe Organe sind bauplangleiche, teilw. funktionsverschiedene Organe. Verwandtschaft! Beispiel: Vogelflügel und Menschenarm Analoge Organe sind bauplanverschiedene, aber funktionsgleiche Organe. keine Verwandtschaft! Ursache: Angepasstheit an gleiche Umweltbedingungen Beispiel: Vogelflügel und Insektenflügel Prokaryoten und Eukaryoten Änderung der Umweltbedingungen Abänderung der Art bzw. Entstehung neuer Arten Tierzelle (nur Mitochondrien) Pflanzenzelle (Chloroplasten und Mitochondrien) Pilzzelle (nur Mitochondrien) eukaryotische Einzeller (Mitochondrien, teilw. zusätzlich Chloroplasten) z.b. Euglena prokaryotische Einzeller (Bakterien) (weder Mitochondrien noch Chloroplasten) Eukaryoten mit Zellkern Prokaryoten ohne Zellkern GW Bio 5-8 PPG-Hersbruck 3

4 Information Information ist immer an einen Informationsträger (z.b. elektrisches Signal, Hormon, DNA) gebunden. Nervensystem Gehirn + Rückenmark + Nervenfasern Vom Reiz zur Reaktion Fang! Schallwellen als Reiz Reaktion Umwandlung in elektrische Signale Sinneszelle im Sinnesorgan Ohr Muskel elektrische Weiterleitung Sinnesnerv elektrische Weiterleitung Bewegungsnerv Verarbeitung im Gehirn Genetische Information Der Informationsträger ist die DNA. Sie enthält die Anweisung für den Bau eines Lebewesens und für die Steuerung seiner Lebensvorgänge. Resistenz Unempfindlichkeit von Bakterien gegen bestimmte Stoffe (oft Antibiotika) Es gibt verschiedene Formen von, die sich ineinander umwandeln lassen. z.b.: in Nährstoffen Bewegungsenergie, Wärme Lageenergie des Wassers elektrische Oberflächenvergrößerung Viele Vorgänge in Natur und Technik werden durch Vergrößerung der Oberfläche verbessert. Beispiele: - Darmzotten: Aufnahme der Nährstoffteilchen ins Blut - Lungenbläschen: Gasaustausch Gegenspieler-Prinzip: Beispiel: - Muskel: Beuger-Strecker Struktur und Funktion GW Bio 5-8 PPG-Hersbruck 4

5 Nahrungsbestandteile Nahrung Nährstoffe weitere 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 Enzyme Proteinmoleküle, die den Auf-, Um- und Abbau aller von der Zelle benötigten Moleküle durchführen. Chemisch betrachtet funktionieren Enzyme als substrat- und wirkspezifische Bio-Katalysatoren. Verdauung Zerlegung der Nährstoffteilchen in kleinere Bestandteile, um die Aufnahme ins Blut zu ermöglichen. Aufnahme von Stoffen z.b. von Nährstoffen Umwandlung von Stoffen zum Aufbau und für die versorgung des Körpers und Ausscheidung von Abfallstoffen energiereiche Stoffe Traubenzucker Lichtenergie Abbau mit Sauerstoff (aerob) Abbau ohne Sauerstoff (anaerob) Fotosynthese Zellatmung Wärme, ATP Gärung Alkohol oder Milchsäure weitere Abbauprozesse energiearme Stoffe Wasser, Kohlenstoffdioxid Lichtenergie Fotosynthese ( Chloroplasten) Wasser + Kohlenstoffdioxid Sauerstoff + Traubenzucker Zellatmung ( Mitochondrien) Traubenzucker + Sauerstoff Kohlenstoffdioxid + Wasser Wärme, Bewegungsenergie GW Bio 5-8 PPG-Hersbruck 5

6 Ungeschlechtliche ( Klone ) Ein Lebewesen erzeugt Nachkommen, die untereinander identisch sind (z.b. Kartoffelknolle). Geschlechtliche ( Evolution) Zwei Lebewesen erzeugen Nachkommen, die untereinander etwas verschieden sind. Geschlechtszellen (= Keimzellen): Eizelle: unbewegliche, weibl. Geschlechtszelle Spermium: bewegliche, männl. Geschlechtszelle Pollen: unbewegliche, männl. Geschlechtszelle Begattung Übertragung der Spermien in den weiblichen Körper Befruchtung Verschmelzung des Kerns des Spermiums / des Pollens mit dem Kern der Eizelle Embryo Organismus, der sich aus der befruchteten Eizelle entwickelt Larve 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. Unvollkommene Verwandlung (z.b. Heuschrecken) Die Insektenlarve entwickelt sich durch mehrere Wachstumshäutungen allmählich zu einem geschlechtsreifen Tier (Imago). Vorteil: alle Stadien können vor Feinden flüchten Vollkommene Verwandlung (z.b. Schmetterlinge, Käfer, Fliegen) 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 Blüte Blüte Staubgefäß Kelchblatt Blütenblatt Staubbeutel mit Pollen Staubfaden Fruchtknoten Stempel Griffel Narbe Samenanlage mit Eizelle Blütenboden Bestäubung Übertragung von Pollen auf die Narbe Samen Embryo im Ruhezustand, der von Vorratsstoffen umgeben ist ( Keimung junge Pflanze) Frucht Die Frucht entsteht nach der Befruchtung meistens aus dem Fruchtknoten und enthält die Samen bis zur Reife. GW Bio 5-8 PPG-Hersbruck 6

7 Organisationsebene Makroskopische Ebene Mikroskopische Ebene CO 2 Submikroskopische Ebene Organismus besteht aus verschiedenen Organen (z. B. Muskeln, Herz, Auge,..) Organe bestehen aus verschiedenen Geweben (z.b. Muskel aus Muskelgewebe, Nervengewebe,..) Gewebe bestehen aus vielen gleichen Zelltypen (z.b. Muskelgewebe aus vielen Muskelzellen) Zellen sind die kleinsten, lebensfähigen Einheiten der Lebewesen z.b: Muskelzellen, ) Zellorganellen sind membranumschlossene Untereinheiten einer Zelle, die bestimmte Aufgaben erfüllen. Zellkern (enthält die Erbinfo in Form von DNA) Chloroplasten (Ort der Fotosynthese) Mitochondrien (Ort der Zellatmung) Teilchen z.b. DNA-Molekül Kennzeichen des Lebens Bewegung Aufbau aus Zellen Wachstum Information (Aufnahme, Verarbeitung, Weitergabe) Zelle kleinste, lebensfähige Einheit der Lebewesen. Vakuole Zellwand Chloroplasten pflanzliche Zelle Zellmembran Zellkern mit DNA Zellplasma Skelett ( Organismus) 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; Muskeln ( Organ) bewegen die Knochen. können sich nur zusammenziehen, aber nicht aktiv dehnen (Gegenspielerprinzip von Beuger und Strecker). tierische Zelle Zellwand Bakterium Zellmembran ringförmige DNA Offener Blutkreislauf ( Organ) Das Blut fließt nicht wie beim geschlossenen Blutkreislauf in Gefäßen (Adern) zu den Organen, sondern umspült diese frei. GW Bio 5-8 PPG-Hersbruck 7

8 Doppelter geschlossener Blutkreislauf ( Organ) 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 Kennzeichen der 5 Wirbeltierklassen ( Organismus) Fische Amphibien Reptilien Körperbedeckung bzw. -temperatur Atmung Haut mit Knochenschuppen Haut mit Schleimschicht; stark durchblutet Haut mit Hornschuppen oder -platten wechselwarm wechselwarm wechselwarm Vögel Federn aus Horn gleichwarm Säugetiere Haare (Fell) aus Horn gleichwarm Kennzeichen der Gliederfüßer ( Organismus) Gliederfüßer Larven mit Dottersack (Nährstoffspeicher) meist Eiablage und Larvenentwicklung im Wasser; Metamorphose nährstoffreiche Eier meist mit weicher Schale nährstoffreiche Eier mit harter Kalkschale Weibchen mit Milchdrüsen zum Säugen der Jungen Wirbeltiere zum Vergleich Kiemen Kiemen (Larve); Lunge Lunge Lunge Lunge 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) Pflanzenkörper ( Organismus) Spross Blüte Blätter Ernährung (Fotosynthese) Stängel / Stamm Transport Wurzel Aufnahme von Wasser und Mineralsalzen Speicherung von Nährstoffen Verankerung im Boden Kopf, Rumpf, meist vier fünfgliedrige Gliedmaßen GW Bio 5-8 PPG-Hersbruck 8