NATURA 7 10 - Klett · Arbeitsbuch 1 NATURA 7 – 10 Rheinland-Pfalz 00_Vorspann.indd 1 25.06.2014...

Ernst Klett VerlagStuttgart Leipzig

Franziska AstorYvonne DumontPetra Hildebrand-HofmannWinfried Weiler

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Biologie für GymnasienArbeitsbuch 1

NATURA 7 – 10

Rheinland-Pfalz

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1. Auflage 15 4 3 2 1

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AlleDruckedieserAuflagesindunverändertundkönnenimUnterrichtnebeneinanderverwendetwerden.DieletzteZahlbezeichnetdasJahrdesDruckes.DasWerkundseineTeilesindurheberrechtlichgeschützt.JedeNutzunginanderenalsdengesetzlichzugelassenenFällenbedarfdervorherigenschriftlichenEinwilligungdesVerlages.Hinweis§52aUrhG:WederdasWerknochseineTeiledürfenohneeinesolcheEinwilligungeingescanntundineinNetzwerkeingestelltwerden.DiesgiltauchfürIntranetsvonSchulenundsonstigenBildungseinrichtungen.FotomechanischeoderandereWiedergabeverfahrennurmitGenehmigungdesVerlages.

©ErnstKlettVerlagGmbH,Stuttgart2014.AlleRechtevorbehalten.www.klett.de

Autorinnen und Autoren:FranziskaAstor,YvonneDumont,PetraHildebrand-Hofmann,Dr.WinfriedWeiler

Unter Mitarbeit von:AndreaBecker,BärbelKnabe,AlexanderMaier,RomanRemé,Dr.Dr.HorstSchneeeweiß,ChristianSteinert,ManuelWilborn

Redaktion:OlafBieckMediengestaltung:IngridWalter

Illustrationen:WolfgangHerzig,Essen;SonjaKlebe,Aying-Großhelfendorf;OttoNehren,Achern

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1 VielfaltimRegenwald

1.1 VielfaltdesLebens

Groß und Klein im Regenwald (Seite 10/11)

1 ErstelleeineTabellemitdenwesentlichenMerkmalenderfünfReiche.siehe Tabelle

2 RecherchiereKrankheiten,dievonBakterienverursachtwerden.Zum Beispiel: Borreliose, Cholera, Pest, Tetanus, Tuberkulose

Einzellige Lebewesen (Seite 12)

1 RecherchieredieMerkmaledesLebendigen.SchreibesieindeinHeft.Fortpflanzung, Bewegung, Stoffwechsel, Reizbarkeit, Wachstum; Lebewesen bestehen aus Zellen.

Pilze (Seite 13)

1 ErstelleindeinemHefteineTabelle,inderdudiepflanzlichenunddietierischenMerkmalederPilzegegenüberstellst.siehe Tabelle

pflanzliche Merkmale tierische Merkmale

Zellwand(chemischandersaufgebautalsbeiPflanzen) heterotropheErnährung

betreibenZellatmung

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Merkmal Pflanzen Tiere Pilze Bakterien Einzeller

Ernährungsweise autotroph heterotroph heterotroph auto-oderhetero-troph

auto-oderhetero-troph

Eu-oderProkaryoten eukaryotisch/Zellkern

eukaryotisch/Zellkern


prokaryotisch/keinZellkern


Energiegewinnungdurch

betreibenFotosyn-these

betreibenZellat-mung

betreibenZellat-mung

manchebetreibenFotosynthese,ande-reZellatmung

manchebetreibenFotosynthese,ande-reZellatmung

Zellwandvorhan-den?

ZellenmitZellwand ZellenohneZell-wand

ZellenmitZellwand Zellwandvorhanden beideskommtvor

ein-odervielzellig? Vielzeller Vielzeller Viel-oderEinzeller Einzeller einzellig

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1.2 Wirbeltiere

Primaten sind Wirbeltiere (Seite 14/15)

1 Orang-UtanssindanihrLebenimRegenwaldangepasst.BeschreibedieAngepasstheitenundihreVorteile.Ihr Körperbau (lange Arme, Greifhände, Fingerform) hilft beim Klettern, gibt Sicherheit und macht schnelle Fortbewegung mög-lich. Die Nahrungssuche wird so erleichtert und nur weil sie in den Baumkronen leben und auch schlafen, sind sie vor Feinden geschützt. Eine weitere Angepasstheit sind die Mastjahre: Die Menge der aufgenommenen Nahrung bezieht die periodischen Blühphasen der häufigsten Baumart im Regenwald mit ein.

2 ErörteremöglicheVor-undNachteilefürdieOrang-Utans,wennsieimZoogehaltenwerden.Im Zoo sind die Tiere sicher. Sie werden gepflegt, medizinisch versorgt und ernährt. Da die Tiere regelmäßig Futter erhalten, gibt es nach den Mastjahren keine Hungerzeiten. Die Orang-Utans nehmen dann zu viel Nahrung auf und werden zu fett. Gefangene Tiere pflanzen sich oft nicht fort und sterben früher als in Freiheit. Arterhaltung im Zoo verhindert möglicherweise die Lebens-raumerhaltung noch frei lebender Tiere.

3 AuchMenschenwerdenmanchmalals„Silberrücken“bezeichnet.Erkläre,wasdamitausgedrücktwerdensoll.Unter einem „Silberrücken“ versteht man einen Menschen, der in einer Gruppe das Sagen hat oder immer das Sagen haben will; jemand, der immer die Führung haben möchte.

4 ErläuteredenBegriff„Rangordnung“.Eine soziale Rangordnung finden wir bei Lebewesen, die in einer festen Gruppe zusammenleben. Innerhalb der Gruppe gibt es eine Rangordnung, die durch kleine ritualisierte Kämpfe festgelegt und immer wieder überprüft wird.

5 IneinigenLändern,u.a.inRuanda,istesmöglich,inBegleitungeinheimischerFührerGorillaszubeobachten.BeurteiledieseFormdesTiertourismus.Die Tiere werden beobachtet wie in einem Zoo. So gewöhnen sie sich langsam an Menschen, was nicht natürlich ist. Andererseits lernen die Besucher, die Tiere und ihre Lebensweise zu respektieren und die Eintrittsgelder werden in den Schutz des Lebensrau-mes und der Gorillas investiert.

Reiche Vogelwelt (Seite 16)

1 Erkläre,inwiefernderKolibridurchdasAbsenkenderKörpertemperaturEnergiespart.Um die Körpertemperatur zu halten, muss der Körper Nährstoffe verbrennen. Wenn ein Tier in der Lage ist, die Körpertemperatur abzusenken, zum Beispiel beim Schlafen, dann müssen weniger Nährstoffe verbrannt werden. Dadurch spart der Kolibri Energie.

2 NimmStellungzurHaltungvonPapageienalsHaustiere.Papageien sind interessante, lebhafte Tiere. Ihr Gefieder ist farbenprächtig und es sind gesellige Tiere. Deshalb sind sie beliebte Haustiere. Allerdings leben sie in ihrem natürlichen Lebensraum in großen Gruppen. Ein einzeln gehaltener Papagei leidet und vereinsamt. Viele Papageien sind bedroht und wenn man sich einen Papagei anschafft, ermuntert man indirekt auch zum illega-len Fang der Tiere.

Reptilien — lautlose Jäger (Seite 17)

1 Erläutere,warumdieFarbänderungderHautdenChamäleonsbeiderAnpassunganwechselndeAußentemperaturenhilft.Helle Haut reflektiert die Sonnenstrahlen eher, sodass die hohen Temperaturen besser ertragen werden. Dunkle Haut erwärmt sich dagegen eher. Deshalb wird das Chamäleon bei tieferen Temperaturen dunkler.

Farbenprächtige Amphibien (Seite 18)

1 VergleichedieAmphibienderTropenmitAmphibien,diebeiunsleben.StelleUnterschiedeundGemeinsamkeitenheraus.Unterschiede: Tropen: zum Teil sehr klein, sehr farbenprächtig, Leben auf Bäumen, Ablage des Laichs in Pfützen von Blättern oder Zweigmulden, einige sind giftig. Bei uns: Amphibien sind größer, weniger farbenprächtig, farblich getarnt, an ihre Umgebung angepasst, da sie für Feinde auch eher erreichbar sind, Laichablage in Gewässern am Boden, nicht giftig (Ausnahme: Das Hautsekret mancher Kröten kann zu Reizungen führen). Gemeinsam: Kennzeichen der Amphibien wie Laichablage im Wasser, Metamorphose in der Entwicklung, Beutefang und Nah-rung, Hautatmung.

2 DieinZoosgehaltenenPfeilgiftfröscheverlierenihreGiftigkeit.Erkläre.Das Gift erhalten die Tiere durch Umbau und Einbau ihrer speziellen Nahrung. Diese ist für Zoos nicht verfügbar und so werden die exotischen Tiere immer weniger giftig, weil ihr Gift langsam abgebaut wird. Neugeborene Tiere sind gar nicht giftig.

3 NennemöglicheStelleninBäumen,diefürdieBaumsteigerfröschealsLaichablagegeeignetsind.Als Laichablage dient Pfützenwasser, das sich in den Bäumen in Blättern oder Astgabeln gesammelt hat.

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Natura7—10BiologieArbeitsbuch1,Rheinland-Pfalz

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Artenvielfalt bei den Fischen (Seite 19)

1 Erläutere,welcheFunktiondieBartelnfürdieFischehabenkönnten,undüberprüfedieRichtigkeitdeinerVermutungenanhandvonLexika.Barteln dienen zum Tasten, aber auch zum Schmecken.

2 KongowelseerfülleneinewichtigeFunktionimÖkosystem.Diskutiere,welcheVeränderungenesgebenwürde,wenndieWelseaussterbenwürden.Sie fressen Kleinkrebse, aber auch viel pflanzliches Material, speziell Algen. Damit sorgen sie dafür, dass es nicht zu viele Algen gibt, die die Nahrungsgrundlage für andere Fische sind. So verhindern sie, dass die Gewässer übervölkert werden. Zu viele Fische würden mit ihrem Kot das Gewässer überdüngen.

3 Piranhasgeltenals„Gesundheitspolizei“derGewässer.Erläutere.Als Aasfresser ernähren sie sich auch von kranken oder toten Tieren und schützen deshalb andere Tiere vor Infektionen durch Erreger.

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1.3 WirbelloseTiere

Insekten (Seite 20/21)

1 DiskutieremitdeinemTischnachbarn,welcheInsektenmerkmalesichandenabgebildetenTierenerkennenlassen.Zu sehen sind der Kopf mit den beiden Antennen, die drei Beinpaare und die Körpergliederung. Weiter ist zu erkennen, dass die Larven deutlich anders aussehen als die Imagos. Zum Beispiel besitzen sie keine Flügel.

2 Erläutere,warumsichInsektenwährendihresWachstumshäutenmüssen.Beim Wachstum muss die nicht dehnbare Kutikula von Zeit zu Zeit durch eine größere ersetzt werden, wobei die zu kleine Kutikula abgestreift wird.

3 DieBlattschneiderameisenhabenkräftigeMundwerkzeuge.BeschreibedieMundwerkzeuge,diedubeiderUntersuchungeineserwachsenen„Mopane-Schmetterlings“erwartenwürdest.Mundwerkzeuge dienen der Nahrungsaufnahme. Erwachsene „Mopane“-Schmetterlinge nehmen keine Nahrung auf, also brau-chen sie keine Mundwerkzeuge. Deshalb kann man erwarten, dass sie keine Mundwerkzeuge besitzen.

Egel — wirklich ekelig? (Seite 23)

1 VergleicheGemeinsamkeitenundUnterschiedeimAufbauvonSpinnen,InsektenundEgelnineinerTabelle.Gemeinsamkeiten zwischen Gliederfüßer und Egeln: Besitz von Augen, Bewegungsfähigkeit, sie nehmen Nahrung auf. Gemeinsamkeiten zwischen Insekten und Spinnen: gegliederter Körper, Besitz von gegliederten Beinen, Exoskelett, Kutikula. Mögliche Unterschiede: Egel: beinlos, kein offensichtlich gegliederter Körper, keine Kutikula und deshalb auch keine Häutung. (Im Text nicht für alle drei Gruppen genannt: keine Antennen, keine Flügel, keine Spinnwarzen, wasserlebend). Spinnen: Anzahl der Beine, Spinnwarzen, keine Flügel, sämtliche Spinnen sind Raubtiere. Insekten: Anzahl der Beine, nutzen unterschiedliche Nahrungsquellen, viele beflügelt. (Im Text für Spinnen und Egel nicht weiter ausgeführt: Larven und erwachsene Tiere können sich sehr stark unterscheiden, einige Insekten sind allerdings auch in der Lage, Fäden zu spinnen, z. B. Seidenspinner- und Trichopteren-Larven).

2 Beschreibe,wievielseitigSpinnenihrenSpinnfadeneinsetzenkönnen.Flughilfe, Stolperfaden, Rettungsseil, große und kleine Fangnetze und in Verbindung mit „Klebstoff“ als Lasso.

3 ÜberlegedirweitereGründe,weshalbdieErhaltungderVielfaltderLebewesenwichtigist.Mögliche Antworten sollten in der Klasse diskutiert werden. Beispiele: Nutzung als Haustiere besonders Aquarienfische, Zierpflanzen in Haus und Garten, nicht nur der Mensch braucht viele andere Lebewesen, auch die anderen Lebewesen brauchen sich gegenseitig, z. B. als Nahrungsquelle, Transportmittel, Wohnung etc.

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1.4 Pflanzen

Die Bananenpflanze (Seite 25)

1 a) Begründe,weshalbdieWildformenderBananenichtalsLebensmittelverkauftwerden.b) EntwickleeineMethode,mitdermanauseinerWildbananeeineZuchtbananemitkleinenSamenzüchtenkann.a) Die Wildformen von Bananen enthalten harte, etwa 1 cm große Samen. Sie sind also schlecht zu verzehren und werden deshalb nicht verkauft. b) Zwischen den einzelnen Bananenpflanzen gibt es eine gewisse Varianz bezüglich der Samen. Einige Bananen haben immer kleinere Samen als die restlichen Bananen. Es werden Bananen mit kleinen Samen selektiert und miteinander gekreuzt. Über viele Kreuzungen mit immer kleineren Samen kann man so die Samengröße immer weiter verringern.

2 ZeichneschematischeinemännlicheundeineweiblicheBananenblüte.In Anlehnung an die Blütenabbildung auf Seite 24 sollten die Schülerinnen und Schüler eine weibliche Blüte nur mit Fruchtknoten und eine männliche Blüte nur mit Staubblättern skizzieren.

Vielseitige Bromelien (Seite 26)

1 ErstelleeineListemitallenStruktur-Funktions-ZusammenhängenbeiderBromelie.Blattform — Wasser sammeln Wurzeln — Verankerung Zisterne — Wasserspeicher Schuppenhaare — Wasseraufnahme und Mineralstoffaufnahme aus Zisternenwasser Wachs — Insekten rutschen in Zisterne

Göttlicher Kakao (Seite 27)

1 BenennedieerkennbarenBlütenteileinAbb.1indeinemHeft.Kronblätter, Kelchblätter, Staubblätter, (Fruchtknoten: schlecht zu sehen)

2 InderWerbungwirdweißeSchokoladeoftalsleichte,kalorienärmereVariantevonSchokoladeangepriesen.RecherchieredenUnterschiedzwischendunklerundweißerSchokolade.NimmStellungzuderWerbung.Weiße Schokolade enthält vor allem Kakaobutter und Zucker, dafür aber keine Kakaomasse. Letztere ist Bestandteil normaler Schokolade. Weiße Schokolade enthält somit sogar mehr Fett als reguläre Schokolade und ist keinesfalls kalorienärmer. Die Wer-bung, die dies suggeriert, ist also falsch.

3 ErkläredieBeziehungzwischenderKakaopflanzeunddendieBlütenbestäubendenMücken.Mücke und Kakaopflanze sind aneinander angepasst. Die Mücke hat einen idealen Brutplatz in den Kakaoschoten (Sicherheit, Nahrung). Die Kakaopflanze profitiert, weil die Mücke ihre Blüten bestäubt. Es ist also eine Beziehung zum gegenseitigen Nutzen, also eine Symbiose.

Was ist ein Lebewesen? (Seite 28/29)

1 LebewesennehmenStoffeausihrerUmgebungauf,diesiezumAufbauihreseigenenKörpersnutzen.NenneStoffe,diedeinKörpernutzt.Mögliche Antworten sind sämtliche verdaubaren Lebensmittel und Wasser. Atemluft wird zwar auch aufgenommen, aber sie wird nicht zum Aufbau des Körpers genutzt.

2 Erkläre,warumEigenschaftendesLebendigennichtimmerbeijedemLebewesenerkennbarsind.Manche Lebewesen können sich in einer Ruhephase befinden, während der die Eigenschaften des Lebendigen nicht oder zumin-dest nicht alle feststellbar sind.

Material: Lebensraum Regenwald (Seite 30/31)

1 Erläuterez.B.mithilfedesFotos,wiedasSchnabeltieranseineLebensweiseangepasstist.Das Fell ist wasserabweisend, muss an Land daher auch nicht lange trocknen. Dadurch wird eine Auskühlung verhindert. Die stromlinienförmige Gestalt (Bild) verringert den Widerstand im Wasser, die Schwimmhäute helfen beim Schwimmen.

2 Diskutiere,inwelcheWirbeltierklassedasSchnabeltiereingeordnetwerdenkönnte.SammleArgumentedafürunddagegen.Schnabeltiere können zu den Säugetieren gestellt werden, weil sie ein Haarkleid besitzen und ihre Jungen säugen. Allerdings legen sie auch Eier und ihre Körpertemperatur ist nicht konstant. Wiederum können auch Säugetiere unter gewissen Bedingungen ihre Körpertemperatur absenken, wie z. B. der Igel beim Winterschlaf.

3 BeschreibedieInfrarotbilderundbenennediebesonderswarmenTeiledesTukans.Auf dem Bild mit der Nummer 2 ist zu erkennen, dass nur ein kleiner Teil des Schnabels gelb/orange gefärbt ist. Auf dem Bild mit der Nummer 3 ist zu erkennen, dass der ganze Schnabel des Tukans gelb/orange gefärbt ist.

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LösungenGrafik:WolfgangHerzig,Essen

4 StelleeineHypotheseüberdiemöglicheBedeutungdieserVeränderungenamSchnabelauf.An den gelb/orange gefärbten Schnabelteilen gibt der Vogel besonders viel Wärmeenergie an die Umwelt ab. Die Vögel kontrollie-ren damit ihre Körpertemperatur, indem sie die Durchblutung und damit die Wärmeabgabe der Schnabeloberfläche steuern.

5 NotieremöglicheVor-undNachteilederbeidenWurzeltypen.siehe Tabelle

6 EntwickleeinModell,mitdemduüberprüfenkannst,welcherWurzeltypstandfesterist.Individuelle Lösungen: z. B. mit Draht, Pfeifenreiniger, Eisstielen, Strohhalmen. Modelle werden in einen Eimer mit Sand „eingepflanzt“ . Auf derselben Höhe wird mit einem Kraftmesser daran gezogen, bis das Modell umfällt. Diese Kraft wird gemessen. Wichtig ist, dass der Schüler bzw. die Schülerin zwei vergleichbare, d. h. bis auf die Wurzel nicht unterschiedliche Modelle gebaut hat.

7 InformieredichimInternetüberdasFSC-Siegel.SammleArgumentefürundgegendasSiegel.StelledeinErgebnisübersicht-lichaufeinemInformationsposterdar.Individuelle Lösungen: Vorteile: Berücksichtigt neben der Umwelt auch soziale und wirtschaftliche Aspekte. Das Siegel formuliert einheitliche Richtlinien zur verantwortungsvollen Forstwirtschaft und überprüft die Einhaltung unabhängig. Nachteile: Vergabe einiger Zertifikate (z. B. Im Kongo, in Brasilien) umstritten, weil die Betrachtung mitunter wirtschaftliche Inter-essen in den Vordergrund stellt.

Material: Extreme Lebensräume (Seite 32/33)

1 VergleichedenKörperbaudervierPinguinarten.FassedieUnterschiedeindeinemHeftineinerTabellezusammen.siehe Tabelle

2 FormulierenuneineHypotheseüberdenGrundderunterschiedlichenKörpergrößebeidenvorgestelltenPinguinen.Individuelle Lösungen: z. B. je kälter es wird, umso größer werden die Pinguine, um sich besser warmhalten zu können. Hinweis: Es sollten alle Hypothesen zugelassen werden, auch solche, die anschließend widerlegt werden. Dies entspricht dem naturwissenschaftlichen Erkenntnisgang.

3 PlaneeinenVersuch,mitdemdudeineHypotheseüberprüfenkannst.Material:StativemitKlemmen,2Rundkolben(1xgroßund1xklein),2passendeStopfenmitLoch,2Thermometer,Wasser,Wasserkocher,Stoppuhr.Der Versuch wird wie in der Abbildung aufgebaut. Das Wasser wurde mit dem Wasserkocher erwärmt und in beide Kolben gegeben. Diese werden verschlossen. Die Abnahme der Temperatur wird protokolliert (z. B. Messungen alle 1 min).

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Vorteile Nachteile

Pfahlwurzel WasserintieferenSchichten(Grundwasser)guterreichbar,sichererHaltauchbeiSturm

könnenaufFelsodersehrhartemBodennichtindieTiefevordringen→ keinHalt

Flachwurzel findenauchaufsehrhartenBödenHalt,großeseitlicheReichweite,könnenOberflächenwassergutaufnehmen

erreichenWasserintieferenSchichtennicht,schlechterHaltbeiSturm

Kaiserpinguin Magellanpinguin Brillenpinguin

Größe größterPinguin(115cm) mittelgroß(70cm) kleinsterder3Pinguine(65cm)

Körperform rund/dick mittelrund/dick relativschlank

Lebensraum Antarktis Südamerika Südafrika



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4 FühredenVersuchdurch,protokolliereihnundwerteihnaus.Ergebnis: Die Temperatur sinkt im kleinen Kolben deutlich schneller als im großen Kolben. Auswertung (Rückbezug auf Hypothese): Je voluminöser der Pinguin, desto weniger Wärme gibt er an die Umwelt ab.

5 BeschreibeindeinemHeft,wasmitdemBlutgeschieht,dasindenPinguinfußströmt,undwasmitdemBlutgeschieht,dasvomFußzurückindenKörperströmt.VersucheeineBegründungzufinden.Das 39 °C warme arterielle Blut fließt in das Bein. In unmittelbarer Nachbarschaft verläuft die dazugehörige Vene. Auf dem Weg nach unten kühlt sich das arterielle Blut immer weiter ab. Dabei gibt es nicht nur Wärme nach außen, sondern vor allem an die benachbarte Vene ab. So wie sich das arterielle Blut bis auf 4 °C abkühlt, so erwärmt sich das venöse Blut wieder. Dies nennt man Gegenstromprinzip. Da die Füße am Boden nur 4 °C warm sind, verliert der Pinguin kaum Wärme.

6 DadieKartoffelanGewichtverlorenhat,musssieeinenStoffabgegebenhaben.Findeheraus,welchenStoffdieKartoffelabgegebenhat.Vielleichtfälltdirdasleichter,wennduaufdieSchnittflächeeinerKartoffelSalzstreust.Beobachte,waspas-siert.Streut der Schüler bzw. die Schülerin Salz auf die Schnittfläche, tritt Wasser aus der Kartoffel aus. Der „Stoff“ ist das Wasser.

7 BegründemithilfedesbeschriebenenVersuchs,warumeinLebewesenimTotenMeernichtüberlebenkann.Lebewesen bestehen hauptsächlich aus Wasser. Ein Lebewesen würde ähnlich wie das Kartoffelstück viel Wasser verlieren. Schon ein relativ geringer Wasserverlust führt auch beim Menschen sehr schnell zu einer lebensbedrohlichen Situation.

8 Begründe,warumdasGrabenvonHöhlendieWüstenspringmausvorzuhohemWasserverlustschützt.Diese Lebensweise schützt die Tiere vor übermäßiger Verdunstung wegen geringerer Temperaturen und fehlender direkter Son-neneinstrahlung.

9 EntwirfeineneinfachenVersuch,mitdemduzeigenkannst,dassmanbeimAufenthaltineinerHöhlewenigerWasserverliertalsimFreien.PlanedenVersuchmitfolgendenMaterialien:Eineleere,unverschlosseneundinnentrockeneFlasche,Filterpa-pier,Wasser,Schere,PinzetteundUhr.Das Filterpapier gleichmäßig anfeuchten und in zwei Hälften teilen. Eine Hälfte mit einer Pinzette in die Flasche stecken. Die andere Hälfte auf der Unterlage liegen lassen. Alle fünf Minuten mit den Fingern die Feuchtigkeit der Filterpapierstücke kontrol-lieren und protokollieren. Das in der Flasche befindliche Filterpapier sollte langsamer trocknen.

10InWüstengebietentrifftmanbesondershäufigaufReptilien.Recherchiere,wiesichReptilienwirksamgegeneinenzuhohenVerlustvonWasserschützenkönnen.SchreibeindeinHeft.– Reptilien können sich eingraben oder in Höhlen leben. – Sie sind häufig nachtaktiv. – Ihr Schuppenpanzer ist ein guter Verdunstungsschutz. – Sie scheiden keine Flüssigkeit aus.

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Vielfalt im Regenwald — TESTE DICH SELBST (Seite 34/35)

1 VergleichedieErnährungsweisevonPflanzenundTieren.BenutzedabeidieBegriffeheterotrophundautotroph.Heterotroph ernährt sich ein Lebewesen, wenn es andere Lebewesen oder Teile von anderen Lebewesen frisst (z. B. Blätter, Früchte, Nektar oder Blut). Alle Tiere ernähren sich heterotroph. Pflanzen ernähren sich autotroph, d. h. sie nehmen Kohlenstoffdioxid aus der Luft und Wasser und Mineralstoffe aus dem Boden auf.

2 Erkläre,warumPilzeeineigenesbiologischesReichdarstellenundnichtzudenPflanzengezähltwerden.Die Zellen der Pilze sind zwar wie die Zellen der Pflanzen von einer Zellwand umhüllt. Pilze ernähren sich jedoch heterotroph, häufig von abgestorbenen oder lebenden Pflanzen.

3 InderTabellesindverschiedeneMerkmalevonTierenaufgeführt.InderSpaltedanebensindunterschiedlicheTiergruppenbenannt.ÜbertragedieTabelleindeinHeft.OrdnedanndieMerkmaledenrichtigenTiergruppenzu.EinBeispielistbereitsvorgegeben.siehe Tabelle

Merkmale Tiergruppen

besitzen8Beine Spinnen

weiblicheTierehabenMilchdrüsen Insekten

habendreiBeinpaare Insekten

atmenüberdieHaut Amphibien

besitzeneinFell Säugetiere

habenFedern Vögel

sindmiteinemhartenAußenskelettausgestattet Insekten,Spinnen

4 SpinnenwerdenhäufigmitInsektenverwechselt.Erkläre,weshalbdassoist,undnenneMerkmale,mitdenenmanInsektenundSpinnenvoneinanderunterscheidenkann.Spinnen und Insekten besitzen eine ähnliche Größe und Form. Im Gegensatz zu den Wirbeltieren haben sie mehr als vier Glied-maßen. Unterschiede sind: Spinnen haben acht Augen, acht Beine und ihr Körper ist in zwei Teile gegliedert. Insekten haben zwei Augen, sechs Beine und einen in drei Teile gegliederten Körper.

5 VoreinigenJahrenwurdeineinerbeliebtenQuizsendungfolgendeFragegestellt:„ZuwelcherTiergruppegehörenPinguine?“a)Amphibienb)Vögelc)Reptiliend)InsektenBegründedeineZuordnunganhanddeinesWissensüberdieTiergruppen.Antwort: b) Vögel Pinguine besitzen Federn und einen zahnlosen Schnabel.

6 PinguinegehörennichtzudenSäugetieren,habenaberManchesmitSäugetierengemeinsam.NennedieseGemeinsamkei-ten.Die Körper von Pinguinen lassen sich in einen Kopf und einen Rumpf mit vier Gliedmaßen einteilen. Außerdem besitzen beide Tiergruppen ein Innenskelett mit einer Wirbelsäule, zwei Augen und Krallen an den Zehen.

7 BenennediesesOrganunderkläredieFunktionderMetamorphose.Das abgebildete Organ ist ein Blatt. Die ursprüngliche Funktion eines Blatts ist das Betreiben der Fotosynthese und das Sammeln von Licht. Durch die Metamorphose hat sich die Form des Blatts geändert. Dadurch ist die Funktion, ein Insekt zu fangen und zu verdauen, hinzugekommen.

8 AuchwennalleInsektensechsBeinehaben,istderBauderBeinevonInsektzuInsektverschieden.IndenAbbildungen5a—csiehstduverschiedeneInsektenbeine.FormulierebegründeteHypothesen,welcheFunktionendieInsektenbeineerfül-lenkönnten.a) Das Fangbein einer Gottesanbeterin besitzt lange spitze Stacheln, die wie Fangzähne zum Festhalten von Beutetieren genutzt werden. b) Das Sprungbein einer Heuschrecke besitzt einen dicken, kräftigen Schenkel. c) Das Klammerbein einer Kopflaus verfügt am Ende über eine hakenförmige Haltevorrichtung.

9 NennediesiebenimKapitelangegebenenKennzeichendesLebendigen.• Lebewesen pflanzen sich fort, • sie bestehen größtenteils aus Wasser, • sie haben einen Stoff- und Energiewechsel, • sie nehmen ihre Umwelt wahr, • sie bestehen aus Zellen, • sie wachsen, • sie können sich selbstständig bewegen.

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10InformieredichgutüberdiefolgendenDingeundüberprüfe,welcheKennzeichendesLebendigensichanihnenentdeckenlassen:Stein,Stalagmit(Tropfstein),Auto,Holztier,Smartphone.StelledieErgebnisseineinerTabelleindeinemHeftdar.a) Wenn ein Stein erwärmt wird, dehnt er sich aus, das heißt, er bewegt sich. b) Stalagmiten sind Tropfsteine. Sie wachsen, wenn auch sehr langsam. Aus dem Wasser, das auf sie tropft, nehmen sie Kalk auf. Das bedeutet, sie nehmen Stoffe auf. c) Ein Auto muss mit Benzin „gefüttert“ werden und es scheidet Abgase aus. Außerdem wandelt es die Energie des Benzins in Bewegungs- und Wärmeenergie um. Das Auto besitzt deshalb einen Stoff- und Energiewechsel. Es bewegt sich selbstständig. Autos, die über eine Einparkhilfe verfügen, können auch ihre Umwelt wahrnehmen. d) Holz besteht aus Zellen. e) Ein Smartphone kann sich selbstständig bewegen, es kann vibrieren. Es reagiert, wenn du es berührst und es reagiert auf Funksignale. Es nimmt also seine Umwelt wahr. Um die Akkus aufzuladen, muss elektrische Energie zugeführt werden und das Smartphone kann Lichtenergie abgeben.

11Namenkönnenschonmalrechtverwirrendsein.NichthinterjedemderfolgendensechsBegriffeverbirgtsicheinLebewe-sen.Recherchiereunderläutere,welcheBegriffeGegenständebenennen:LebendeSteine,Rosenquarz,Rührfisch,Sandfisch,Schwefelblüte,Schwefelkopf.Rosenquarz und Schwefelblüte sind Mineralien. Ein Rührfisch ist ein Magnet mit einer Kunststoffhülle, der im Labor zum Rühren von Flüssigkeiten dient. Lebende Steine sind Pflanzen. Sandfische leben in der Wüste. Es sind kleine Eidechsen. Der Schwefelkopf ist ein Pilz, der auch in unseren Wäldern wächst.

12IsteineZwiebeleinLebewesen?Begründe.Ja, denn wenn eine Zwiebel in feuchte Erde gepflanzt wird, werden alle Kennzeichen des Lebendigen erkennbar.

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Vielfalt im Regenwald — Basiskonzept: Struktur und Funktion (Seite 36/37)

1 BeschreibedieMundwerkzeugebeiInsektenundstellebegründeteVermutungenüberdieErnährungsweisean.Die Abbildungen zeigen die Mundwerkzeuge von Käfer, Schmetterling und Stubenfliege. Mit den kräftigen Kiefern kann der Käfer härtere Samen aufbrechen. Mit dem langen Rüssel gelangt der Schmetterling an den Blütenboden von tiefkelchigen Blüten. Die Stubenfliege kann mit ihrem zu einem Saugrohr umgestalteten Mund gut Flüssigkeiten aufnehmen.

Vielfalt im Regenwald — Basiskonzept: System (Seite 38/39)

1 NenneVorteile,dieeineKompartimentierunghinsichtlichdesLebensraumsfürTierebietet.Vorteile: Konkurrenz wird vermieden, Tiere können sich im Laufe der Evolution spezialisieren, Umgebung ist bekannt und Gefahren sind vertrauter.

2 DasFaultierkannalsBeispielfürdiePrinzipienWechselwirkungundKompartimentierungdienen.Erläutere.Algen und Schmetterlinge leben im Fell des Faultieres und haben sich an diesen begrenzten Lebensraum auch angepasst. Die Schmetterlinge fliegen kaum noch.

3 WendedeinWissenüberdasBasiskonzeptSystemaufdeineSchulean.NenneBeispielefürKompartimentierungindeinerSchuleunderläuterederenNutzung.Der „Lebensraum Schule“ ist auch gerade für Schülerinnen und Schüler in viele übersichtliche Bereiche aufgeteilt: Schulhaus und Sporthalle. Sekretariat, Lehrerzimmer und Pausenhof. Treppenaufgänge und Klassenzimmer, Fachräume.



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Vielfalt im Regenwald — Arbeitsblatt: Exotische Früchte, Nüsse und Gewürze (Seite 40)

1 OrdnedenabgebildetenFrüchten,NüssenundGewürzendenrichtigenderfolgendenNamenzu:Ananas,Avocado,Cashew-nuss,Feige,Ingwer,Kakao,Kokosnuss,Mango,Muskatnuss,Paranuss,Pfeffer,Sternfrucht,Vanille,Zimt.von links nach rechts und von oben nach unten: Vanille, Sternfrucht, Kokosnuss, Pfeffer, (Passionsfrucht), Mango, Feige, Cashew-nuss, Muskatnuss, Zimt, Avocado, Ananas, Paranuss, Kakao, Ingwer

2 ÜberlegeundschreibedanndieNamenindieuntenrechtsstehendenKästchen.DenstarkumrandetenFeldernkannstdusenkrechtgelesendenNameneinerweiterenTropenfruchtentnehmen.Sieisthierauchabgebildet.von oben nach unten: Pfeffer, Kakao, Kokosnuss, Cashewnuss, Vanille, Mango, Ingwer, Ananas, Feige, Paranuss, Muskatnuss, Avocado, Sternfrucht, Zimt; senkrecht: Passionsfrucht

Vielfalt im Regenwald — Arbeitsblatt: Die Wüste lebt (Seite 41)

1 IdentifizieredieWüstenbewohnerunderstellekleineSteckbriefe,diediebesondereAnpassungderTiereandenLebensraumWüsteverdeutlichen.

2 BerücksichtigeKriterienwie:Gestalt(G),Nahrung(N),Fortbewegung(F),Vermehrung(V),Wasserhaushalt(W)undAktivität(A).Musterlösungen: a) Fennek Hundeartige (Landraubtiere) G: hellbraun, auffallend große Ohren, dichtes Fell N: Heuschrecken, Käfer, Mäuse, andere Kleintiere, geortet über das Gehör F: laufen, springen V: 2 bis 5 blinde Jungtiere W: Flüssigkeit aus der Nahrung, konzentrierter Urin A: nachtaktiv, tagsüber im Sandbau b) Hornviper Vipern (Schlangen) G: sandgelb, Schuppendorn über dem Auge N: Nagetiere, Eidechsen F: „Seitenwinder“: Seitwärtsbewegung, Sandboden berühren, blitzschnelles Eingraben durch Rippenbewegung V: eierlegend W: über die Nahrung A: dämmerungsaktiv, tagsüber eingegraben c) Dromedar Kamele (Paarhufer) G: braunes, dichtes, wolliges Fell, ein Rückenhöcker aus Fettgewebe, kleine Ohren und Nasenlöcher verschließbar N: pflanzliche Fütterung (Haustiere), Wiederkäuer F: laufen V: 1 Junges nach 13 Monaten Tragzeit W: können tagelang dursten, wobei das Blut dünnflüssig bleibt, trinken danach Unmengen A: tagsüber: Körpertemperatur bis 40 °C, nachts: Absinken auf 34 °C d) Sandskink Glattechsen (Eidechsen) G: sandfarben, Beine kurz, glattes Schuppenkleid, unterständiger Mund N: Heuschrecken, Käfer, Tausendfüßer F: „schwimmen“ im Sand („Sandfisch“) V: lebendgebärend W: Feuchtigkeit aus der Nahrung A: tagaktiv e) Wüstenspringmaus Springmausartige (Nagetiere) G: hellbraun, lange Hinterbeine mit Haarbürsten zum Wegschleudern des Sandes beim Höhlenbau, große Ohren N: Pflanzen, Samen, Insekten F: springend V: 1 bis 5 Junge in Nestkammer W: benötigt kaum Trinkwasser, Wasser aus der Zellatmung deckt bis zu 90 % des Wasserbedarfs A: nachtaktiv, tagsüber in Höhlen, deren Bauweise Temperaturschwankungen ausgleicht f) Wüstenheuschrecke Feldheuschrecken (Insekten) G: Farbe wechselhaft N: pflanzlich F: springend, fliegend V: einzeln lebend oder nach Massenvermehrung Wanderphasen in riesigen Schwärmen W: Wasser aus der Zellatmung deckt den Bedarf A: tagsüber, wasserdurchlässiger Chitinpanzer ermöglicht Verdunstungskühlung (Vorzugstemperatur 32 °C bis 43 °C).

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Vielfalt im Regenwald — Arbeitsblatt: Der Bauplan der Frösche (Seite 42)

1 a) BeschriftedieAbbildungen.b) LegeindeinemHefteineListedernummeriertenKnochenan.a) Abbildung oben: links (von oben nach unten): Magen, Rückenmark, Gehirn, Herzvorkammer, Herzkammer, Lunge, Leber rechts (von oben nach unten): Eierstock, Trichter des Eileiters, Niere, Kloake, Harnblase, Darm Abbildung unten: links: Schleimdrüse rechts (von oben nach unten): Schleimschicht, Oberhaut, Giftdrüse, Unterhaut b) 1) Schädel, 2) Schultergürtel, 3) Wirbelsäule, 4) Rippen, 5) Beckengürtel, 6) Oberarmknochen, 7) Elle, 8) Speiche, 9) Handwurzelknochen, 10) Mittelhandknochen, 11) Fingerknochen, 12) Oberschenkelknochen, 13) Unterschenkelknochen, 14) verlängerte Fußwurzelknochen, 15) Mittelfußknochen, 16) Zehenknochen

Vielfalt im Regenwald — Arbeitsblatt: Vom Laich zum Frosch (Seite 43)

1 BeschreibedieeinzelnenStadienderFroschentwicklung(Atmung,Ernährung,Fortbewegung,Dauer).1) Eiablage beim Grasfrosch Ende Februar / Anfang März. Entwicklung im Ei 10 Tage. 2) Larven schlüpfen aus der weichen Eihülle. Anheften an Wasserpflanzen. 3) Larve mit büscheligen Außenkiemen und Ruderschwanz. Noch Ernährung vom Dottervorrat. 10 Tage. 4) Larve nagt mit Hornleisten im Mund Pflanzenmaterial ab. Atmung mit Innenkiemen und Haut. 4 Wochen. 5) In der 8. bis 9. Woche entwickeln sich die Hinterbeine. 6) In der 10. bis 11. Woche wachsen auch die Vorderbeine. Körper wird froschähnlicher. Kiemen bilden sich zurück. 7) Ruderschwanz bildet sich zurück. Jungfrösche verlassen Mitte Juni das Wasser. Fressen nun lebende Tiere. 8) Frösche leben in geeigneten Feuchtbiotopen. Ab Oktober Beginn der Winterruhe.

Vielfalt im Regenwald — Arbeitsblatt: Untersuchung an Spinnen (Seite 44)

1 BeschriftedieAbbildungeneinerSpinne.Spinne von unten: links (von oben nach unten): Kiefertaster, Kopfbruststück, Atemöffnungen, Hinterleib, Spinnwarzen rechts (von oben nach unten): Kieferklaue, 4 Paar Laufbeine Kopfstück: von oben nach unten: Punktaugen, Augenfeld, Giftdrüse (im Innern), Kieferklaue

2 VergleicheInsektenmitSpinnen.siehe Tabelle

3 VergleichedieFußspitzeeinesInsektenbeines(a)mitderjenigeneinesSpinnenbeines(b).ErkläredieFunktiondesSpinnen-beinesanhandseinesBaus.Der Insektenfuß endet in zwei glatten Krallen. Die Spinne besitzt zwei Kammklauen, eine Hakenklaue und kleinere gekämmte Borsten. Diese ermöglichen der Spinne die Verarbeitung der Spinnfäden und das Laufen auf den Fäden.

Vielfalt im Regenwald — Arbeitsblatt: Der Körperbau der Arbeitsbiene (Seite 45)

1 BeschriftemithilfedeinesBiologiebuchesdieAbbildungendesBienenkörpers.Abbildung oben: links (von oben nach unten): Vorderflügel, Punktaugen, Fühler, Netzaugen, Kiefer, Saugrüssel Mitte (oben): Kopf, Brust, Hinterleib Mitte (unten): Putzscharte rechts (von oben nach unten): Hinterflügel, Hinterleibsringe, Atemöffnungen Abbildung unten: links (von oben nach unten): Hüfte, Schenkelring, Schenkel, Schiene, Fuß rechts (von oben nach unten): Körbchen, Pollenkamm, Pollenschieber, Pollenbürstchen

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Insekten Spinnen

Augen Facetten-(Netz-)Augen Punktaugen

Fühler 1Paar keine

Mundwerkzeuge Oberlippe,Oberkiefer,Unterkiefer,Unterlippe Kieferklauen,Kiefertaster

Beine 3Paare 4Paare

Flügel 2Paare keine


Natura 7 — 10 Biologie Arbeitsbuch 1, Rheinland-Pfalz

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2 Vielfalt und Veränderung

2. 1 Die Galapagos-Inseln

Galapagos — Besuch in der Urzeit (Seite 48)

1 Erläutere, inwiefern sich die Meerechsen an ihren Lebensraum angepasst haben. Jagd im Wasser, dunkle Hautfarbe ermöglicht schnelles Erwärmen nach den Tauchgängen, da Echsen wechselwarme Tiere sind und ihre Körpertemperatur nicht selbst regulieren können.

2 „Der Tourismus kommt dem Naturschutz zugute.” Begründe. Touristen bringen das Geld für den Erhalt der Inseln, Forschungsprojekte, Lebensunterhalt der wenigen Bewohner. Durch den Tourismus lernen die Menschen diese einzigartige Natur kennen und wertschätzen.

Leguane der Galapagos-Inseln (Seite 49)

1 Ordne die Leguane einer der in Themenfeld 1 genannten Tiergruppen zu und begründe deine Zuordnung. Die Leguane gehören zu den Reptilien. Leguane besitzen vier Gliedmaßen, einen langen Schwanz und eine mit Hornschuppen bedeckte Haut.

Meerechse und Landleguan (Seite 50/51)

1 Betrachte Abb. 2 genau und nenne noch mindestens fünf weitere gemeinsame Merkmale. Auf beiden Abbildungen sind zum Beispiel Augen, Nasenlöcher und der Mund zu erkennen. Beide Abbildungen zeigen Echsen mit einer schuppigen Haut und mit Rückenkämmen.

2 Untersuche die Variabilität des Merkmals Augenfarbe bei den Schülerinnen und Schülern deiner Klasse. Bestimme, welche und wie viele Varianten in der Klasse vorkommen. Als Ergebnis sollte dargestellt werden, dass beinahe jeder Mitschüler bzw. jede Mitschülerin eine etwas andere Augenfarbe be‑sitzt. Es sollte der Schluss gezogen werden, dass die Variabilität zu einem Merkmal innerhalb einer Art sehr groß sein kann.

Evolution der Leguane (Seite 52/53)

1 Nenne die beiden im Text genannten Selektionsfaktoren. Die beiden Faktoren sind: räuberischer Hai und starke Strömung.

2 Eine Meerechse wird von der starken Strömung von Galapagos an eine einsame Insel gespült. Hier findet sie genug zu fres-sen, um noch lange Zeit überleben zu können. Beurteile die biologische Fitness dieses Tiers. Da das Tier sich auf der einsamen Insel nicht fortpflanzen und damit seine Merkmalsvarianten an seine Nachkommen weiter‑ geben kann, ist seine biologische Fitness gleich null. Es sei denn, es hat sich auf Galapagos bereits fortpflanzen können.

Darwins Evolutionstheorien (Seite 54/55)

1 Zwei Arten, die einen gemeinsamen Vorfahren haben, besitzen Merkmale, die bei beiden Arten gleich sind. Wir gehen davon aus, dass diese Merkmale auch schon der gemeinsame Vorfahre besessen hat. Wenn Darwins Ansicht von der gemeinsamen Abstammung aller Arten richtig ist, dann muss die Art, die der gemeinsame Vorfahr aller heutigen Lebewesen ist, Merkmale vererbt haben, die alle heute lebenden Organismen besitzen. Nenne mindestens sieben dieser Merkmale. Hier ist nach den sieben Kennzeichen des Lebendigen gefragt. Zusätzlich spielt das Vorhandensein einer DNA, die Möglichkeit der Merkmalsvererbung und eine begrenzte Lebensdauer eine Rolle.

Material: Evolution der Taschenmäuse (Seite 56)

1 Stelle eine begründete Hypothese auf, welche Farbvariante(n) die Felsen-Taschenmäuse hatten, bevor vor 1000 Jahren Basalt-felsen entstanden. In der „Vorbasaltzeit“ gab es die gleichen Räuber wie heute, die auf Sicht jagten. Deshalb sollte es zu dieser Zeit nur helle Mäuse gegeben haben, die für die Räuber schwer zu erkennen waren.

2 Erläutere die Gründe, weshalb es heute die helle und die dunkle Farbvariante der Taschenmäuse gibt. 1) Es muss eine Mutation gegeben haben, durch die die dunkle Variante entstanden ist. 2) Es hat kein Selektionsfaktor dazu geführt, dass die dunkle Variante wieder entfernt wurde. Die Träger der Variante konnten sich fortpflanzen und die Variante breitete sich in der Population aus.

3 Fertige eine Bildergeschichte aus mindestens vier Bildern an, die die Evolution der Felsen-Taschenmäuse im Tal der Feuer während der vergangenen 1000 Jahre wiedergibt. Bild 1: heller Boden mit nur hellen Mäusen oder nur helle Mäuse und heller und dunkler Boden, wobei der dunkle Boden unbesie‑delt ist Bild 2: heller und dunkler Boden und viele helle Mäuse sowie eine dunkle Maus Bild 3: heller und dunkler Boden, viele helle und bereits etwas mehr dunkle Mäuse entsprechend dem Untergrund verteilt Bild 4: heller und dunkler Boden mit jeweils gleicher Dichte an entsprechend gefärbten Mäusen

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4 Vergleiche die beiden Aussagen: a) Die Felsen-Taschenmaus ist durch ihre Farbvarianten an die Farbe des Bodens angepasst. b) Durch ihre Fellfärbung sind Felsen-Taschenmäuse getarnt und dadurch an die auf Sicht jagenden Räuber angepasst. Die erste Aussage ist falsch und die zweite ist richtig. Begründe. Anpassen können sich Lebewesen nur an Selektionsfaktoren. Selektionsfaktoren wählen nachteilige Varianten aus, die dann nicht mehr zur Fortpflanzung kommen. Im Falle der Taschenmäuse wird die Auswahl von den auf Sicht jagenden Räubern getroffen. Die Bodenfarbe trifft keine Auswahl. Ohne Räuber würden helle Mäuse auch den dunklen Boden besiedeln und umgekehrt.

5 Ebenso gerne wie Eulen Taschenmäuse verspeisen, fressen Maulwürfe Regenwürmer. Egal, ob die Regenwürmer in einem braunen, roten oder schwarzen Boden leben, sie sind nicht so gefärbt wie der Boden, in dem sie sich bewegen. Erläutere, warum das Fehlen einer Tarnung durch eine entsprechend gefärbte Haut für die Regenwürmer keinen Nachteil bedeutet. Eine farbliche Tarnung kann nur eine Anpassung an Räuber sein, die auf Sicht jagen. Ausreichende Lichtverhältnisse sind hier erforderlich. Da im Boden das Licht fehlt, können Maulwürfe nicht auf Sicht jagen. Da dadurch der Selektionsfaktor „auf Sicht jagender Räuber“ entfällt, kann keine Selektion nachteiliger Farben stattfinden.

Praktikum: Selektion simulieren (Seite 57)

1 Stelle die Ergebnisse in einem geeigneten Diagramm dar. Da nur einzelne Werte für jeden Durchgang vorliegen, ist ein Säulendiagramm sinnvoll. Die Werte können aber auch als Kurven‑diagramm veranschaulicht werden.

2 Vergleiche das Modell-Experiment mit der Selektion von Beutetieren durch Beutegreifer. So wie im Modell auffallende Farben stärker gesammelt werden, können auch in der Natur schlecht getarnte Tiere von Beutegrei‑fern häufiger erbeutet werden.

3 Plane Abwandlungen des Selektions-Experiments mit veränderten Umweltbedingungen. Denkbar wäre die Simulation unterschiedlicher Umweltbedingungen durch verschiedene Unterlagen oder die Spezialisierung von Beutegreifern durch unterschiedliche Fangwerkzeuge (wie in dem nebenstehendem Modell‑Experiment zur Angepasstheit).

4 Vergleiche die „Beute“ der Mitspieler und erkläre. Es ist zu erwarten, dass Mitspieler mit verschiedenen Werkzeugen auch unterschiedliche „Beute“ gefangen haben. Je nach Werk‑zeug können bestimmte Nudelformen leichter ergriffen werden.

5 Erläutere, inwiefern das Experiment ein Modell für Angepasstheiten in der Natur darstellt. Auch in der Natur sind Tiere durch ihre speziellen Mundwerkzeuge an ihre Nahrungsaufnahme angepasst.

6 Beschreibe, wie Angepasstheiten durch Selektion über viele Generationen entstehen können. Wenn über viele Generationen bestimmte Strukturen wie beispielsweise spezielle Mundwerkzeuge vorteilhaft sind, werden zuneh‑mend Individuen entstehen, die besonders gut an eine bestimmte Lebensweise angepasst sind.

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2. 2 Belege für die Evolution

Fossilien — Spuren aus der Vergangenheit (Seite 58/59)

1 Fossilien findet man vor allem von im Wasser vorkommenden Lebewesen. Von Landlebewesen sind deutlich weniger Fossilien erhalten. Begründe diese Tatsache. Wenn ein Tier stirbt, wird es normalerweise von Aasfressern, Pilzen, Würmern und Bakterien beseitigt. Nach der vollständigen Ver‑wesung ist keine Struktur mehr erkennbar. Im Schlamm oder am Grund von Seen herrscht oft Sauerstoffmangel. Die Verwesung findet dort sehr langsam oder gar nicht statt. Ein Fossil kann entstehen.

2 Bei einem Knochenfund wurde ein 14C-Gehalt von 0,000 000 000 025 % gemessen. Ermittle das Alter des Fundes. Das Fundstück ist 8595 Jahre alt.

Zeit der Saurier (Seite 60)

1 Erstelle eine Tabelle mit den Namen der Dinosaurier aus Abb. 1, ihren Angepasstheiten und ihren Funktionen. siehe Tabelle

2 Kenntnisse über den Zusammenhang von Struktur und Funktion bei heutigen Lebewesen ermöglichen, die Lebensweise fossi-ler Arten besser zu verstehen. Erläutere. Die Lebensweise eines Fossils kann aufgrund von Strukturen abgeleitet werden, wenn die Funktion von speziellen Strukturen bekannt ist. Der Vergleich mit Strukturen von heutigen Lebewesen und deren Funktionsweise ist dabei hilfreich. So sind beispiels‑weise Magensteine bei manchen Vögeln bekannt. Sie dienen dort der Zerkleinerung von Pflanzennahrung. Das Wissen über diese Struktur‑Funktionsbeziehung ermöglicht die Deutung von Magensteinen bei Diplodocus.

Material: Archaeopteryx (Seite 61)

1 Vergleiche in einer Tabelle Archaeopteryx mit Sauriern und Vögeln. siehe Tabelle

2 Erläutere, warum Archaeopteryx vermutlich kein guter Flieger war. Das Skelett von Archaeopteryx ähnelte noch stark den Dinosauriern und war recht schwer. Auch die Flugmuskulatur kann nicht kräftig gewesen sein, da ein entsprechend großes Brustbein als Ansatzstelle fehlt. Vermutlich konnte Archaeopteryx keinen Ruder‑flug, sondern nur einen Gleitflug nutzen.

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Name Angepasstheit Funktion

Diplodocus muskulöser Magen und Magensteine Zerreiben der Nahrung, da Diplodocus keine Zähne besaß, mit denen er kauen konnte

Stegosaurus Stacheln am Schwanzende dienten wahrscheinlich der Verteidigung gegenüber Fressfeinden

Tyrannosaurus a) nach vorne gerichtete Augen b) spitze, nach hinten gerichtete Zähne

a) ermöglicht dreidimensionales Sehen und erleichtert damit das Aufspüren der Beute b) Festhalten der Beute bei der Jagd und beim Herausreißen von Fleisch stücken

Velociraptor a) sichelförmige große scharfe Kralle an den Hinterfüßen b) Anheben der großen sichelförmigen Kralle beim Laufen

a) diente wahrscheinlich als Waffe bei der Jagd und zum besseren Festhalten beim Klettern b) verhinderte ein schnelles Abnutzen und Stumpfwerden der Kralle

Pteranodon a) Flughaut zwischen Armknochen und Körper b) sehr lange Armknochen

a) Als wichtiger Bestandteil des Flügels ermöglicht die Flughaut das Fliegen. b) Große Tiere wie Pteranodon brauchen große lange Flügel, die sie erst durch die langen Armknochen ausbilden können.

Triceratops a) großer Nackenschild b) spitze hornähnliche Kopffortsätze

a) wahrscheinlich als Schmuck zum Imponieren gegenüber Rivalen bzw. Geschlechtspartnern b) wahrscheinlich zum Imponieren, möglicherweise auch als Waffe gegenüber Rivalen und Feinden

Dinosaurier Archaeopteryx Vogel

bezahnter Kiefer bezahnter Kiefer unbezahnter Kiefer

kleines Brustbein kleines Brustbein großes Brustbein

freie Fingerglieder freie Fingerglieder verwachsene Fingerglieder

lange Schwanzwirbelsäule lange Schwanzwirbelsäule kurze Schwanzwirbelsäule

keine Federn Federn Federn



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3 Federn entstanden vermutlich zur Wärmedämmung und dienten erst später als Flughilfe. Erläutere. Dinosaurier waren vermutlich wechselwarm und insofern scheinen Federn zur Wärmedämmung zunächst wenig sinnvoll. Aller‑dings wird durch Muskelaktivität Wärme freigesetzt. Durch ein dämmendes Federkleid kann also der Körper bei Aktivität auf höhere Temperaturen gebracht werden und damit die Aktivität der Tiere wiederum verbessert werden. Später könnten sich dann lange und stabile Federn an Armen und Schwanz als sinnvolle Hilfe bei Sprüngen entwickelt haben. Dies könnte schließlich zum Gleitflug mit Flügeln aus Federn geführt haben.

Die Entwicklung der Wirbeltiere (Seite 62)

1 Reptilien gehen nicht auf einen nur ihnen gemeinsamen Vorfahren zurück und stellen keine Verwandtschaftsgruppe dar. Erkläre dies mithilfe von Abb. 1. Der gemeinsame Vorfahr aller Reptilien ist gleichzeitig auch ein gemeinsamer Vorfahr der Reptilien und Vögel. Vögel sind Nach‑fahren der Dinosaurier. Sie gehören zusammen mit den Krokodilen, Echsen, Schlangen und Schildkröten zu einer Verwandtschafts‑gruppe. Wissenschaftlich werden daher diese Tiergruppen unter dem Begriff „Sauropsida“ zusammengefasst.

Entwicklung der Atmungsorgane (Seite 63)

1 Die Oberflächenvergrößerung ist ein Prinzip, das sich bei Lebewesen immer wieder finden lässt. Benenne und erläutere das passende Basiskonzept. Das passende Basiskonzept heißt Struktur und Funktion. Das bedeutet, dass eine (biologische) Struktur immer so gebaut ist, dass sie ihre Aufgabe möglichst perfekt wahrnehmen kann. In diesem Beispiel ist es die Oberflächenvergrößerung. Diese ist vor allem bei Strukturen, die der Aufnahme / Abgabe von Stoffen dienen, zu finden, also zum Beispiel bei den Atmungsorganen.

Verwandtschaft erkennen (Seite 64/65)

1 Die Flügel von Fledermaus und Vogel bestehen jeweils aus Knochen und einer Flügelfläche (Abb. 3). Erläutere, welche Struktu-ren homolog und welche analog sind. Das Skelett der Vorderextremitäten von Vogel und Fledermaus sind homolog, da die Knochen das Kriterium der Lage erfüllen. Die Flügelfläche ist jedoch das Ergebnis einer konvergenten Entwicklung. Die Flügelflächen sind analoge Organe.

2 Sowohl Maulwurf als auch Maulwurfsgrille haben einen zylinderförmigen Körper. Überprüfe mit deinem Wissen, ob es sich hierbei um eine Analogie oder eine Homologie handelt. Der längliche Körperbau ist vorteilhaft beim Laufen durch die Erdgänge. Er ist ein Ergebnis einer konvergenten Entwicklung (Analogie) und findet sich auch bei vielen anderen Tieren, die im Boden leben (z. B. Regenwurm).

Vom Land ins Wasser (Seite 67)

1 Nenne wichtige Entwicklungen in der Evolution der Wale. Verstärkung der Knochen, höheres Gewicht, dadurch evtl. bessere Lage im Wasser, Verschluss der Nasenöffnungen, Verkleinerung der Ohren, flossenartige Vordergliedmaßen, reduzierte Hintergliedmaßen, Schwanzflosse.

2 Ein Merkmal des Basiskonzepts Entwicklung ist, dass Veränderungen unumkehrbar sind. Nimm Stellung dazu im Hinblick auf die Evolution des Wales vom Land- zum Wassertier. Das Prinzip des Basiskonzepts Entwicklung stimmt. Die Wale, die im Laufe ihrer Evolution wieder das Wasser als Lebensraum haben, sind in keiner Weise den wechselwarmen Fischsauriern ähnlich, die vor Jahrmillionen das Wasser bevölkert haben.

Material: Fossilien und Stammbäume (Seite 68/69)

1 Die nächsten heute noch lebenden Verwandten der Dinosaurier sind Vögel und Krokodile. Zeichne den Ausschnitt aus dem Stammbaum der Wirbeltiere, der diese Verwandtschaft darstellt. siehe Abbildung

2 Wenn Krokodile und Vögel sich über Laute verständigen können, dann ist es wahrscheinlich, dass Dinosaurier und der ge-meinsame Vorfahr der drei Tiergruppen dies auch konnten. Erläutere mithilfe deines Wissens über abgeleitete Merkmale und Stammbäume, weshalb diese Aussage richtig ist. Wenn das Merkmal bei Vögeln und Krokodilen weit verbreitet ist, hat es wahrscheinlich auch schon deren gemeinsamer Vorfahr gehabt. Da dieser auch der gemeinsame Vorfahr der Dinosaurier ist, sollte das Merkmal auch bei den Dinosauriern verbreitet gewesen sein.

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Krokodile

Vögel

DinosaurierDinosaurier



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3 Recherchiere über die Fähigkeit von Krokodilen und Vögeln, sich über Laute zu verständigen. Beurteile, ob sich die Darstellung der Dinosaurier in den Filmen wissenschaftlich begründen lässt oder ob sie bloß der Fantasie der Filmemacher entspringt. Auch wenn beide Tiergruppen die Laute anders generieren, ist die Verständigung durch Laute sowohl bei Krokodilen als auch bei Vögel weit verbreitet. Die Schlussfolgerung, dass dies auch bei Dinosauriern so war, ist naheliegend und die Darstellung im Film wahrscheinlich richtig.

4 Dinosaurier werden in Filmen stets als fürsorgliche Eltern dargestellt. Überprüfe auch dieses Merkmal und stelle deine Ergeb-nisse in einem Kurzvortrag vor. Auch dieses Merkmal ist bei Vögeln und Krokodilen sehr verbreitet. Weitere Argumentation wie in der Aufgabe zuvor.

5 Vögel besitzen keine Zähne. Erläutere mithilfe des Stammbaums (s. Seite 62), wann das Merkmal der Zahnlosigkeit entstan-den sein könnte. Von Krokodilen und Dinosauriern ist bekannt, dass sie ein gut ausgebildetes Gebiss haben bzw. hatten. Deshalb kann man schließen, dass der gemeinsame Vorfahr auch Zähne hatte. Auch Archaeopteryx hatte Zähne. Die Zahnlosigkeit dürfte deshalb ein abgeleitetes Merkmal der Vögel sein und erstmals beim gemeinsamen Vorfahren der Vögel aufgetreten sein.

6 Nenne Organe, die bei Tieren von solchen Pigmentstörungen besonders betroffen sind. Haut, Fell, Auge

7 In der Regel ist solch eine Veränderung für Tiere ein Nachteil. Erläutere an zwei Beispielen, welche Selektionsnachteile Albino-Tiere haben. Bei vielen Tieren dienen Haut oder Fell auch als Tarnung. Fehlende Tarnung macht sie für Räuber besser sichtbar. Wenn das Auge betroffen ist, sinkt die Sehleistung (Auge, z. T. Thema in Nawi), was bei der Nahrungssuche oder auch bei der Flucht vor Räubern Nachteile bringt. Eventuell kommen bessere Schülerinnen und Schüler auch auf höhere Lichtempfindlichkeit zu sprechen: Blasse Menschen müssen sich mehr vor der Sonne schützen. Das könnte auf Tiere übertragen werden.

8 Die weiße Farbe hat auch einen Selektionsvorteil. Dunkles Fell sendet stärker polarisiertes Licht aus. Insekten können pola-risiertes und unpolarisiertes Licht unterscheiden. Recherchiere die Begriffe „polarisiertes“ und „unpolarisiertes Licht“. Erkläre den Zusammenhang zwischen Albinos, ihrem Selektionsvorteil in dieser Hinsicht und Insekten. Albinotiere werden seltener von Insekten belästigt, können eher in Ruhe fressen und sind daher auch besser geschützt gegenüber Krankheiten, die von Insekten übertragen werden.

9 Der Höhlensalmer lebt sein gesamtes Leben in Höhlen. Und er ist nicht der einzige: wir kennen über 80 weiße Formen bei Fischarten. Stelle Vermutungen über die Lebensweise dieser Fischarten an. Sie leben alle in Höhlen, in die kein Tageslicht gelangt. Eine Tarnung ist daher sinnlos. Die meisten sind auch blind, zum Teil haben sich die Augen ganz zurückgebildet.

10 Nenne Gründe, warum Albino-Tiere in Zoos Publikumsmagneten sind. Gerade weil Albinos in der freien Natur selten sind, da sie dort Überlebensnachteile haben, werden sie in Zoos mit Begeisterung betrachtet. Die meisten Albinos gibt es auch in Zoos, weil hier die natürliche Selektion fehlt.

11 Betrachte die beiden Abbildungen und erkläre ausführlicher, inwiefern die Pflanzen an ihren Standort angepasst sind. Beide Pflanzen kommen an sehr trockenen Standorten (Wüste, Steppe) vor. Ihre Sprossachse ist verdickt, wahrscheinlich, um Wasser zu speichern, Blätter sind keine oder nur sehr kleine (je nach Bild) zu sehen. Damit ist die Transpiration vermindert.

12 Beurteile, ob es sich bei dem ähnlichen Aussehen um Homologien oder Analogien handelt. Homologie: Kriterium der Lage, Übereinstimmung in vielen Einzelteilen, Kriterium der Zwischenformen. Analogie: Ähnliches Aussehen, aber getrennt verlaufende Ausbildung des Merkmals aufgrund eines starken Selektionsdrucks in dieselbe Richtung.

13 Entwickle Vorschläge, wie du deine Vermutung überprüfen könntest. Es handelt sich um Analogien. Beide Pflanzen sind in geografisch weit auseinander liegenden Gebieten entstanden. Sie sind aber stammesgeschichtlich unterschiedlich und unabhängig voneinander entstanden. Man bezeichnet ihre Entstehung auch als konvergente Entwicklung oder kurz Konvergenz.

14 Eine Rose sollte man ohne Stacheln überreichen. Im Gegensatz zu den Dornen lassen sich die Stacheln leicht abbrechen. Erkläre. Die Auswüchse sind zum Beispiel beim Weißdorn Bildungen der Rinde, des Holzes und des Marks. Sie sind nicht von der Spross‑ achse zu entfernen. Bei den Stacheln sind es nur Bildungen der äußersten Schicht, der Rinde. Sie sind leicht von der Sprossachse zu entfernen, so wie bei den Rosen. Rosen haben also keine Dornen, sondern Stacheln.

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Vielfalt und Veränderung — TESTE DICH SELBST (Seite 70/71)

1 Erläutere die Artbildung von Grün- und Grauspecht. Vermutlich wurden Populationen des letzten gemeinsamen Vorfahren während der Eiszeit räumlich getrennt. Die getrennten Populationen entwickelten sich auseinander, bis eine Fortpflanzungsbarriere und damit zwei Arten entstanden waren.

2 In Mitteleuropa kommen heute beide Spechtarten vor. Erkläre, warum sie sich nicht vermischen. Offensichtlich besteht eine wirkungsvolle Fortpflanzungsbarriere. Die beiden Arten bleiben daher genetisch getrennt und vermi‑schen sich nicht.

3 Vergleiche die beiden Hypothesen und beschreibe den Unterschied. Die erste Hypothese geht davon aus, dass der gemeinsame Vorfahr von Wald‑ und Steppen‑Giraffe einen kurzen Hals besaß. Dies würde bedeuten, dass der lange Hals der Steppen‑Giraffe später entstanden ist und ein abgeleitetes Merkmal darstellt. Die zweite Hypothese geht von einem langhalsigen Vorfahren aus. Dies würde bedeuten, dass der kurze Hals der Wald‑Giraffe ein abgeleitetes Merkmal ist.

4 Die beiden Hypothesen nehmen verschiedene Lebensräume für den Vorfahren an. Erläutere. Einen kurzhalsigen Vorfahren würde man wie die heutige Wald‑Giraffe im Wald vermuten. Dies würde bedeuten, dass die Steppe erst später von Nachfahren dieser Wald‑Giraffe besiedelt wurde. Der langhalsige Vorfahr lebte eher in einer Steppe. In diesem Fall wären seine Nachfahren in den Wald vorgedrungen.

5 Die natürliche Selektion führt zu einer höheren Variabilität in einer Population. Die Aussage ist falsch. Die Variabilität ist die Anzahl aller Varianten für ein Merkmal. Da die Selektion schlechte Varianten ent‑fernt, wird die Variabilität durch die Selektion geringer.

6 Natürliche Selektion bedeutet, dass das größte, stärkste und schnellste Individuum überlebt. Die Aussage ist in mehrfacher Hinsicht falsch. Sie ist sozusagen kompletter Unfug. Bei der Selektion geht es in erster Linie um die Fortpflanzung. Da sich nur lebende Organismen fortpflanzen können, ist das Überleben allerdings nicht ganz unwichtig. Anpas‑sung an die Selektionsfaktoren ist wichtig. Es kann schon mal von Vorteil sein, wenn ein Lebewesen groß, stark und schnell ist. Das muss aber nicht so sein. Für eine parasitische Kopflaus ist es wahrscheinlich kein Vorteil, groß, stark oder schnell zu sein. Um sich erfolgreich fortzupflanzen, braucht ein Lebewesen nicht das größte, stärkste oder schnellste zu sein. Es reicht, wenn es groß, stark und schnell genug ist, um erfolgreich zu sein.

7 Die natürliche Selektion führt zur Anpassung der Mitglieder einer Population an ihre Umwelt. Die Aussage ist richtig. Die Entfernung unbrauchbarer Varianten durch die Selektion führt zur Anpassung.

8 Entscheide, ob die Lunge einem Frosch oder einem Menschen gehört, und begründe deine Entscheidung. Die Lunge ist stark gegliedert und zeigt eine starke Oberflächenvergrößerung. Deshalb gehört die Lunge zu einem Säugetier. Der Mensch ist ein Säugetier, also ist es eine menschliche Lunge.

9 Erkläre die Begriffe Analogie und Homologie. Analogie: Organe mit ähnlichem Bau, die aufgrund eines ähnlichen Selektionsdruckes entstanden sind. Die Arten sind nicht näher miteinander verwandt. Homologie: Ähnlichkeiten im Bau aufgrund von Verwandtschaft. Der Grundbauplan kann je nach Lebensweise abgewandelt sein.

10 Erläutere, ob es sich bei den Ähnlichkeiten auf den Abbildungen um Homologie oder Analogie handelt. Pinguin / Delfin: Analogie der Stromlinienform, denn die beiden Arten sind nicht miteinander verwandt (Pinguin: Vogel; Delfin: Säugetier). Flügel von Vogel und Schmetterling: Analogie, denn die beiden Arten sind nicht miteinander verwandt. Mundwerkzeuge von Insekten: Homologie, denn die Arten sind eng miteinander verwandt. Der Grundbauplan ist jedoch an verschiedene Ernährungsweisen angepasst.

11 Erkläre, wie die Ausbildung des langen Rüssels beim Schmetterling wahrscheinlich entstanden ist. Schmetterling und Sternorchidee sind ein Beispiel für Koevolution. Zufällig entstand eine Orchidee mit einem Sporn. Ebenfalls zufällig entstand ein Schmetterling mit einem langen Rüssel. Wiederum zufällig entstand ein noch längerer Sporn. Wenn jetzt ein Schmetterling zufällig ebenfalls einen längeren Rüssel hatte, so hatte er eine höhere Fitness als seine Artgenossen, weil es mit dieser Angepasstheit eine Futterquelle gibt, die nur von ihm zu erreichen ist. Das Merkmal „längerer Rüssel“ setzte sich durch.

12 Erkläre, wie das Fossil des Archaeopteryx entstanden ist. Der tote Archaeopteryx lag wahrscheinlich in einem Gewässer oder Moor, da dort die Verwesung nur sehr langsam stattfindet. Nach und nach wurden seine Überreste von Schlamm überdeckt. Durch immer mehr Schichten stieg der Druck und der Schlamm verfestigte sich zu Gestein. In diesem Gestein hat man 1861 das Fossil entdeckt.

13 Nenne Merkmale, die Archaeopteryx mit Sauriern gemeinsam hat, und solche, die er mit Vögeln teilt. Saurier: bezahnter Kiefer, kleines Brustbein, Fingerglieder frei, lange Schwanzwirbelsäule Vögel: Federn, hohle Knochen

14 Erkläre wie Kaibabhörnchen und Aberthörnchen entstanden sind. Die beiden Hörnchenarten sind durch allopatrische Artbildung entstanden. Beide gehen also auf einen gemeinsamen Vorfahren zurück. Dieser lebte auf beiden Seiten des Grand Canyon. Weil die Schlucht durch den Colorado River immer breiter und tiefer wurde, war sie irgendwann für die Hörnchen nicht mehr überwindbar. Die beiden Populationen waren nun geografisch getrennt und entwickelten sich fortan unterschiedlich.

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Vielfalt und Veränderung — Basiskonzept: Entwicklung (Seite 72/73)

1 Es gibt Forschungsanlagen, in denen zum Beispiel Pflanzen hohen Strahlungen ausgesetzt werden. Diese Strahlungen erhö-hen die Anzahl der Mutationen um ein Vielfaches. Formuliere eine Hypothese zum Nutzen dieses Vorgehens. Eine hohe Mutationsrate erhöht die Variabilität. Damit sind Pflanzen mit neuen Eigenschaften möglich. Das ist auch ein Beispiel dafür, wie der Mensch in die Evolution eingreift (vgl. Züchtung in Nawi).

2 Erstelle eine Tabelle mit weiteren Beispielen für das Prinzip der Koevolution. Zum Beispiel: Faultier und Schmetterling.

3 In dem Film „Jurassic Park“ sind die Hauptdarsteller „neugeschaffene“ Dinosaurier. Gehen wir mal von der Annahme aus, dass so etwas möglich wäre: Beurteile, ob das Prinzip der Unumkehrbarkeit dann noch Gültigkeit hätte. Selbst wenn man Dinosaurier neu erschaffen könnte, ist die Umgebung eine andere: die Nahrung, das Klima, andere Lebewesen, die mit ihnen konkurrieren, sie beeinflussen. Im Film kommt noch hinzu, dass die Dinosaurier von Menschen gejagt werden, die es zur Zeit der Dinosaurier noch gar nicht gab.


© Ernst Klett Verlag GmbH, Stuttgart 2014 | www.klett.de | Alle Rechte vorbehalten Natura 7 — 10 Biologie Arbeitsbuch 1, Rheinland-Pfalz

Lösungen Grafiken: Klett-Archiv

Vielfalt und Veränderung — Arbeitsblatt: Kriechtier, Archaeopteryx und Vogel im Vergleich (Seite 74/75)

1 Fülle die untenstehende Tabelle für Kriechtiere und Vögel aus. Orientiere dich an den Skeletten auf der zweiten Seite. siehe Tabelle

2 a) Kennzeichne am Skelett des Archaeopteryx auf der zweiten Seite Vogelmerkmale mit rotem und Kriechtiermerkmale mit blauem Farbstift. b) Fülle jetzt die Tabelle für Archaeopteryx aus. c) Wenn die Merkmale des Archaeopteryx mit Kriechtiermerkmalen übereinstimmen, zeichne von der mittleren Spalte der Tabelle einen Pfeil nach links, stimmen sie mit Vogelmerkmalen überein, so zeichne einen Pfeil nach rechts. a) siehe Abbildung b) siehe Tabelle Aufgabe 1 c) siehe Abbildung

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Kriechtier Archaeopteryx Vogel

Schädel Kiefer mit Zähnen schnabelförmige Kiefer mit Zähnen Hornschnabel ohne Zähne

Wirbelsäule aus frei beweglichen Wirbeln aus frei beweglichen Wirbeln Halswirbel: beweglich, sonst starr verwachsen

Schwanz lang lang kurz

Brustkorb vordere Rippen verwachsen, hintere frei

Rippen frei beweglich alle Rippen mit Brustbein ver-wachsen

Vordergliedmaßen fünf Finger mit Krallen Flügel; drei Finger mit Krallen Flügel; drei Finger ohne Krallen

Hintergliedmaßen fünf freie Zehen mit Krallen vier Zehen mit Krallen, eine nach hinten gerichtet

vier Zehen mit Krallen, eine nach hinten gerichtet

Körperbedeckung Hornschuppen Federn Federn

rot (Vogelmerkmale)blau (Reptilienmerkmale)

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Archaeopteryx



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Vielfalt und Veränderung — Arbeitsblatt: Charles Darwin auf wissenschaftlicher Weltreise (Seite 76/77)

1 a) Wie lange dauerte die Reise? b) Welche geografischen Länder bzw. Inseln hat Darwin bereist? Gibt die wichtigsten Stationen der Beagle an. a) Vom 27. 12. 1831 bis zum 02. 10. 1836, also fast 5 Jahre. b) Abreise in Plymouth (England), St. Paul (vor Brasilien), Falklandinseln (vor Argentinien), Galagagosinseln (vor Ecuador), Tahiti / Polynesien, Nordinsel von Neuseeland, Sidney / Australien, Mauritius (vor Südafrika), Kapstadt / Südafrika, Ascension (nördlicher Südatlantik), Rückkehr nach Plymouth

2 a) Was bedeutet Konstanz der Arten? b) Welche ganz entscheidenden Beobachtungen hielt Darwin auf den Galapagos-Inseln fest? c) Welchen anfangs sehr vorsichtigen Schluss hat Darwin aus seinen oben genannten Beobachtungen auf Galapagos gezogen? a) Arten bleiben gleich, neue Arten entstehen durch Neuschöpfung. b) Die meisten Tiere und Pflanzen sind einheimisch (endemisch), zeigen aber Ähnlichkeiten / Verwandtschaften mit Tieren und Pflanzen des Kontinents Südamerika. c) Neue Arten entwickeln sich aus Stammformen. Es gibt eine Entwicklung der Arten.

Vielfalt und Veränderung — Arbeitsblatt: Homologe und analoge Organe — Belege für die Evolution? (Seite 78/79)

1 a) Vervollständige die Beschriftung am Grundbauplan des Insektenbeins (s. Seite 79). b) Welche Besonderheiten erkennst du bei der Gestalt der folgenden Insektenbeine? c) Was sind homologe Organe? Begründe anhand der folgenden Darstellung. Ergänze fehlende Begriffe bzw. streiche falsche aus. d) Lassen sich Homologien als Begründung der Evolution verwenden? Denke daran, was „Evolution“ bedeutet. a) oben: Schenkel; links (von oben nach unten): Hüftglied, Schenkelring; rechts (von oben nach unten): Schiene, Fuß b) Sprungbein der Heuschrecke: Schenkel und Schiene stark verlängert. Schenkel mit starker Sprungmuskulatur. Klammerbein der Kopflaus: kräftig zum Festklammern, insbesondere mit der „Zange“ aus Schiene und Fuß. Schwimmbein des Taumelkäfers: lange Haare an Schiene und Fuß mit der Wirkung eines Paddels. c) homologe Organe; analoge Organe Homologie; Analogie links (von oben nach unten): Grundblauplan gleich; Umwelt verschieden; Organgestalt / Organfunktion verschieden rechts (von oben nach unten): Grundbauplan verschieden; Umwelt gleich; Organgestalt / Organfunktion gleich / ähnlich d) Evolution bedeutet Abstammung und Entwicklung. Homologe Organe haben einen gemeinsamen Grundbauplan, sind aber in verschiedene Richtungen weiterentwickelt und spezialisiert — sie sind also Belege der Evolution.

2 a) Zu welchen Tiergruppen gehören die einzelnen Wurmgestalten? Setze die Namen in die Zeichnung ein. b) Was heißt „konvergente Entwicklung“? c) Ist die Wurmgestalt eine Homologie oder eine Analogie? Begründe. d) Sind Analogien Belege der Evolution? a) Neunauge: Rundmäuler; Aal: Knochenfisch; Ringelechse: Kriechtiere; Regenwurm: Ringelwürmer; Wurmschnecke: Weichtiere b) Gestaltähnlichkeit nicht verwandter Organismen infolge ähnlicher Lebensweise. c) Es sind Analogien, weil hier die Grundbaupläne vollkommen unterschiedlich sind. d) Nein, sie lassen sich nicht auf den gleichen Grundbauplan / Ausgangstyp zurückführen.

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3 Versorgung mit Stoffen und Energie

3. 1 Ernährung und Verdauung

Bestandteile der Nahrung (Seite 82)

1 Recherchiere die Inhaltsstoffe auf einer Lebensmittelverpackung. Schreibe auf, welche Kohlenhydrate, Fette, Eiweiße, Mineral-stoffe, Ballaststoffe und Vitamine enthalten sind. Die Antwort der Schülerin oder des Schülers ist abhängig von der Wahl der Lebensmittelverpackung.

2 Informiere dich über essentielle Fettsäuren und über Lebensmittel, in denen diese vorhanden sind. Essentielle Fettsäuren kann der Körper nicht selbst herstellen, er muss sie mit der Nahrung aufnehmen. Vorhanden sind diese z. B. in Leinöl und Rapsöl.

Praktikum: Nährstoffnachweise (Seite 83)

1 Beschreibe die Farbveränderung in dem Reagenzglas mit der Stärkelösung, nachdem du die Lugol‘sche Lösung zugegeben hast. Die Stärkelösung färbt sich dunkelblau, fast schwarz.

2 Erkläre deine Ergebnisse bei dem Stärkenachweistest von Äpfeln und Brötchen. Im Brötchen ist Stärke enthalten, daher verläuft der Nachweis mit Lugol‘scher Lösung positiv (dunkelblaue Färbung, dort wo das Nachweisreagenz aufgetropft wurde). Im Apfel ist keine Stärke vorhanden, daher verläuft der Test negativ (die Lugol‘sche Lösung verfärbt sich nicht dunkelblau, sie bleibt bräunlich).

3 Wähle fünf Nahrungsmittel aus, von denen du annimmst, dass sie Eiweiß enthalten. Führe den Eiweißnachweis durch und stelle deine Ergebnisse in einer Tabelle dar. Individuelle Lösung: Eiweißhaltige Nahrungsmittel sind z. B. Quark, Ei, Joghurt, Milch, …

Warum Verdauung wichtig ist (Seite 84)

1 Erläutere, warum es sinnvoll ist, dass der Körper das meiste des investierten und mit der Nahrung aufgenommenen Wassers zurückgewinnt. Wasser ist für unsere Stoffwechselprozesse sehr wichtig. Würden im Darm nicht große Mengen an Wasser für den Körper zurück-gewonnen, müssten wir jeden Tag etwa 10-mal so viel Wasser trinken.

2 Fertige eine Skizze über den Aufbau der Darmschleimhaut an. Es soll keine professionelle Skizze erwartet werden, aber die Oberflächenvergrößerungen durch mehrfache Auffaltungen der Dünndarmschleimhaut sollten zu erkennen sein.

3 In Abb. 1 sind die Bezeichnungen der an der Verdauung beteiligten Organe in zwei Farben gedruckt. Recherchiere, was damit deutlich gemacht werden soll. Mit den Farben werden zwei unterschiedliche Organgruppen gekennzeichnet. Einmal sind das die Organe, durch die der Nah-rungsbrei direkt durchgeleitet wird. Andernfalls sind es Organe, die bei der Verdauung Hilfe leisten, aber keinen direkten Kontakt zum Nahrungsbrei haben.

Enzyme — Werkzeuge der Zellen (Seite 85)

1 Stelle die Enzymwirkung in einem Fließdiagramm dar. Die Darstellung sollte in etwa folgenden Verlauf zeigen: Substrat plus Enzym, (Reaktions-) Pfeil, Produkt, Enzym.

2 Im Text wird die Enzymwirkung mit einem Schlüssel-Schloss-Modell verglichen. Erläutere, inwiefern der Vergleich stimmt und inwiefern nicht. Passgenauigkeit wird durch das Modell deutlich (Substratspezifität). Bei dem Modell wird das Schloss aber nicht verändert: Die Wirkungsspezifität der Enzyme lässt sich mit dem Modell nicht erklären.

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Verdauung der Nährstoffe (Seite 86/87)

1 Beschreibe die Verdauung und die Resorption der drei Nährstoffe im Dünndarm mithilfe von Abb. 2. Im Dünndarm werden alle Nährstoffe in ihre Bestandteile gespalten. Langkettige Kohlenhydrate werden nach und nach in Ein-fachzucker gespalten. Die Einfachzucker werden über die Darmzellen in die Blutgefäße aufgenommen. Fette werden in Glycerin und jeweils drei Fettsäuren gespalten. Glycerin wird in die Blutgefäße aufgenommen, die Fettsäuren werden in die Lymphe resor-biert. Proteine, die lange Ketten aus Aminosäuren sind, werden in die einzelnen Aminosäuren zerlegt. Die Aminosäuren gelangen über die Darmzellen in die Blutgefäße.

2 Erkläre, warum Lebensmittel, die Stärke enthalten (z. B. Brot), länger sättigen, als Lebensmittel die nur Saccharose (z. B. Scho-kolade) enthalten. Saccharose ist ein Zweifachzucker, dieser ist schnell verdaut, d. h. enzymatisch gespalten. Er wird also schnell resorbiert. Stärke ist ein Vielfachzucker mit langen Ketten. Diese werden viel langsamer gespalten. Die Verdauung und das Sättigungsgefühl dauern somit länger an.

3 Nenne und erkläre die Angepasstheiten des Dünndarms, indem du auf das Basiskonzept Struktur und Funktion eingehst. Der Dünndarm zeigt eine enorme Oberflächenvergrößerung. Seine Struktur (Darmzotten, Mikrovilli) passt zu seiner Funktion: Er ist nur 3 — 5 Meter lang und hat 4 cm Durchmesser, aber seine Oberfläche ist von der Größe eines Fußballfeldes. Durch die Oberflächenvergrößerung befindet sich auf relativ kleinem Raum eine unvorstellbar große Zahl an Darmzellen, die alle die Nährstoff-Bausteine resorbieren können. Die Resorption verläuft somit sehr effektiv.

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3. 2 Transport von Stoffen

Unser Blut — ein Transportorgan (Seite 89)

1 Erläutere mithilfe des Basiskonzepts Struktur und Funktion, warum es sinnvoll ist, dass die Gesamtoberfläche der Lungenbläs-chen sehr groß ist. An der Oberfläche der Lungenbläschen findet der Gasaustausch statt. Je größer die Oberfläche ist, desto effektiver kann der Gas-austausch erfolgen. Das Oberflächenprinzip ist ein Teilkonzept des Basiskonzepts Struktur und Funktion.

2 „In den Arterien fließt immer arterielles, also sauerstoffreiches Blut“. Begründe, warum diese Aussage falsch ist. Arterielles Blut ist sauerstoffreich, venöses Blut ist sauerstoffarm. Die Bezeichnung der Blutgefäße richtet sich nach anderen Kriterien: Arterien führen vom Herzen weg, Venen zum Herzen hin. Die Lungenvene, die von der Lunge zum Herzen führt, enthält daher arterielles Blut und die Lungenarterie dagegen venöses. Allerdings ist die Länge dieser Blutgefäße im Vergleich zu denen des Körperkreislaufs deutlich geringer.

Atmen ist lebenswichtig (Seite 90/91)

1 Die Sauerstoffmoleküle aus deiner Umgebung müssen die Zellen deiner Muskeln erreichen. Beschreibe in Form eines Erleb-nisberichts den Weg, den ein Sauerstoffmolekül dabei zurücklegt. Zum Beispiel: Ein Sauerstoffmolekül wird beim Einatmen von einem Luftstrom mitgerissen. Es rast vorbei an Lippen, Zähnen und Zunge in eine Luftröhre. Die Luftröhre verzweigt sich vielfach und das Sauerstoffmolekül saust in immer kleinere Röhren und landet schließlich in einem winzigen Lungenbläschen. Hier geschieht etwas Sonderbares. Das Sauerstoffmolekül bewegt sich aus der Luft durch die Wand des Lungenbläschens und eine weitere Wand, bis es in eine Blutkapillare gelangt ist. Auch hier wird das Sauerstoffmolekül wieder mitgerissen. Der Blutstrom transportiert das Sauerstoffmolekül schnell in immer größer werdende Adern. Dann geht die Reise weiter durch das Herz und danach werden die Adern immer kleiner, bis das Sauerstoffmolekül in einer Kapillare das Blutgefäßsystem verlässt. Es bewegt sich durch die Wand der Kapillare und erreicht schließlich durch eine Zellmem-bran das Innere einer Zelle.

2 In deinem Körper entsteht Kohlenstoffdioxid. a) Nenne die Stellen, an denen der Stoff entsteht. b) Erkläre, warum dein Körper diesen Stoff loswerden muss. a) In den Mitochondrien aller lebenden Zellen entsteht bei der Zellatmung Kohlenstoffdioxid. b) Durch die Zellatmung produzieren wir beständig Kohlenstoffdioxid. Würde unsere Atmung nicht dafür sorgen, dass Kohlen- stoffdioxid den Körper verlässt, würde es sich zu giftigen Konzentrationen anreichern.

3 Beim Einatmen pumpen wir sauerstoffreiche Luft in die Alveolen und beim anschließenden Ausatmen wird kohlenstoffdioxid-reiche Luft aus den Alveolen gepresst. Beschreibe, was zwischen dem Ein- und Ausatmen in den Alveolen und den angrenzen-den Blutkapillaren passiert. Durch das Einatmen gelangt sauerstoffreiche und kohlenstoffdioxidarme Luft in das Lungenbläschen. Da sich in dem Blut der Blutkapillaren nur sehr wenig Sauerstoff befindet, diffundiert Sauerstoff nun aus der Luft ins Blut. Dadurch wird das Blut sauer-stoffreich. Gleichzeitig diffundiert Kohlenstoffdioxid aus dem kohlenstoffdioxidreichen Blut in die kohlenstoffdioxidarme Luft des Lungenbläschens. Dadurch wird das Blut kohlenstoffdioxidarm. Die nun kohlenstoffdioxidreiche und sauerstoffarme Luft gelangt beim folgenden Ausatmen aus dem Körper.

Das Herz als Motor (Seite 92)

1 Stelle den Weg des Bluts durch das Herz in einem Fließdiagramm dar. Körpervene → rechter Vorhof → rechte Herzkammer → Lungenarterie → (Lunge →) Lungenvene, → linker Vorhof → linke Herz-kammer → Körperarterie (→ Körper → Körpervene)

2 Die Muskulatur der linken Herzhälfte ist deutlich stärker als die der rechten Herzhälfte. Begründe diesen Sachverhalt. Die Muskulatur ist stärker, weil der Körperkreislauf viel größer (sowohl länger als auch im Volumen größer) ist als der Lungen-kreislauf. Die Muskulatur der linken Herzhälfte muss also viel stärker pumpen / einen stärkeren Druck aufbauen als die rechte Herzhälfte.

3 Entwickle einen Klappenmechanismus für Luftmatratzen, bei dem Luft hinein, aber nicht heraus kann. In aller Regel werden die Schülerinnen und Schüler einen Mechanismus entwickeln, bei dem ein Luftstrom, der durch Hinein- blasen z. B. in ein Rohr, eine Klappe öffnet und die Luft so z. B. in einen Ballon strömen kann. Wird nicht geblasen, verschließt der Luftdruck in dem Ballon das Ventil.

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Praktikum: Präparation des Herzens (Seite 93)

1 Betrachte die Herzklappen genau, wenn du das Wasser hineingespritzt hast. Fertige eine genaue Zeichnung an, in der du darstellst, aus welchen Teilen eine Herzklappe besteht und wie die Teile angeordnet sind. Recherchiere Herzkrankheiten, an denen die Herzklappen beteiligt sind. Berichte in der Klasse über Möglichkeiten der Therapie. Die mit Wasser gefüllten Segel der Klappen sehen aus wie Eistüten aus dünnem, weißen Stoff. Wenn alle drei mit Wasser gefüllt sind, liegen sie so eng aneinander, dass zwischen ihnen kein Raum mehr frei ist. Es gibt Herzklappen, die aus zwei solcher Segel bestehen, und welche, die aus drei Segeln bestehen. Herzkrankheiten: z. B. Atemnot, Wasser in den Beinen, Bluthochdruck, Herzrythmusstörungen Therapie: Fast immer wird operiert. Entweder werden künstliche Herzklappen implantiert oder die erkrankten Herzklappen wer-den mit künstlichem Gewebe so verstärkt, dass sie wieder eine Zeitlang richtig funktionieren.

Praktikum: Versuche zu Atmung und Verdauung (Seite 94/95)

1 Diskutiere mit deinem Nachbarn, wie effektiv eine solche Lunge im Vergleich zu einer menschlichen Lunge funktioniert. Die Innenfläche der hypothetischen Lunge müsste mit einem Blutkapillarnetz ausgekleidet sein, um den Gasaustausch zu ermög-lichen. Die Austauschfläche (< 0,5 m2) wäre dennoch sehr klein im Vergleich zur realen Lunge, der Gasaustausch entsprechend langsam.

2 Erstelle aus deinen Ergebnissen zur Pulsmessung ein Säulendiagramm und übertrage deine Beobachtungen zur Atmung in eine Tabelle. Das Säulendiagramm sollte etwa folgenden Verlauf zeigen: Ruhepuls: 70 bis 85 Schläge pro Minute, nach Kniebeugen deutlich höher, nach Pause wieder weniger, aber noch kein Ruhepuls.

3 Vergleiche die Ergebnisse aus 1., 2., 4. und 5. Begründe mithilfe deines Wissens über den Blutkreislauf und die Atmung, wie die unterschiedlichen Ergebnisse deiner Messungen zustande kommen. Aktive Muskeln brauchen mehr Sauerstoff bzw. es muss mehr CO2 den Körper verlassen. Erhöhung der Pulsfrequenz führt zu schnellerem Transport im Blut. Erhöhung der Atemfrequenz bzw. tieferes Atmen führt zu einer schnelleren Versorgung der Lunge mit Frischluft. Bei sportlich sehr aktiven Kindern führen 20 Kniebeugen eventuell nicht oder nur in geringem Maße zu einer deut-lich beobachtbaren Veränderung der Atmung.

4 Erläutere die Reaktionsgeschwindigkeit der Amylase mithilfe deiner Beobachtungen zu Versuchsteil 1. Bei der starken Verdünnung ergibt die Stärke mit der Lugol‘schen Lösung eine hellblaue Färbung. Diese Färbung wird umso schwächer, je mehr Stärke von der Amylase abgebaut worden ist. Da die blaue Färbung nur allmählich verschwindet, wird die Stärke langsam abgebaut.

5 Formuliere eine begründete Aussage zu der folgenden Behauptung: „Die Verdauung unserer Nahrung beginnt bereits im Mund.“ Unter Verdauung versteht man den Abbau von Nährstoffen mithilfe von Verdauungsenzymen. Da unser Speichel mit der Amylase ein solches Enzym enthält, kann man behaupten, dass die Verdauung bereits im Mund beginnt. Aber auch das Zerkleinern der Nahrung beim Kauen und das Vermischen des Nahrungsbreis mit reichlich flüssigem Speichel unterstützen die Arbeit der Enzyme.



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3. 3 Auch Zellen atmen

Aufbau der tierischen Zelle (Seite 96)

1 Vergleiche den Aufbau einer tierischen Zelle mit dem einer pflanzlichen Zelle. Nutze dazu auch die Seite 114 im Buch. siehe Tabelle

Die Zellatmung (Seite 97)

1 Stelle eine Hypothese auf, weshalb die innere Mitochondrienmembran stark gefaltet ist. Benutze dabei deine Kenntnisse zum Basiskonzept Struktur und Funktion. Die innere Mitochondrienmembran ist stark gefaltet, um ihre Oberfläche auf kleinstem Raum zu vergrößern. An der inneren Mito-chondrienmembran finden die Vorgänge der Zellatmung statt. Durch das Prinzip der Oberflächenvergrößerung kann auf kleinem Raum effektiv eine größere Menge ATP produziert werden, als dies bei einer nicht gefalteten Membran der Fall wäre.

Material: Stoffwechselvorgänge (Seite 100/101)

1 Begründe die Benutzung von Atemgeräten durch Bergsteiger in großen Höhen mithilfe deines Wissens über die Atmung beim Menschen. Mit zunehmender Höhe sinkt der Luftdruck, d. h. es steht weniger Sauerstoff in der Luft zur Verfügung. Deshalb leidet man in großer Höhe unter Sauerstoffmangel. Werden die Organe deshalb unterversorgt, kann dies schwerwiegende Folgen für den Orga-nismus haben.

2 Erstelle ein Fließdiagramm der Proteinspaltung mit Actinidain. Verwende hierbei die Symbole von Seite 82 und ordne die Begriffe Substrat und Produkt richtig zu. Substrat: Quark-Protein → Enzym Actinidain → Produkte: bitter schmeckende Aminosäuren

3 Teste nach dem obigen Muster weitere Obstsorten, ob sie mit Quark vermischt einen bitteren Geschmack verursachen. Proto-kolliere die Ergebnisse und formuliere einen Ratgeber für die Herstellung von Obst-Quark-Gemischen. Verwende unbedingt frisches Obst! Weitere Obstsorten mit Cystein-Proteasen sind: Ananas, Papaya, Feigen und eventuell Mango.

4 Stelle eine begründete Hypothese auf, warum das Kiwi-Quark-Gemisch nicht von Beginn an bitter schmeckt und warum es mit der Zeit immer bitterer wird. Zu Beginn, wenn das Protein aus dem Quark und das Enzym der Kiwi aufeinander treffen, liegen noch keine einzelnen Amino-säuren vor, die einen bitteren Geschmack bedingen könnten. Aus der langen Proteinkette werden von dem Protein spaltenden Enzym nach und nach immer mehr einzelne Aminosäuren abgetrennt. Je mehr Aminosäuren vorliegen, desto bitterer wird der Geschmack.

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tierische Zelle pflanzliche Zelle

Zellkern vorhanden vorhanden

Mitochondrien vorhanden vorhanden

Zellwand nicht vorhanden vorhanden

Vakuole nicht vorhanden vorhanden

Chloroplasten nicht vorhanden vorhanden

Golgi-Apparat vorhanden vorhanden

Zellmembran vorhanden vorhanden

Zellplasma vorhanden vorhanden

Endoplasmatisches Reticulum vorhanden vorhanden



Lösungen Grafik: Wolfgang Herzig, Essen

5 Stelle in mehreren schematischen Zeichnungen die zunehmende Verengung von Blutgefäßen dar. Beschrifte deine Zeichnung. Es ist darauf zu achten, dass das blutversorgende Gefäß laut Text eine Arterie sein sollte (s. Abb.).

6 Beschreibe die Folgen des Gefäßverschlusses für die von dem Gefäß versorgten Zellen. Bei einem Herzinfarkt werden Bereiche des Herzens nicht mehr mit Blut versorgt, erhalten also keinen Sauerstoff. Der Herzmuskel benötigt Sauerstoff, um aus Glucose Energie für seine Kontraktionen zu erhalten. Ohne Sauerstoff kann der Muskel also nicht kon-trahieren. Es wird weniger Blut durch den Körper gepumpt. Dies hat zur Folge, dass auch andere Organe nun weniger Sauerstoff erhalten.

7 Entwickle ein Verfahren, mit dem einem Herzinfarktpatienten geholfen werden kann. individuelle Lösungen, z. B.: Bypass (umgehendes Blutgefäß neu legen), Blutgefäß ähnlich wie bei einer Pfeife reinigen.

8 Informiere dich über Risikofaktoren, die einen Herzinfarkt begünstigen. Risikofaktoren sind z. B. chronischer Bluthochdruck, Rauchen, fettreiche Ernährung, Bewegungsmangel, Übergewicht, Alter, Stress.

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Gesunde Arterie Arterie mit erstenGefäßveränderungen

Stark verengteArterie



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Versorgung mit Stoffen und Energie — TESTE DICH SELBST (Seite 102/103)

1 Erkläre die in Abb. 1 dargestellte Zusammensetzung der eingeatmeten und der ausgeatmeten Luft. Die Einatemluft beinhaltet 4 % mehr Sauerstoff als die Ausatemluft. In Bezug auf den Gehalt von Kohlenstoffdioxid ist das Ver-hältnis umgekehrt. Dies liegt daran, dass der über die Lunge ins Blut aufgenommene Sauerstoff zu den Zellen transportiert wird. Er wird dort für die Zellatmung benötigt. Dabei werden energiereiche Stoffe umgesetzt und die in ihnen steckende Energie für die Zelle nutzbar gemacht. Bei dieser Stoffumwandlung entsteht Kohlenstoffdioxid, das über das Blut und die Lunge an die Umge-bungsluft abgegeben wird.

2 Beschreibe den Verlauf der Kurve in Abb. 2. Erkläre den dargestellten Verlauf der Herzfrequenz in Abhängigkeit von der ange-gebenen Zeit. Beschreibung: Dargestellt ist die Herzfrequenz in Schlägen pro Minute in Abhängigkeit von der Zeit in Minuten. Die Herzfrequenz ist dabei in 25er-Schritten von 0 bis 225 Schlägen aufgetragen, wobei der Bereich von 0 — 100 nicht skaliert ist. Die Zeit ist in 5er-Schritten von der 0. bis zur 22. Minute aufgetragen. Während die Herzfrequenz zu Beginn der Untersuchung bei etwa 120 Schlägen pro Minute liegt, steigt sie ab dem Startpunkt bei etwa einer Minute binnen einer Minute auf ca. 175 Schläge pro Minute. Bei dieser Frequenz bleibt sie mit leichten Schwankungen bis zum Zieleinlauf bei der 18. Minute konstant, um dann bis zur 21. Minute recht gleichmäßig auf etwa 120 Schläge pro Minute abzufallen. Auswertung: Durch die sportliche Belastung benötigen vor allem die Muskelzellen mehr energiereiche Stoffe und auch Sauerstoff für die erhöhte Zellatmung. Diesem Bedarf wird durch eine Erhöhung der Herzfrequenz und damit einer schnelleren Anlieferung von Sauerstoff entsprochen. Zudem kann der verstärkte Anfall von Kohlenstoffdioxid als Stoffwechselendprodukt auf diese Weise schneller entfernt werden. Nach Beendigung der Belastung sinkt der Bedarf an Transport von Sauerstoff und Kohlenstoffdioxid wieder und die Herzfrequenz sinkt demgemäß auf die Frequenz, die vor der Belastung gemessen wurde.

3 Beschreibe den in Abb. 4 dargestellten Abbau von Lactose. Die Lactase ist ein Enzym. Ihr Substrat ist die Lactose. Die Lactase spaltet Lactose in Glucose und Galactose.

4 Erläutere das Schlüssel-Schloss-Prinzip anhand der Abbildung. Enzyme arbeiten nach dem Schlüssel-Schloss-Prinzip. Sie passen ganz genau auf ihr Substrat und können auch nur dieses umsetzen.

5 Formuliere eine begründete Hypothese, wodurch Lactoseintoleranz verursacht wird. Lactoseintoleranz könnte durch veränderte oder fehlende Enzyme hervorgerufen werden, da bei diesen Patienten Lactose nicht abgebaut wird.

6 Zeichne die abgebildete Zelle in dein Heft und benenne ihre Bestandteile. Du könntest in deiner Zeichnung alle Organellen kennzeichnen, die du auf Seite 96 im Arbeitsbuch gefunden hast. Wenigstens solltest du aber die Organellen eingetragen haben, die du in der Zeichnung auf der Seite 98 finden kannst.

7 Erläutere, ob es sich um eine tierische Zelle oder um eine pflanzliche Zelle handelt. Schreibe in dein Heft. Es fehlen zum Beispiel Chloroplasten und eine feste Zellwand. Daher muss es sich um eine tierische Zelle handeln.

8 Erläutere, welches Kohlenhydrat im Fruchtfleisch der Banane das Ergebnis des Lugol-Tests verursacht. Es handelt sich um Stärke, da der Lugol-Test positiv ausfällt und der Test spezifisch für Stärke ist.

9 Nenne das Enzym, das in der Banane enthalten sein muss, um das Kohlenhydrat in den unreifen Bananen in Maltose abzu-bauen. Das Enzym ist Amylase.

10 Verdauungsenzyme befinden sich auch in Waschmitteln, mit denen wir unsere Wäsche waschen. Erläutere, welchen Nutzen diese Enzyme beim Wäschewaschen haben. Essensreste, von denen Wäsche häufig verschmutzt ist, enthalten Kohlenhydrate, Proteine und Fette. Diese werden von den Enzymen in ihre Bestandteile zerlegt und dadurch leichter auswaschbar. Da die Textilien nicht aus den oben genannten Stoffen bestehen und die Enzyme substratspezifisch sind, wird die Kleidung nicht von den Enzymen angegriffen.

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Versorgung mit Stoffen und Energie — Basiskonzept: Struktur und Funktion (Seite 104/105)

1 Nicht immer führen falsche Bauanleitungen bei Enzymen zu Störungen. Erläutere am Modell „Schlüssel-Schloss“, an welchen Stellen eine Veränderung des Enzyms keine Auswirkung hat. Wenn man beim Modell bleibt, ist der Schlüsselgriff die Stelle, die für die Funktion nicht bedeutsam ist.

2 Nach längerem intensivem Sporttraining werden die betreffenden Muskelgruppen gedehnt. Erkläre, warum das aus biologi-scher Sicht sinnvoll ist. Damit wird einer dauerhaften Muskelverkürzung vorgebeugt. Wirklich wichtig ist es, wenn einseitig bestimmte Übungen gemacht werden, wie z. B. an Geräten in Sportstudios.

3 Wenn es sehr heiß ist und du nach einem anstrengenden Lauf schwitzt, breitest du deine Arme weit aus und streckst dich. Wenn du frierst, kauerst du dich zusammen und machst dich klein. Deute dieses Verhalten. Wir können die Oberfläche nicht verändern, um unsere Temperatur zu regeln. Aber wir können die Kontaktfläche zwischen dem Körper (zu regelnde Temperatur) und dem Außenbereich vergrößern oder verkleinern, was wir instinktiv tun.

Versorgung mit Stoffen und Energie — Basiskonzept: Energie (Seite 106/107)

1 Wenn du dich körperlich anstrengst, erhöhen sich Atmung und Puls. Erkläre dieses Phänomen detailliert mithilfe deiner Kenntnisse zur Energieumwandlung im Körper. Bei körperlicher Anstrengung wird mehr Energie in Form von ATP benötigt. ATP ist das Produkt der Zellatmung. Wenn mehr ATP benötigt wird, muss mehr Zellatmung ablaufen. Dafür wird Sauerstoff benötigt, daher muss man stärker atmen. Damit dieser auch schnell zu den Zellen kommt, erhöht sich der Puls.

2 Ein Fußballprofi kann sehr viel mehr essen ohne zuzunehmen als jemand, der im Büro arbeitet und keinen Sport macht. Begründe. Der Fußballprofi braucht täglich viel Energie, da er sich viel bewegt. Seine Energiebilanz ist ausgeglichen. Jemand, der sich kaum bewegt, braucht entsprechend weniger Energie. Nimmt er jedoch die gleich Menge an Energie zu sich, so ist seine Energiebilanz unausgeglichen und er nimmt zu, da er Fettreserven anlegt.

3 Ein Wasserkraftwerk ist ein auch Energiewandler. Vergleiche die Energieumwandlungsprozesse des Kraftwerks mit den Ener-gieumwandlungsprozessen in deinem Körper beim Laufen. siehe Tabelle

Wasserkraftwerk Körper

Ursprungsenergie Lageenergie chemische Energie (Glucose)

Zwischenformen Bewegungsenergie chemische Energie (ATP)

Endformen elektrische Energie und Wärme Bewegungsenergie und Wärme



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Versorgung mit Stoffen und Energie — Arbeitsblatt: Dünndarm — Aufbau und Funktion (Seite 108)

1 Im Gegensatz zu den übrigen Verdauungsorganen besitzt der Dünndarm Schleimhautfalten, Zotten und Mikrozotten. Beschreibe stichwortartig den Zusammenhang zwischen Bau und Funktion. Um die zerlegten Nährstoffe aufnehmen zu können, benötigt der Dünndarm eine große Kontaktfläche. Durch die Zotten des Dünn-darms und die zusätzliche Faltung der Dünndarmschleimhaut wird eine extreme Vergrößerung dieser Kontaktfläche erreicht.

2 Benenne die Teile 1 bis 4 der beiden Abbildungen und schreibe ihre Funktion auf. a) Zotten: Aufnahme der zerlegten Nährstoffe b) Deckzellen: äußere Deckschicht der Zellen c) Blutkapillare: Aufnahme von Glucose und Aminosäuren d) Lymphgefäße: Aufnahme von Fettsäuren und Glycerol

3 Beschreibe die Zerlegung der Nährstoffe im Dünndarm und ihren Weg bis in die Blutkapillaren. Durch Enzyme werden die Nährstoffe Kohlenhydrate, Eiweiße und Fette zerlegt: Eiweiße in Aminosäuren, Fette in Glycerol und Fettsäuren, Kohlenhydrate in Glucose. Nur die Aminosäuren und Glucose gelangen ins Blut. Sie werden durch die Saumzellen und die aus Zellen bestehenden Wände der Blutkapillaren transportiert.

Versorgung mit Stoffen und Energie — Arbeitsblatt: Zellstoffwechsel (Seite 109)

1 Beschrifte die Pfeile der Abbildung und gib an, in welche Richtung die Stoffe der Reaktionsgleichung die Zellmembran der Körperzelle und die Kapillarwände passieren. oben links: Sauerstoff; oben rechts: Traubenzucker rechts (von oben nach unten): Wasser, Kohlenstoffdioxid

2 Erkläre die unterschiedliche Zusammensetzung der Stoffe im Blut, wenn es zu den Körperzellen fließt und wenn es von den Körperzellen weg fließt. Sauerstoff und Traubenzucker werden aus dem Blut in die Körperzellen abgegeben. Deshalb ist der Sauerstoffgehalt des ankom-menden Blutes höher als der des abfließenden. Aus den Zellen wird Wasser und Kohlenstoffdioxid ins Blut aufgenommen. Der Kohlenstoffdioxidgehalt des Blutes, das von den Körperzellen kommt, steigt deshalb an.

3 Wie erfolgt der Gasaustausch zwischen Körperzelle und Blutkapillare und welche Stoffe werden ausgetauscht? Der Gasaustausch erfolgt durch Osmose. Im ankommenden Blut ist der Sauerstoffgehalt hoch, in der Zelle ist er durch Verbrauch von Sauerstoff niedrig. Es bestehen unterschiedliche Sauerstoffkonzentrationen. Durch einen angestrebten Konzentrationsaus-gleich diffundiert der Sauerstoff aus dem Blut in die Zellen.

4 Begründe, warum jede lebende Körperzelle Sauerstoff und Traubenzucker benötigt. Die Zelle benötigt Traubenzucker und Sauerstoff zur Energiegewinnung. Dabei entstehen Kohlenstoffdioxid und Wasser.

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Lösungen Grafiken: Sonja Klebe, Aying-Großhelfendorf

Versorgung mit Stoffen und Energie — Arbeitsblatt: Das Herz — eine Pumpe für das ganze Leben (Seite 110)

1 Beschrifte in der Abbildung die Teile des Herzens. siehe Abbildung

2 Zeichne durch Pfeile den Weg des Blutes durch das Herz ein. Verwende einen roten Stift für sauerstoffreiches Blut und einen blauen für sauerstoffarmes Blut. siehe Abbildung

3 Ergänze in der Abbildung die verschiedenen Klappen, die den Blutstrom regeln und beschrifte sie. siehe Abbildung

Versorgung mit Stoffen und Energie — Arbeitsblatt: Der Blutkreislauf (Seite 111)

1 Nenne die Abschnitte des Lungenkreislaufs in der richtigen Reihenfolge. – rechte Kammer – Lungenarterie – Lungenkapillare – Lungenvene – linke Kammer

2 Nenne die Abschnitte des Körperkreislaufs in der richtigen Reihenfolge. – linke Kammer – Körperarterie (Aorta) – Körperkapillare – Körpervene – rechte Kammer

3 Male die Gefäße mit sauerstoffreichem Blut rot, die mit kohlenstoffdioxidreichem Blut blau an. siehe Abbildung

4 Kennzeichne die Richtung des Blutflusses in den Gefäßen mit Pfeilen. siehe Abbildung

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blau

rot

blau

Aorta

Taschenklappen

linke Herzkammer

Herzmuskel

linker Vorhof

Lungenvene

Kammer-scheidewand

Segelklappen

rechte Herzkammer

rechterVorhof

obere KöperveneLungenarterie

untere Körpervene



Lösungen


4 Stoffwechsel der Pflanzen

4. 1 Pflanzen betreiben Fotosynthese

Stoffwechsel bei Pflanzen (Seite 114)

1 Nenne diejenigen Strukturen, die nur in Pflanzenzellen vorkommen. Zellwand, Vakuole, Chloroplasten.

2 Fasse die Aufgaben der im Text genannten Zellorganellen in tabellarischer Form zusammen. siehe Tabelle

Zellorganell Aufgabe

Zellkern Steuerzentrale, enthält Erbinformation

Mitochondrien Zellatmung

Endoplasmatisches Reticulum Herstellung von Proteinen

Golgi-Apparat „Versandzentrale“, Veränderung von Proteinen

Vakuole (Zentralvakuole) mit Tonoplast Speicherung von Stoffen, Abbau von Stoffen

Zellwand Stabilität, Formgebung

Fotosynthese (Seite 115)

1 Fasse die Vorgänge bei der Fotosynthese in einer Wortgleichung zusammen. Kohlenstoffdioxid + Wasser → Glucose + Sauerstoff Bei dieser chemischen Reaktion wird Energie frei, die zum Aufbau von ATP genutzt wird.

2 Erkläre, weshalb der Abfallstoff der Fotosynthese für uns Menschen lebensnotwendig ist. Der Abfallstoff der Fotosynthese ist Sauerstoff. Wir benötigen Sauerstoff zur Atmung. Der Sauerstoff gelangt dabei von der Lunge über die Blutbahnen zu den Zellen. Die Zellen betreiben an den Mitochondrien mithilfe des Sauerstoffs Zellatmung. Die Zellatmung ist der Prozess bei heterotrophen Organismen, bei dem Energie in Form von ATP hergestellt wird. ATP wird genutzt, um sämtliche chemischen Reaktionen im Körper anzutreiben. Ohne Sauerstoff könnten also die chemischen Prozesse im Körper nicht ablaufen, wir wären nicht lebensfähig.

3 Erläutere den Zusammenhang zwischen Fotosynthese und Zellatmung. Bei der Fotosynthese entsteht als Abfallprodukt Sauerstoff. Der Sauerstoff wird bei der Zellatmung zur Herstellung von ATP be-nötigt. Bei der Zellatmung wiederum fällt Kohlenstoffdioxid als Abfallprodukt an. Dieses wird bei der Fotosynthese als Ausgangs-stoff für die Herstellung von ATP benötigt.

Blätter als Fotosyntheseorgane (Seite 116)

1 Erkläre, was man bei Pflanzen unter dem Begriff Gasaustausch versteht. Pflanzen geben das Abfallprodukt der Fotosynthese, Sauerstoff, an die sie umgebende Luft ab. Gleichzeitig nehmen sie Kohlen-stoffdioxid aus der Luft auf, welches sie für die Fotosynthese benötigen. Der Gasaustausch erfolgt vor allem über die Spaltöffnungen.

2 Erstelle eine Tabelle, die die Aufgaben der einzelnen Schichten des Laubblatts kurz zusammenfasst. siehe Tabelle

Gewebe Funktionen Strukturen

obere Epidermis Durchlassen von Licht, Schutz vor Wind, unkontrolliertem Wasserver-lust, Schädlingen, Krankheitserregern

Zellen ohne Chloroplasten, lückenlos angeordnet, äußere Zell-wand verdickt, mit Kutikula (Wachsschicht)

Palisadengewebe Fotosynthese langgestreckte Zellen, dicht nebeneinander stehend, oft mehr-schichtig, viele Chloroplasten

Blattader Transport von – Wasser, Mineralstoffen – Zucker

Festigungs- und Leitgewebe aus Zellen mit dicken Zellwänden langgestreckte, lückenlos aneinanderstehende – tote röhrenförmige Zellen (Xylem) – lebende Zellen mit durchbrochenen Querwänden (Phloem)

Schwammgewebe Fotosynthese Gasaustausch

mehrere Schichten von locker angeordneten, ungleichmäßig geformten, verschieden großen Zellen mit wenigen Chloroplasten Hohlräume zwischen den Zellen

untere Epidermis Schutz vor Wind, Wasserverlust, Schädlingen, Krankheitserregern Regelung des Gasaustauschs und der Abgabe von Wasserdampf

siehe obere Epidermis zusätzlich mit Spaltöffnungen

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Lösungen Grafiken: Otto Nehren, Achern

Praktikum: Mikroskopie von Pflanzenzellen (Seite 117)

1 Zeichne einen Verband von 3 bis 4 Zellen, so wie du sie unter dem Mikroskop erkennen kannst. Beschrifte mit folgenden Begriffen: Chloroplasten, Zellwand, Vakuole, Zellkern. Individuelle Lösung: Die Zeichnung sollte groß sein und die geforderten Organellen sollten in ihrer Struktur richtig dargestellt sein. Oft ist es schwierig, die Organellen richtig zu sehen. Die Schülerinnen und Schüler müssen sich durch den Zellkörper „fokussieren“. Das gelingt nicht auf Anhieb; daher zeichnen Einige einfach „irgendetwas“ oder sie zeichnen vom Nachbarn ab.

2 Wähle einen geeigneten Ausschnitt aus dem mikroskopischen Bild. Zeichne bei 400-facher Vergrößerung eine Spaltöffnung und beschrifte sie. siehe Abbildung

3 Beobachte die Veränderung an der Spaltöffnung nach dem Durchsaugen von Natriumnitrat-Lösung. Skizziere deine Beobachtungen. siehe Abbildung

dünne äußere Zellwand

dicke innere Zellwand

Schließzelle

Zellkern

ChloroplastSpalt offen

Spalt geschlossen



Lösungen


Praktikum: Fotosynthese (Seite 118/119)

1 Entnimm das Blatt aus der Lösung und zeichne es neben deine erste Zeichnung vom Blatt im Originalzustand. Vergleiche die Skizzen. Der Bereich des Blatts, der beim unbehandelten Blatt grün war, sollte nun schwarz-violett gefärbt sein. Die vorher hellen Bereiche sollten hell geblieben sein.

2 Erkläre deine Beobachtungen mithilfe deines Wissens über die Fotosynthese. Die grünen Blattteile haben mithilfe der Fotosynthese Glucose produziert. Aus den Glucosemolekülen werden in den Zellen Stärke-moleküle aufgebaut. Die Stärke führt zu der Farbreaktion mit der Lugol‘schen Lösung. Die Zellen der hellen Blattteile haben keine Stärke eingelagert.

3 Ermittle die Anzahl der Gasbläschen in 10 °C-Schritten bis 50 °C. Das Ergebnis ist von der Größe des Wasserpest-Zweigs und der Lichtstärke abhängig. Bei Starklicht können die Gasbläschen in so schneller Folge austreten, dass es nicht möglich ist, sie zu zählen. Dann empfiehlt es sich die Lichtstärke zu reduzieren.

4 Notiere deine Messergebnisse bei steigender Temperatur und stelle sie übersichtlich in einem Diagramm dar. Zur Darstellung der Ergebnisse eignet sich ein XY- oder ein Säulendiagramm.

5 Interpretiere dein Diagramm und stelle in wenigen Sätzen dar, wie die Fotosyntheserate von der Temperatur abhängt. Bis 30 °C, eventuell bis 40 °C sollte die Rate des produzierten Sauerstoffs zunehmen. Bei 50 °C sollte kein oder nur noch wenig Sauerstoff gebildet werden.

6 Recherchiere, weshalb die Fotosyntheserate bei 50 °C rasch absinkt. Wie für alle anderen chemischen Reaktionen benötigt eine Pflanze auch für die Fotosynthese Enzyme, die die Fotosynthese erst ermöglichen. Diese Enzyme werden durch Temperaturen von mehr als 40 °C zerstört.

7 Interpretiere deine Beobachtungen zur Abhängigkeit der Fotosyntheserate von der Lichtintensität unter Verwendung deines Wissens über die Fotosynthese. Bei der Fotosynthese werden energiereiche Glucosemoleküle und Sauerstoffmoleküle hergestellt. Hierzu benötigt die Pflanze Licht energie. Je mehr Lichtenergie der Pflanze zur Verfügung steht, desto mehr Glucose und auch Sauerstoff wird die Pflanze bilden können.



Lösungen


4. 2 Stoffaufnahme und Stofftransport

Die Wurzel — ein Organ zur Stoffaufnahme (Seite 120/121)

1 Erkläre mithilfe des Basiskonzepts Struktur und Funktion, weshalb die Ausbildung von Wurzelhaaren für die Funktion der Wurzel sinnvoll ist. Die Ausbildung von Wurzelhaaren vergrößert die Oberfläche der Wurzel. Dies ist sinnvoll, da auf diese Weise mehr Wasser und Mineralstoffe aus dem Boden aufgenommen werden können, als dies ohne Wurzelhaare der Fall wäre. Die Stoffaufnahme erfolgt durch das Prinzip der Oberflächenvergrößerung deutlich effektiver.

2 Erläutere mithilfe deines Wissens über die Fotosynthese ausführlich, warum die Pflanze unbedingt Wasser aus dem Boden aufnehmen muss. Wasser ist, neben Kohlenstoffdioxid, ein Ausgangsstoff der Fotosynthese. Ohne Wasser kann die Fotosynthese nicht stattfinden. Da dieser Prozess der Energiegewinnung (ATP-Gewinnung) in den Pflanzenzellen dient, wäre die Pflanze ohne Wasser nicht lebensfähig. Ohne ATP könnten die chemischen Reaktionen in den Pflanzenzellen nicht ablaufen.

3 Diskutiere, weshalb es sinnvoll ist, dass die Zellmembran nur für bestimmte Stoffe durchlässig ist. Wäre die Zellmembran für alle Stoffe durchlässig, würden auch für die Pflanze nicht brauchbare oder sogar schädliche Stoffe in die Wurzel und damit in die Pflanze gelangen.

Sprossachse und Stofftransport (Seite 122/123)

1 Erkläre, warum die Transpiration über die Spaltöffnungen für die Pflanze lebensnotwendig ist. Durch die Transpiration entsteht ein Unterdruck (Sog) in dem Xylem, den Wasserleitungsbahnen der Pflanze. Durch diesen soge-nannten Transpirationssog wird erst ermöglicht, dass Wasser (und die darin gelösten Mineralstoffe) gegen die Schwerkraft von den Wurzeln zu den Fotosynthese betreibenden Blättern transportiert werden. Wasser muss unbedingt zu den Blättern gelangen, es ist ein Ausgangsstoff der Fotosynthese, welche an den Chloroplasten stattfindet. Ohne Wasser kann keine Fotosynthese betrie-ben werden und es kann keine Energie in Form von ATP gewonnen werden.

2 Erläutere, weshalb sich im Frühjahr die Transportrichtung im Phloem umkehrt. Im Phloem werden in der Regel Stoffe von den Blättern zu den Wurzeln transportiert. Vor allem wird bei der Fotosynthese her-gestellte Glucose zu den Zellen der Wurzel transportiert. Diese können die Glucose für die Zellatmung nutzen oder in Form von Stärke speichern. Im Frühjahr kehrt sich die Transportrichtung um. Glucose wird von den Zellen der Wurzel zu den neu entstehen-den Trieben der Pflanze transportiert. Im Winter sind (außer bei immergrünen Pflanzen) keine Blätter vorhanden, es findet also keine Fotosynthese statt. Damit im Frühjahr die Blätter austreiben können, muss Glucose für die Zellatmung (ATP-Gewinnung) vorhanden sein. Dieses wird aus der Wurzel, wo es in Form von Stärke gespeichert wurde, zu den Trieben transportiert.

3 Nenne Mechanismen, die dazu führen, dass Wasser in der Pflanze gegen die Schwerkraft transportiert werden kann. Transpirationssog, Wurzeldruck

Praktikum: Wasserhaushalt (Seite 124/125)

1 Erkläre den Versuchsaufbau und deine Versuchsergebnisse aus den beiden Versuchsteilen. Der Gefrierbeutel bewirkt, dass die Luft in der Umgebung der Blätter stets die gleiche bleibt und nicht ausgetauscht wird. Wasser verdunstet in den Blättern und gelangt als gasförmiger Wasserdampf in die Luft im Gefrierbeutel. Nach kurzer Zeit ist die Luft im Gefrierbeutel mit Wasserdampf übersättigt. Ein Teil des Wasserdampfs kondensiert und bildet an der Innenseite des Gefrierbeu-tels kleine Wassertröpfchen. Diese Wassertröpfchen lassen sich durch weißes Kupfer(II)-sulfat nachweisen.

2 Erläutere den schnelleren Versuchsverlauf durch die Erwärmung mit einem Fön. Durch den warmen Luftstrom erwärmt sich die Luft im Gefrierbeutel, den Blättern und auch das Wasser in den Blättern erwärmt sich. Das erwärmte Wasser verdunstet schneller. Hinweis: Die erwärmte Luft kann zwar mehr Wasserdampf aufnehmen, aber wenn der Luftstrom des Föns für den Wassernach-weis unterbrochen wird, kühlt sich der Gefrierbeutel und die Luft in seiner Umgebung so schnell ab, dass er sofort beschlägt.

3 Beobachte Veränderungen an den Tulpen über mehrere Stunden. Notiere deine Beobachtungen. Die Blütenblätter der Tulpe in Wasser bleiben unverändert. Die Blütenblätter der Tulpen in den unterschiedlich gefärbten Tinten sind nach mehreren Stunden in der Farbe der jeweiligen Tinte gefärbt.

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Lösungen Grafik: Otto Nehren, Achern

4 Zeichne die mikroskopische Ansicht der Querschnitte der Tulpenstängel und beschrifte die Leitbündel. Trage in die Zeichnung Farbbeobachtungen ein. siehe Abbildung

Der innen liegende Teil der Leitbündel weist eine Farbänderung auf.

5 Vergleiche deine Zeichnungen und erkläre die Befunde. Die Schnitte sehen einander ähnlich. In jedem der Querschnitte finden wir die Bereiche des Xylems durch die jeweils verwendete Tinte gefärbt. Da die Tinte in Wasser gelöst wurde, zeigt die Färbung an, dass das Xylem für den Transport des Wassers verant-wortlich ist.

6 Fasse deine Beobachtungen in einer Tabelle zusammen. siehe Tabelle

Versuchsansatz mit Blättern, mit Wurzeln ohne Blätter, ohne Wurzeln

ohne Blätter, mit Wurzeln halbe Blattanzahl, mit Wurzeln

relativer Wasserverbrauch viel nichts nichts wenig

7 Erkläre deine Versuchsergebnisse mithilfe deines Wissens über Wasserleitung und die Transpiration in Pflanzen. Allein die Blätter gewährleisten die Verdunstung des Wassers. Je größer die Blattfläche ist, desto mehr Wasser kann verdunsten. Die Wurzeln sind zwar für die Wasseraufnahme und den -transport der Pflanze wichtig, die „Pumpe“, die den Wassertransport antreibt, steckt in den Blättern und heißt Verdunstung.

Material: Stoffwechsel der Pflanzen (Seite 128/129)

1 Informiere dich über den Grundaufbau des Buschwindröschens. Aufbau: weiße Blüte, Spross, Wurzeln; auffällig sind die verdickten Erdsprosse, die waagerecht unter der Oberfläche liegen.

2 Erkläre, warum diese Pflanze in der Lage ist, so früh im Jahr zu wachsen und zu blühen. In den verdickten Erdsprossen sind Nährstoffe gespeichert, die die Pflanze im letzten Frühjahr gebildet hat. Mit den Nährstoffen in den Erdsprossen überdauert das Buschwindröschen den Winter. Im Frühjahr werden daraus Blätter und Blütenstängel gebildet. Die Vorräte reichen, um den frühen Blühbeginn zu ermöglichen.

3 Vergleiche die beiden Abbildungen und formuliere eine begründete Vermutung, zu welchem Zeitpunkt die zweite Aufnahme entstanden ist. Die zweite Aufnahme muss aus dem Sommer oder Herbst stammen. Für die Frühblüher sind die Lichtverhältnisse zu schlecht, um effektiv Fotosynthese betreiben zu können.

4 Stelle Vermutungen über die Angepasstheiten der Pflanzen des Waldbodens auf dem zweiten Bild an und belege diese Ver-mutungen mit deinem Wissen aus diesem Themenfeld. Pflanzen, die unter dem dichten Blätterdach eines Waldes noch wachsen, haben vermutlich große Blätter, um viel Licht aufneh-men zu können, oder mehr Chlorophyll (Hypothese der Schülerinnen und Schüler). Sie kommen also insgesamt mit wenig Licht aus.

5 Erstelle eine Tabelle mit den Werten der Abb. 2. siehe Tabelle

0,03 % CO2-Konzentration 30 % Fotosyntheseleistung



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6 Der durchschnittliche Kohlenstoffdioxidgehalt der Luft beträgt 0,03 Vol.-%. Entwickle Vorschläge für landwirtschaftliche Betriebe, um ihre Produktion, z. B. von Spinat, zu steigern. Es müsste Möglichkeiten geben, den Kohlenstoffdioxidgehalt der Luft zu steigern. In Gewächshäusern ist es möglich, ihn künstlich anzuheben. Bei der Erhöhung auf 0,6 Volumenprozent CO2-Gehalt steigert sich die Produktion von Spinat um das Fünffache.

7 Einige Pflanzen, z. B. Tomaten, zeigen bei einer Erhöhung des CO2-Gehalts auf 0,3 Vol.- % starke Schädigungen. Bewerte mit diesen Informationen den Anstieg des Kohlenstoffdioxidgehalts in der Atmosphäre. Für manche Pflanzen ist der Anstieg von Vorteil: Sie können besser wachsen und schneller Biomasse aufbauen. Andere Pflanzen könnten unter natürlichen Bedingungen nicht gedeihen und würden vielleicht aussterben. Die Reaktion auf eine Änderung von CO2 müsste wahrscheinlich für alle Arten individuell bestimmt werden.

8 Vergleiche die Herstellung eines Bildes auf Fotopapier mit dem eines Bildes auf einem Pflanzenblatt. siehe Tabelle

Fotopapier Blatt

lichtempfindlicher Bereich lichtempfindliche Schicht aus Silberhalogenid lichtempfindliche Chloroplasten

Funktionsweise Silberhalogenid verändert sich an hellen Stellen. Chloroplasten produzieren an hellen Stellen Glucose, die in den Zellen als Stärke gespeichert wird.

Entwicklung chemisch mit Stärkenachweis

9 Formuliere eine Schlussfolgerung auf den Einfluss der Lichtstärke auf die Fotosynthese und begründe diese Schlussfolgerung. Man erkennt auf dem Bild unterschiedliche helle / dunkle Stellen. Es ist kein reines Schwarz-Weiß-Bild. Dort, wo das Negativ hell war, ist viel Licht auf das Blatt getroffen und die Stelle hat sich im Stärkenachweis dunkel verfärbt (d. h. es ist viel Stärke vorhan-den). Man kann daher schlussfolgern: je mehr Licht auftrifft, desto höher ist die Fotosyntheserate.

10 Erkläre wie es möglich ist, dass das Miniökosystem in der EcoSphere so lange bestehen kann. Stelle dazu in einem übersicht- lichen Diagramm dar, in welcher Beziehung die Lebewesen in der EcoSphere miteinander stehen. siehe Abbildung

11 Begründe anhand deines Diagramms aus Aufgabe 10, weshalb das System zusammenbricht, wenn die Garnele stirbt. Wenn die Garnele stirbt, gibt sie kein CO2 mehr ab. Der Alge fehlt dieses für die Fotosynthese, d. h. sie kann keine Fotosynthese mehr betreiben und stirbt ebenfalls ab.

12 Die EcoSphere kann als verkleinertes Modell für die ganze Erde angesehen werden. Begründe. Auch auf der Erde als Ganzes stellen Pflanzen durch Fotosynthese den Sauerstoff her, den die Tiere atmen. Ebenso wird das von den Tieren ausgeatmete Kohlenstoffdioxid von den Pflanzen in Glucose umgewandelt. Wie in der EcoSphere ernähren sich auch auf der Erde alle Tiere direkt oder indirekt über Pflanzen.

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Licht

Alge Garnele

O2

+Glucose/Nahrung

CO2

Atmung

Fotosynthese



Lösungen


Stoffwechsel der Pflanzen — TESTE DICH SELBST (Seite 130/131)

1 Übertrage die richtigen Antworten in dein Heft. Es können eine oder mehrere Antworten richtig sein. Bei der Fotosynthese … … wird Kohlenstoffdioxid hergestellt. … spielen die Chloroplasten eine entscheidende Rolle. … wird Sauerstoff verbraucht. … stellen die Pflanzen ATP her. … wird Glucose produziert. Wurzelhaarzellen … … nehmen Wasser aus dem Boden auf. … betreiben Fotosynthese. … können Zellatmung durchführen. … können Mineralstoffe aus dem Boden aufnehmen. … erhalten Glucose über das Xylem. Die Sprossachse … … transportiert Stoffe nur in eine Richtung. … stellt eine Verbindung zwischen allen Pflanzenorganen her. … besitzt Leitbündel für den Transport von Stoffen. … transportiert Wasser von den Wurzeln zu den Blättern. … besitzt ein Xylem, aber kein Phloem. Richtige Antworten: • Bei der Fotosynthese spielen die Chloroplasten eine entscheidende Rolle. • Bei der Fotosynthese stellen die Pflanzen ATP her. • Bei der Fotosynthese wird Glucose produziert. • Wurzelhaarzellen nehmen Wasser aus dem Boden auf. • Wurzelhaarzellen können Zellatmung durchführen. • Wurzelhaarzellen können Mineralstoffe aus dem Boden aufnehmen. • Wurzelhaarzellen erhalten Glucose über das Xylem. • Die Sprossachse stellt eine Verbindung zwischen allen Pflanzenorganen her. • Die Sprossachse besitzt Leitbündel für den Transport von Stoffen. • Die Sprossachse transportiert Wasser von den Wurzeln zu den Blättern.

2 Übertrage das untenstehende Schema in dein Heft und ergänze mit folgenden Begriffen: Kohlenstoffdioxid, Sauerstoff, Glucose, Wasser, Chloroplasten, Licht. Aus Kohlenstoffdioxid und Wasser stellt die Pflanze mithilfe des Lichts in den Chloroplasten Glucose her. Als Abfallprodukt ent-steht bei dieser Reaktion Sauerstoff.

3 Erkläre den Begriff „Gasaustausch“ und stelle dar, welche Rolle die Spaltöffnungen dabei spielen. Bei der Fotosynthese entsteht als Abfallprodukt Sauerstoff, der aus der Pflanze hinaus transportiert werden muss. Als Grundstoff für die Fotosynthese benötigt die Pflanze Kohlenstoffdioxid, der in die Pflanze hinein transportiert werden muss. Beide Gase werden über die Blätter ausgetauscht. Sauerstoff verlässt die Pflanze und Kohlenstoffdioxid gelangt in die Pflanze. Der Austausch geschieht über die Spaltöffnungen der Blätter.

4 Erläutere, warum folgende Aussage falsch ist. „Pflanzen betreiben ausschließlich nachts Zellatmung“. Die Fotosyntheserate ist abhängig von der Lichtintensität und der Umgebungstemperatur. Sind die beiden Faktoren nicht optimal, kann die Pflanze nicht ausreichend viel Glucose und ATP über die Fotosynthese herstellen, sodass die Pflanze zu wenig Energie geliefert bekommt. Die fehlenden Fotosyntheseprodukte muss die Pflanze dann durch den Abbau von Speicherprodukten (Stärke) bereitstellen. Dieser Abbau ist die Zellatmung.

5 Vervollständige den Lückentext in deinem Heft. Du hast dazu zwei Möglichkeiten: – Ergänze den Lückentext frei ohne vorgegebene Wörter. – Klappt das nicht, kannst du die Liste der Wörter, die eingesetzt werden müssen, zu Hilfe nehmen (siehe Lösungsseite 143). Lösungswörter: ATP, Phloem, Zellatmung, Wurzel, Fotosynthese, Glucose, Blätter, Sprossachse

6 Ordne das abgebildete Gewebe einem Pflanzenorgan zu und begründe. Das lichtmikroskopische Bild zeigt ein Gewebe, das zu einem Laubblatt gehört. Ein Laubblatt wird auf der Blattunterseite von der unteren Epidermis begrenzt. Sie besteht aus eng aneinander gefügten farblosen Zellen, zwischen denen Spaltöffnungen einge-lagert sind. Spaltöffnungen bestehen aus zwei bohnenförmigen Schließzellen. Zwischen ihnen befindet sich ein verschließbarer Spalt.

7 Erkläre die in Abb. 3 erkennbaren Messergebnisse. In dem Aquarium wachsen Pflanzen. Sie nehmen bei ausreichendem Lichteinfluss tagsüber Kohlenstoffdioxid als Ausgangsstoff für die Fotosynthese auf. Nachts steigt der Kohlenstoffdioxidanteil, weil die Pflanzen nun Zellatmung betreiben müssen, um ihre Energieversorgung und ihren Stoffwechsel zu gewährleisten.

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Stoffwechsel der Pflanzen — Basiskonzept: System (Seite 132/133)

1 Kompartimentierung gibt es nicht nur auf Organismus- und Organebene wie bei der Pflanze. Kompartimentierung findet sich auf Ebene der Zellorganellen. Suche auf den Informationsseiten in diesem Themenfeld nach einem Beispiel und erläutere daran das Basiskonzept. Beispiele für Kompartimentierung auf Ebene der Organellen: Chloroplasten — in ihren inneren Membranen findet Fotosynthese statt.

2 An den Bahngleisen Deutschlands werden jedes Jahr viele Büsche des Sommerflieders entfernt. Sommerflieder ist bei uns nicht heimisch. Er gehört zu den Neophyten. Das sind Pflanzen, die hierher gebracht wurden und ausgewildert sind. Stelle Vermutungen an, warum jedes Jahr viel Geld investiert wird, um den Sommerflieder zu entfernen. Vermutungen: a) Stört den Zugverkehr oder b) Landschaft soll erhalten werden oder c) verdrängt einheimische Pflanzen. Die letzten beiden Vermutungen berühren das Basiskonzept System. Hier wird eine Störung des Systems durch den Menschen behoben. Inwieweit das sinnvoll ist, kann durchaus diskutiert werden (je nach Niveau der Klasse).

Stoffwechsel der Pflanzen — Basiskonzept: Struktur und Funktion (Seite 134/135)

1 Beschreibe den Bau des Oleanderblatts detailliert. Der Oleander besitzt eine mehrschichtige obere Epidermis mit einer dicken Kutikula. Darunter liegt ein zweireihiges Palisaden- gewebe. Das Schwammgewebe ist dicht. Die Spaltöffnungen liegen tief im Blatt. Haarförmige Zellen wachsen in die Vertiefungen.

2 Vergleiche den Bau des Oleanderblatts mit dem des Laubblatts auf S. 114. Das Blatt ist insgesamt vielschichtiger. Alle Gewebeschichten sind dicker als beim normalen Laubblatt. Außerdem sind beim Oleander die Spaltöffnungen in Vertiefungen und nicht direkt an der Blattunterseite. Die Haare in den Vertiefungen gibt es beim normalen Blatt nicht. Obere und untere Epidermis und Kutikula sind stärker ausgeprägt.

3 Erkläre mithilfe deiner Ergebnisse die Anpassung des Blattbaus des Oleanders an den ursprünglichen Standort der Pflanze. Der Oleander wächst ursprünglich in trockenen, warmen Gebieten. Er muss sich also vor Wasserverlust schützen. Sein Blatt ist auf verschiedene Arten daran angepasst: – Dicke Kutikula und Epidermis verhindern Verdunstung. – In Vertiefungen eingebettete Spaltöffnungen und Haarzellen verringern Wasserverlust über die Spaltöffnungen. – Viel Licht kann durch doppelreihiges Palisadengewebe genutzt werden.

4 Entwickle den Querschnitt eines an das Schwimmen angepassten Seerosenblatts und stelle ihn zeichnerisch dar. Achte dabei auf den Struktur- und Funktionszusammenhang. siehe Abbildung

5 Erläutere anhand der Abbildung, wie es den Kieselalgen möglich ist, gleichzeitig leicht und trotzdem durch ihr Skelett gut geschützt zu sein. Die Kieselalge hat ein Skelett, welches sehr leicht gebaut ist. Das heißt es ist nicht massiv, sondern besteht nur aus Streben, die geschickt miteinander vernetzt sind. So spart sie Material und ist leicht, ohne auf Schutz verzichten zu müssen.

6 Recherchiere Anwendungen der Bauweise einer Kieselalge in der Technik. Die Leichtbauweise findet an verschiedenen Stellen Anwendung, z. B. beim Bau von Offshore-Windrädern und Metallgerüsten für Lagerhallen.

Oberseite Atemöffnung

Unterseite

Wachsschicht

Wachsschicht

Oberhaut

Unterhaut

grünesBlattgewebe

Luftspalten imBlattgewebe



Lösungen


Stoffwechsel der Pflanzen — Arbeitsblatt: Fotosynthese und Zellatmung (Seite 136)

1 Setze in die Pfeile der Zeichnung die folgenden Begriffe ein und male die Pfeile farbig aus: Kohlenstoffdioxid (hellblau), Licht (gelb), Sauerstoff (rosa), Wasser (dunkelblau), Zucker und Stärke (orange). links (von oben nach unten): Licht, Kohlenstoffdioxid rechts (von oben nach unten): Sauerstoff, Zucker und Stärke senkrecht unten: Wasser

2 Schreibe unter die Zeichnung einen Merksatz zur Fotosynthese. Bei der Fotosynthese stellen grüne Pflanzen mithilfe von Sonnenlicht und Blattgrün aus Wasser und Kohlenstoffdioxid Zucker und Stärke her. Dabei wird Sauerstoff frei.

3 Setze in die Pfeile der Zeichnung die folgenden Begriffe ein und male die Pfeile entsprechend den in Klammern angegebenen Farben aus: Energiefreisetzung (rot), Kohlenstoffdioxid (hellblau), Sauerstoff (rosa), Wasser (dunkelblau), Zucker und Stärke (orange). links (von oben nach unten): Zucker und Stärke, Sauerstoff rechts (von oben nach unten): Wasser, Kohlenstoffdioxid, Energiefreisetzung

4 Schreibe unter die Zeichnung einen Merksatz zur Zellatmung. Bei der Zellatmung gewinnen die Lebewesen Energie. Dabei wird Stärke bzw. Zucker mithilfe von Sauerstoff zu Kohlenstoffdioxid und Wasser abgebaut.

Stoffwechsel der Pflanzen — Arbeitsblatt: Die Pflanzenzelle (Seite 137)

1 Beschrifte die Abbildung mit folgenden Begriffen: Zellwand, Zellplasma, Zellkern, Zellsaftraum, Chloroplast, äußere Plasmahaut, innere Plasmahaut. links (von oben nach unten): Zellwand, Zellplasma, Zellsaftraum, Chloroplast rechts (von oben nach unten): äußere Plasmahaut, innere Plasmahaut, Zellkern

Stoffwechsel der Pflanzen — Arbeitsblatt: Versuche zur Fotosynthese I (Seite 138)

1 Woran kann man die Fotosyntheseleistung ablesen? Nenne zwei Möglichkeiten. Zum Beispiel Menge an Sauerstoff, die produziert wird; Zunahme der Biomasse.

2 Skizziere eine geeignete Versuchsanordnung zur Durchführung der Versuchsreihe in deinem Heft. Entwicklung einer geeigneten Versuchsanordnung unter Berücksichtigung, dass sich die Lichtintensität schrittweise verändert, während alle anderen Faktoren konstant bleiben.

3 Bilde aus den angegebenen Daten die Mittelwerte und trage sie in die Tabelle ein. Warum werden Versuchsreihen mit der gleichen Pflanzenart unter gleichen Bedingungen mehrfach wiederholt? Mehrere Versuchsreihen sind notwendig, um zufällige, nicht allgemeingültige Messergebnisse bzw. die Verallgemeinerung von falschen Ergebnissen durch Messfehler auszuschließen.

4 Interpretiere die Messergebnisse. Die Fotosynthese erreicht erst bei einer Beleuchtungsstärke von 5 klx eine hinreichende Intensität. Sie erhöht sich bis zu einer Be-leuchtungsstärke von 10 klx. Bei einer weiteren Erhöhung der Beleuchtungsstärke bleibt die Fotosyntheseleistung jedoch konstant. Es wirken andere begrenzende Faktoren.

Stoffwechsel der Pflanzen — Arbeitsblatt: Versuche zur Fotosynthese II ( (Seite 139)

1 Ergänze die fehlenden Versuchsbedingungen, indem du die untenstehenden Angaben in die Tabelle einordnest. A) 0,1 Vol% CO2, 35 °C; B) Schwachlicht; C) kein Licht; D) 0,03 Vol% CO2; F), 10 °C

2 Leite aus den Versuchsergebnisse Maßnahmen für die Steigerung der Pflanzenproduktion in Gartenbau und Landwirtschaft ab und erkläre ihre Wirksamkeit. Zum Beispiel optimale Bedingungen wie Temperatur, Lichtintensität und Kohlenstoffdioxidkonzentration der Luft führen zur Erhöhung der Fotosyntheseleistung. Maßnahmen wie zusätzliche Beleuchtung in Gewächshäusern, Anbau von Kulturpflanzen in Jahreszeiten, in denen möglichst günstige Temperaturbedingungen herrschen, führen zur Steigerung der Pflanzenproduktion und zur Erhöhung der Erträge.

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NATURA 7 10 - Klett · Arbeitsbuch 1 NATURA 7 – 10 Rheinland-Pfalz 00_Vorspann.indd 1 25.06.2014...

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