NATURA 7 – 10 - Minio Browser · Zahnreinigung vermieden werden. ... , wie in Folge des Fütterns...

Ernst Klett VerlagStuttgart Leipzig

Franziska AstorYvonne DumontPetra Hildebrand-HofmannWinfried Weiler

Lösungen

Biologie für Gymnasien Arbeitsbuch 3

NATURA 7 – 10

Rheinland-Pfalz

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1. Auflage 15 4 3 2 1

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©ErnstKlettVerlagGmbH,Stuttgart2016.AlleRechtevorbehalten.www.klett.de

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

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

Redaktion:OlafBieck,WaltraudGerbachMediengestaltung:IngridWalter

Illustrationen:WolfgangHerzig,Essen;OttoNehren,Achern

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Natura 7 — 10 Biologie Arbeitsbuch 3 Rheinland-Pfalz, Lösungen

© Ernst Klett Verlag GmbH, Stuttgart 2016 | www.klett.de | Alle Rechte vorbehalten

9 Krankheitserreger erkennen und abwehren

9. 1 Angriff auf den Körper

Krankheitserreger im Überblick (Seite 10/11)

1 VergleichedieKrankheitserregernachselbstgewähltenKriterienineinerTabelle.siehe Tabelle, z. B.:

2 MacheVorschläge,wiemansichvoreinerInfektionschützenkönnte.z. B.: Hände waschen, keinen engen Kontakt mit Erkrankten, Schutzmittel gegen Zeckenbisse auftragen

Bakterien — die vielseitigste Lebensform (Seite 12/13)

1 VergleichedieBestandteilevontierischen,pflanzlichenundbakteriellenZellenmiteinanderundstelledieErgebnisseineinerTabelledar.siehe Tabelle

2 BeurteiledieBedeutungvonMilchsäurebakterienfürunsereGesundheit.Milchsäurebakterien bringen uns gesundheitlich Vorteile, indem sie uns vor säureempfindlichen Krankheitserregern schützen. Die durch sie hervorgerufene Kariesbildung kann durch einen verringerten Konsum von Glucose bzw. Stärke und eine angemessene Zahnreinigung vermieden werden.

3 IndeinemMundbefindensichca.1010Bakterien.DurcheinDesinfektionsmittelwurden99,99%derBakterienabgetötet.a)Berechne,wielangeesunteroptimalenBedingungenbeieinerZelllteilungsratevoneinerTeilungje20Minutendauert, bisdieursprünglicheAnzahlwiedererreichtist.b)Erläutere,warumdasberechneteErgebnisunrealistischist.a)1010 = 10 000 Mio. 0,01 % von 10 000 Mio. = 1 Mio. Nach 13 Teilungsschritten ist die Population wieder auf 8192 Mio. angewachsen. Das entspricht bei einer 20-minütigen Genera- tionszeit 4 h 20 min. Das heißt nach ca. 4,5 h dürfte die ursprüngliche Populationsgröße von 1010 Bakterien wieder erreicht sein. b) Verschiedene Argumente sind möglich, z. B.: – Das noch vorhandene Desinfektionsmittel behindert eine schnelle Wiederbesiedlung. – Im Mund müsste sich ständig eine ausreichend hohe Glucosekonzentration befinden.

Bakterien als Krankheitsursache (Seite 14)

1 InderPubertätproduziertunsereHautmehrFett.BeieinigenJugendlichenvermehrensichdannBakterienderArtP. acnesstark.DieBakteriensetzenStoffefrei,dieImmunzellenanlockenundaktivieren.DieHautentzündetsich.Erläutere.Bakterien der Art P. acnes siedeln auf unserer Haut. Sie setzen Stoffe frei, die in die Haut eindringen und die von Wächterzellen (Makrophagen) mithilfe von Rezeptoren als körperfremd erkannt werden. Die Wächterzellen setzen Botenstoffe frei, die Entzün-dungsreaktionen in Gang setzen (erhöhte Durchlässigkeit und Klebrigkeit von Kapillaren, Anlockung von Fresszellen, also von neutrophilen Granulocyten.

2 BeschreibezweiMöglichkeiten,wieinFolgedesFütternsvonHundenoderKatzenmitrohemsalmonelleninfiziertemFleisch,auchderMenschaneinerSalmonelloseerkrankenkann.Ein möglicher Infektionsweg besteht über die ungenügende Reinigung der Hände nach dem Füttern und den nachfolgendem Kontakt mit einem direkt zu verzehrendem Lebensmittel. Ein weiterer Infektionsweg besteht darin, dass sich das gefütterte Tier infiziert und in der Folge mit dem Kot Salmonellen aus-scheidet. Menschen, die direkt oder über Lebensmittel mit dem Kot in Berührung kommen, können sich ebenfalls infizieren.

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Tier Pflanze Bakterien

Zellmembran vorhanden vorhanden vorhanden

Zellplasma vorhanden vorhanden vorhanden

Zellwand fehlt ausCellulose ausMurein

Zellkern vorhanden vorhanden fehlt

Chloroplasten fehlen vorhanden fehlen

Bakterien Viren Einzeller Pilze

Lebewesen ja nein ja ja

prokaryotischodereukaryotisch

prokaryotisch wedernoch eukaryotisch eukaryotisch

mitAntibiotikabehandelbar ja nein nein nein

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Material: Bakterielle Phänomene verstehen (Seite 15)

1 EsistnichtderZucker,derZahnschädenverursacht.EntwicklemithilfederinAbb.2erkennbarenVersuchsergebnisseeineHypothesezudenUrsachenvonZahnschädendurchBakterien.Ein Zahn in Zuckerwasser ohne Bakterien (steril) bleibt unversehrt (a), ebenso ein Zahn mit darauf befindlichen Bakterien (Bio-film) ohne Zucker (b). Hingegen wird ein Zahn zerstört, auf dem sich ein Biofilm befindet und der sich in Zuckerwasser befindet (c). Da der gleiche Effekt mithilfe von Säure erzielt werden kann (d), kann der Schluss gezogen werden, dass es von Bakterien erzeugte Säure ist, die Zerstörungen am Zahn verursacht. Säure wird aber nur dann von Bakterien erzeugt, wenn sie über Zucker als Nährstoff verfügen können.

2 ZeichneineineKopiederobigenKarteeinenmöglichenAusbreitungswegderPestepidemie.EinmöglicherWeg:von Konstantinopel ausgehend über Messina nach Genua und Marseille, von da aus nach Westen und Norden über Calais nach London und nach Nordosten in deutsche und polnische Städte, zuvor von Genua über Venedig nach Wien.

3 WährendderPestepidemieversuchtendieMenschen,sichdurchverschiedeneMaßnahmenvorderKrankheitzuschützen.BrachineinerStadtdiePestaus,versuchteneinigeMenschenderKrankheitdurchFluchtzuentkommen.BeurteilemöglicheVor-undNachteilediesesVerhaltens.Eine rechtzeitige Flucht vor dem Erreger verhinderte sicherlich eine Infektion. Da während der Inkubationszeit die Krankheit unentdeckt ist, können infizierte Flüchtende zu einer schnellen unentdeckten Ausbreitung der Epidemie beitragen.

Mit Antibiotika Bakterien bekämpfen (Seite 16/17)

1 DerErregerderTuberkuloseMyobacterium tuberculosisistinderLage,sichinKörperzellenüberJahrehinwegineinerArtRuhestadiumaufzuhalten.Erläutere,warumdasBakteriumdurchdiesesVerhaltenvorvielenAntibiotikageschütztist.Antibiotika, wie z. B. Penicillin, die den Erreger während des Zellteilungsprozesses schädigen, erzielen keine Wirkung auf ein Bakterium, das sich während der Anwesenheit der Antibiotikamoleküle nicht teilt.

2 Erkläre,warummultiresistenteErregerwieMRSAbesondershäufiginKrankenhäusern,PflegeheimenundüberfülltenGefängnissenanzutreffensind.In diesen Stätten halten sich besonders viele Menschen mit einem schwachen Immunsystem auf (z. B. alte Menschen, Kranke und Verletzte, Drogenabhängige). Die Erreger haben gute Bedingungen, sich zu vermehren und auf neue Wirte übertragen zu werden.

3 ÄhnlichwieinAbb.1sindbeidemAntibiotikatest(Abb.4)mitAntibiotikagetränktePapierblättchenaufwachsendeBakte-rienkoloniengelegtworden.SiebenAntibiotikawurdenanzweiBakterienartengetestet.BeschreibeundinterpretieredieErgebnisse.Das Bakterium links zeigt um jedes der mit Antibiotika getränkten Papierblättchen einen ausgedehnten Hemmhof, in dem keine Bakterien wachsen. Das Bakterium rechts zeigt nur bei zwei Antibiotika ausgedehnte Hemmhöfe. Um die Papierblättchen der übrigen Antibiotika sind keine oder nur kleine Hemmhöfe zu sehen. Daraus lässt sich schließen, dass das Bakterium links gegen keines der getesteten Antibiotika resistent ist. Das Bakterium rechts ist gegen mehrere Antibiotika resistent.

Viren als Krankheitsursache (Seite 18/19)

1 BenennedieBestandteilederVireninAbb.1.Membran, Proteinhülle, genetisches Material

2 Begründe,weshalbdieVirenmembranderZellmembranähnelt.Die Membran, die Viren umgibt, stammt aus der Zellmembran. Das Virus wird damit umhüllt, wenn es die Wirtszelle verlässt.

3 Erkläre,wiesozwischenAnsteckungundAusbrucheinerKrankheitmehrereTagevergehenkönnen.Es dauert einige Zeit, neue Viren zu produzieren. Diese neue Viren müssen anschließend eine ausreichende Anzahl neuer Zellen befallen, bevor Symptome auftreten.

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9. 2 Der Körper wehrt sich

Unser körpereigenes Immunsystem (Seite 20/21)

1 ErstelleeinetabellarischeÜbersichtüberdasunspezifischeImmunsystem.DarinsolltendieBestandteileundderenAufgabenübersichtlichdargestelltseinsiehe Tabelle

Bestandteil Aufgabe

mechanischeundphysiologischeBarrieren vgl.Abb.2,S.21imSchülerbuch vgl.Abb.2,S.21imSchülerbuch

zelluläreBestandteile Granulocyten AbwehrvonBakterien,ParasitenundPilzen;verschiedeneStrategien,z.B.Fresszellen

Makrophagen sindPhagocyten,verdauenBakterienundViren

natürlicheKillerzellen tötenvonVireninfizierteKörperzellenab

humoraleBestandteile Komplementsystem bedeckendieOberflächevonKrankheitserregernundhelfensodenPhagocyten,diesealsfremdzuerkennen

Interleukine Hormone,dieseerlaubendieKommunikationzwischendeneinzelnenBestandteilendesImmun-systems

2 StelledenAblaufeinerEntzündungvomEindringenderErregerbiszumAbklingenderEntzündungineinemVerlaufsschemadar. Infektion mit Erreger

Wächter-Makrophagen erkennen und vernichten den Erreger

Wächter-Makrophagen setzen Interleukine frei, wenn sie „Hilfe“ brauchen

Anlockung weiterer Makrophagen Anlockung von Granulocyten Weitung Blutgefäße

Bildung von Eiter aus abgestorbenen Makrophagen, Granulocyten und Bakterien

Das spezifische Immunsystem (Seite 22/23)

1 NennedieCharakteristikadesspezifischenImmunsystems.• Spezifischer Erreger wird erkannt, gezielter Abwehrmechanismus gegen einen bestimmten Erreger, an jeden Erreger angepasst • Reagiert langsamer als das unspezifische Immunsystem • Besitzt ein immunologisches Gedächtnis

2 ErstelleeinentabellarischenÜberblicküberdieLymphocyten,diebeiderspezifischenImmunantworteineRollespielen.siehe Tabelle

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Typen von Lymphocyten des spezifischen Immunsystems

B-Lymphocyten T-Lymphocyten

Plasmazellen B-Gedächtniszellen T-Killer-Zellen T-Helferzellen T-Gedächtniszellen




3 StelledieAktivierungdesspezifischenImmunsystemsineinemFließdiagrammdar.Erster Teil der Aktivierung:

Makrophagen präsentieren Antigen des Erregers

trifft auf T-Lymphocyt mit passendem Rezeptor

Schlüssel-Schloss-Reaktion

T-Lymphocyten teilen sich und differenzieren sich zu …

T-Killerzellen T-Helferzellen T-Gedächtniszellen

Zweiter Teil der Aktivierung:

freier Erreger mit Antigen

trifft auf B-Lymphocyt

Schlüssel-Schloss-Reaktion

Teilung und Differenzierung des B-Lymphocyten zu …

Plasmazellen B-Gedächtniszellen

Ablauf der Immunantwort (Seite 24)

1 FassedenAblaufderspezifischenImmunreaktionineinemFließdiagrammzusammen.Erster Teil der Immunantwort:

T-Lymphocyten differenzieren sich zu …

T-Killerzellen T-Helferzellen T-Gedächtniszellen

Zweiter Teil der Immunantwort:

B-Lymphocyten differenzieren sich zu …

Plasmazellen B-Gedächtniszellen

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körpereigene, befallene Zellen werden abgetötet und Erreger werden vernichtet

Aufgaben, vgl. Abb. 3, S. 25

verbleiben im Körper zur schnellen Reaktion bei Zweit-infektion

bilden Antikörper verbleiben im Körper zur schnellen Reaktion bei Zweitinfektion

Antikörper binden und verklumpen Erreger; anschließend Abbau durch Fresszellen




2 ErklärefolgendeAussage:„ImmenschlichenKörperbefindensichrundeineMilliardeverschiedenerLymphocyten“.Aufgrund der Vielzahl der Erreger existiert im Körper auch eine Vielzahl verschiedener Lymphocyten, die jeweils den passenden Rezeptor für die Antigene des jeweiligen Erregers tragen.

HIV legt das Immunsystem lahm (Seite 25)

1 Beschreibekonkret,welcheImmunreaktionennichtmehrstattfinden,wenndieT-HelferzellennichtinausreichenderAnzahlvorhandensind.Fallen die T-Helferzellen aus, werden keine B-Lymphoctyen über diesen Weg aktiviert, somit können diese sich nicht zu Antikörper-produzierenden Plasmazellen und B-Gedächtniszellen differenzieren. Natürliche Killerzellen des unspezifischen Immunsystems, die von Viren befallene Körperzellen vernichten, werden ebenfalls nicht aktiviert. Ebenso unterbleibt die Aktivierung der T-Killerzel-len und die Aktivierung der Makrophagen und Granulocyten.

2 ErarbeiteeinebegründeteHypothese,wieeinMedikamentgegenHIVwirkenkönnte.Auswahl möglicher Ideen: – Künstliche T-Helferzellen herstellen und injizieren – Verhindern, dass sich die HI-Viren in den Zellen vermehren können (Verhindern des Eindringens) – Antikörper gegen HIV künstlich produzieren und injizieren

Unerwünschte Immunreaktion (Seite 26/27)

1 DenAnzeicheneinerAllergieliegenzelluläreVorgängezugrunde.Benennediese.Allergischen Reaktionen liegt eine Immunisierung gegen körperfremdes Material zugrunde. Lymphocyten produzieren Antikörper. Diese Antikörper binden an Mastzellen, die dadurch sensibilisiert werden. Binden Allergene an die Antikörper auf der Oberfläche der Mastzellen, werden die Zellen aktiviert. Sie setzen dann eine Reihe von Botenstoffen frei, die beispielsweise über Muskelzellen der Bronchien zu Atemnot und Asthma, bei Schleim produzierenden Zellen der Atemwege zu Atemnot, bei Zellen der Kapillarwan-dung zu Schwellungen und Rötung der betroffenen Hautstelle führen können.

2 AufderAnleitungbeiHaarfärbemittelnistimmerzulesen,dassdasMittelaneinerkleinenHautstellezutestensei.Erkläre.Auch Haarfärbemittel können stark allergen sein. Die Reaktion kann immer auftreten, selbst wenn man das Präparat schon öfters benutzt hat. Sollte man zu Allergien neigen, ist Vorsicht angebracht.

3 LeiteausdenSachinformationenTippsfürAllergikerab.• keine Spaziergänge in freier Natur zur Blütezeit • bei geschlossenen Fenstern schlafen • Kleidung, an der Pollen haften könnte, nicht im Schlafzimmer ausziehen und liegenlassen • Haare oft waschen (am besten vor der Schlafen) • Auf Pollenflugdurchsagen achten (der Kalender kann sich je nach Witterung verschieben)

Aktive und passive Immunisierung (Seite 28/29)

1 Erläutere,obbzw.unterwelchenVoraussetzungennacheinerpassivenImmunisierunglangfristigeImmunitätvorliegt.Bei der passiven Immunisierung werden erregerspezifische Antikörper verabreicht. Die Antikörper produzierenden Lymphocyten des Impflings werden dadurch nicht aktiviert. Folglich werden auch keine Gedächtniszellen angelegt. Da Antikörper wie alle Eiweiße (Proteine) in Körperflüssigkeiten einem beständigen (enzymatischen) Abbau unterliegen, nimmt ihre Konzentration mit der Zeit ab. Wird eine bestimmte Konzentration unterschritten, weist der passiv Geimpfte keinen Schutz mehr gegen den Erreger auf. In Einzelfällen kann die Bildung von Gedächtniszellen erfolgt sein, bevor alle Erreger durch die passive Immunisierung deakti-viert sind.

2 ImpfkritikerstehenImpfungensehrmisstrauischgegenüber.VorallemImpfungengegenMasern,Windpocken,MumpsundRötelnwerdenabgelehnt.ErläuteremöglicheUrsachen.Außer den üblichen Vorwänden gegen Impfungen (vgl. Lösung zu Aufgabe 1, S. 30) spricht gegen diese Impfungen der Lebend-impfstoff. Die Angst ist groß, dass die als Impfstoff abgeschwächten Erreger aggressiv werden könnten.

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3 DieImpfunggegenHumanePapillomavirenisteinerelativneueImpfung,dienurMädchenbetrifft.InformieredichüberHintergründeundVoraussetzungenzurImpfung.BildedireineigenesUrteil.Humane Papillomaviren sind sexuell übertragbare Erreger. Etwa 70 bis 80 % der sexuell aktiven Frauen und Männer stecken sich im Laufe ihres Lebens mit diesem Erreger an, von dem mehr als 100 verschiedene Typen bekannt sind. Manche rufen sogenannte Feigwarzen hervor. Die Hochrisiko-Typen des HP-Virus 16 und 18, gegen die geimpft werden kann, können Zellveränderungen verur-sachen. Daraus kann sich auch Gebärmutterhalskrebs entwickeln. Seit August 2014 empfiehlt die Ständige Impfkommission die Impfung gegen HPV für Mädchen im Alter von 9 bis 14 Jahren. Feh-lende Impfungen können bis zum Alter von 17 Jahren nachgeholt werden. Diese Empfehlung ist Grundlage für die Schutzimpfungs-richtlinie des Gemeinsamen Bundesausschusses (G-BA). Die Impfung schützt vor den HPV-Typen 16 und 18, der Vierfach-Impfstoff zusätzlich vor HPV 6 und 11. Etwa 70 Prozent der Fälle von Gebärmutterhalskrebs werden durch die Hochrisiko-Virustypen 16 und 18 verursacht. Seltener sind auch andere Virustypen für die Entstehung von Gebärmutterhalskrebs verantwortlich, gegen die die Impfung nicht wirksam ist. Deswegen ist es so wichtig, dass auch geimpfte Frauen ab einem Alter von 20 Jahren regelmäßig zu den Früherkennungsuntersuchungen gehen. https://www.impfen-info.de/impfempfehlungen/fuer-jugendliche-12-17-jahre/hpv-humane-papillomaviren/infektion/ Nebenwirkungen: Es können Fieber, Schmerzen, Rötungen und Schwellungen, Blutungen, Juckreiz an der Einstichstelle vorkom-men. Bisher sind keine schwerwiegenden Nebenwirkungen bekannt. Wirksamkeit und Sicherheit: In seit mehreren Jahren laufenden Studien an Tausenden Frauen hat man herausgefunden, dass die Impfstoffe eine Wirksamkeit von fast 100 % gegenüber den HPV-Typen haben, die im Impfstoff enthalten sind. In den folgenden Jahren nach einer Impfung wurden weder eine Infektion mit Humanen Papillomaviren, gegen die geimpft wurde, noch Zellverän-derungen am Gebärmutterhals beobachtet. Allerdings ist bisher noch nicht geklärt, ob die Impfung nach ca. 5 Jahren aufgefrischt werden sollte, um die optimale Schutzwir-kung zu erhalten. http://www.frauenaerzte-im-netz.de/de_humane-papillom-viren-hpv--impfung-gegen-krebs_919.html

Material: Krankheitserreger (Seite 30/31)

1 ListeineinerTabellePro-undContra-Argumenteauf.Impfbefürworter sagen … • Impfen schützt die geimpfte Person bestmöglich vor gefährlichen Krankheiten. • Impfen schützt die Menschen in der Umgebung der geimpften Person vor Ansteckung. • Impfen kann Epidemien verhindern oder eingrenzen. • Maximaler Schutz bei minimalem Risiko. • Impfen kann Krankheiten vollkommen ausrotten. • Impfstoffe gehören zu den sichersten Arzneimitteln. Impfkritiker sagen … • Impfungen können schwere Nebenwirkungen verursachen. • Langzeitfolgen von Impfungen sind bisher nicht und werden auch nicht untersucht. • Impfstudien werden praktisch nur von Impfstoffherstellern gemacht. • Impfstudien vergleichen immer nur Impfstoffe mit anderen Impfstoffen, nicht Impfstoffe mit Placebos. • Unabhängige Studien gibt es praktisch nicht (und wenn, kommen diese immer zu anderen Ergebnissen). • Kinderkrankheiten sind zwar unangenehm, aber bei gesunden Kindern nicht gefährlich. • Geimpfte Kinder sind nicht gesünder als ungeimpfte. • Impfen ist ein Geschäft mit der Angst vor Krankheit. • Durch Unterdrückung der akuten Krankheiten (geimpfte Kinderkrankheiten) kommt es in Folge zu einer Zunahme chronischer Erkrankungen.

2 PlaneaufgrundderInformationenausdemTexteineDiskussionsrunde.Begründe,welchePersonendueinladenwürdestundnotierediralsModeratorFragen,dieandieDiskussionsrundegestelltwerdensollen.Zu der Diskussionsrunde können eingeladen werden: Kinderarzt für/gegen Impfung, Vertreter des Gesundheitsamts, Politiker, Betroffene, Geimpfte mit Folgeschäden, Geimpfte mit nicht geimpften Erkrankten, Eltern betroffener Kinder, Pharmazeut, jemand aus der Forschung, … Mögliche Fragen: • nach eigenen Erlebnissen • nach möglichen Folgen • nach Argumenten aus dem Text • nach Kosten bei der Impfstoffentwicklung • …

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3 EinigeErkrankungenwieMasernundKinderlähmunggaltenalsfastausgerottet.MitzunehmenderMobilitätgelangendieseKrankheitenüberinfiziertePersonenausLändernohneImpfschutzwiedernachDeutschland.SolltemanfüreineEinreisenachDeutschlandeinenImpfschutzverpflichtendverlangen?NennedreiGründefürundgegensolcheinePflichtimpfungundformuliereeineeigeneMeinung.Pro: Höhere Sicherheit der einheimischen Bevölkerung, geringere Kosten bei der Gesundheitsvorsorge, mögliche Ausrottung der Krankheit Contra: gesetzliche Impfpflicht für evtl. Impfgegner (Eingriff in die Entscheidungsfreiheit), Stigmatisierung von Einwanderern, Ungenauigkeit der Kontrollen Eigene Meinung: individuell

4 BegründeweshalbEbolainbesondersvielenFällentödlichverläuft.Ebola greift Makrophagen, also Zellen des Immunsystems, an. Damit ist die Abwehr des Körpers geschwächt und das Virus kann weniger bekämpft werden.

5 BeiderEbola-Epidemie2014wurdealsVorsichtsmaßnahmegegendieAusbreitungbeiallenFlugpassagierenausWestafrikavordemBesteigenderMaschineFiebergemessen.WerFieberhatte,durftenichtausreisen.BewertedieseMaßnahme.Das Fiebermessen bei Flugreisenden ist wenig sinnvoll, da die Inkubationszeit bis zu 21 Tage lang ist und vorher keine Symptome auftreten. Ein Infizierter kann also durchaus durch die Kontrolle kommen. Zudem ist Fieber ein unspezifisches Symptom, das auch bei vielen anderen Krankheiten auftritt.

6 ErläuteremithilfevonAbb.3dasVorkommenvonFlughundenundEbola.Das Ebola-Virus kommt eigentlich in Flughunden der Gattung Pteropodidae vor. Die Flughunde sind laut Karte in großen Teilen Afrikas (südlich der Sahara), in Südasien, Indonesien und Nordaustralien beheimatet. Ebolafälle treten nur in Gebieten auf, in denen auch die Flughunde auftreten, allerdings bisher nur in Afrika. Dies kann zwei mögliche Gründe haben. Entweder hat sich das Virus noch nicht in der gesamten Flughundpopulation ausgebreitet oder die Menschen außerhalb Afrikas nutzen die Tiere nicht als Nahrung und haben sich deshalb bisher nicht infiziert.

7 EinigeMenschensindimmungegenEbola,dasheißtsiekönnennichtinfiziertwerden.StellemithilfedeinesWissensüberVireneinebegründeteHypotheseauf,wiedieseImmunitätimKörperverursachtwerdenkönnte.Die Hypothesen werden unterschiedlich ausfallen.Tatsächliche Ursache: Viren benötigen, um in Zellen einzudringen, ein passendes Gegenstück zu ihren Oberflächenproteinen. Bei Menschen, die gegen Ebola immun sind, ist dieses Gegenstück (ein Folsäurerezeptor) verändert.

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© Ernst Klett Verlag GmbH, Stuttgart 2016 | www.klett.de | Alle Rechte vorbehalten Natura 7 — 10 Biologie Rheinland-Pfalz, Lösungen Grafik: OttoNehren,Achern

Krankheitserreger erkennen und abwehren — TESTE DICH SELBST (Seite 32/33)

1 OrdnedenB-GedächtniszelleninAbb.1dieErregerzu,vondenensieaktiviertwerden,underläuteredeineEntscheidungen.Bakterium; passende B-Gedächtniszelle a) 1 b) 3 c) 4 d) Passt zu keiner Immunzelle, da es keine Oberflächenstrukturen trägt. Eine B-Gedächtniszelle erkennt Fremdkörper anhand von Oberflächenstrukturen, die nach dem Schlüssel-Schloss-Prinzip zu den Antikörpern auf ihrer Oberfläche passen

2 NachderAktivierungteilenundverändernsichdieB-GedächtniszellenzuAntikörperproduzierendenPlasmazellen.FertigeeineSkizzean,ausderdieWirkungvonAntikörpernersichtlichwird.siehe Abbildung

3 BeschreibedieAussagedesDiagramms(Abb.2).Nach dem ersten Kontakt mit dem Antigen des Erregers steigt die Antikörperkonzentration langsam an. Das Maximum der Antikörperkonzentration ist nach knapp 3 Wochen erreicht. Danach sinkt die Antikörperkonzentration wieder. Bei einem zweiten Kontakt mit demselben Erreger steigt die Antikörperkonzentration wesentlich schneller an und die Konzentration der Antikörper ist beim Maximum mehr als doppelt so hoch wie beim Erstkontakt.

4 ErkläredieEntwicklungderAntikörperkonzentrationenbeiderErst-undZweitinfektionmitdemselbenErreger.Erstinfektion: Bis das Immunsystem aktiviert ist und die Erreger effektiv u. a. mit der Hilfe von Antikörpern beseitigt werden kön-nen, vergeht eine gewisse Zeit. Es muss eine Abfolge von Vorgängen stattgefunden haben, bis die Plasmazellen mit der Produkti-on von Antikörpern beginnen können: Zunächst spüren Makrophagen den Erreger auf und verdauen ihn mittels Phagocytose. Die Makrophagen präsentieren die Antigene des Erregers auf ihrer Oberfläche. Dann trifft ein antigenpräsentierender Makrophage auf einen T-Lymphocyten. Über eine Schlüssel-Schloss-Reaktion zwischen dem Rezeptor auf der Oberfläche des T-Lymphocyten und dem Antigen auf der Oberfläche des Makrophagen werden die T-Lymphocyten aktiviert. Diese differenzieren sich in der Folge u. a. zu T-Helferzellen. Die T-Helferzellen wiederum aktiveren B-Lymphocyten, die sich u. a. zu Antikörper produzierenden Plasmazellen differenzieren. Erst jetzt können Antikörper gebildet werden. Zweitinfektion: B-Gedächtniszellen, die beim Erstkontakt mit dem Erreger gebildet worden sind, erkennen den Erreger. Diese Gedächtniszellen differenzieren sich sofort zu Antikörper produzierenden Plasmazellen. Somit können schneller mehr Antikörper produziert werden.

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5 LegeeineTabellean,ausderdieFunktionendergezeigtenImmunzellenhervorgehen.siehe Tabelle

Immunzelle Funktion

Granulocyt ÜberbegrifffürverschiedeneZellen,dieBakterien,PilzeundParasi-tenbekämpfen.EinBeispieldafürsinddiesogenanntenFresszellen(Phagocyten),dieErregeraufnehmenundverdauen.

Makrophagen verdauendieErregerundpräsentierendieAntigeneaufihrerOber-fläche

B-Lymphocyten differenzierensichzuAntikörperproduzierendenPlasmazellenundB-Gedächtniszellen

T-Helferzellen SieaktiviereneineVielzahlvonImmunzelltypen:AktivierungvonFresszellen,natürlichenKillerzellen,T-Killerzellen,B-Lymphocyten

T-Killerzellen tötenvomErregerbefalleneZellenab

6 ImmunreaktionenaufErregerbasierenaufdemZusammenspielmehrererTypenvonImmunzellen.ErläuterediesaneinemausgewähltenBeispiel.Ein Beispiel für das Zusammenwirken mehrerer Typen von Zellen des Immunsystems: Zunächst spüren Makrophagen den Erreger auf und verdauen ihn mittels Phagocytose. Die Makrophagen präsentieren die Antigene des Erregers auf ihrer Oberfläche. Dann trifft ein antigenpräsentierender Makrophage auf einen T-Lymphocyten. Über eine Schlüssel-Schloss-Reaktion zwischen dem Rezeptor auf der Oberfläche des T-Lymphocyten und dem Antigen auf der Oberfläche des Makrophagen werden die T-Lymphocy-ten aktiviert. Diese differenzieren sich in der Folge u. a. zu T-Helferzellen. Die T-Helferzellen wiederum aktiveren B-Lymphocyten die sich u. a. zu Antikörper produzierenden Plasmazellen differenzieren. Erst jetzt können Antikörper gebildet werden.

7 VergleicheaktiveundpassiveImmunisierung. Bei der aktiven Immunisierung reagieren Lymphocyten auf ein Antigen und produzieren zum Antigen passende Antikörper. Im Rahmen dieser Reaktion werden Lymphocyten-Gedächtniszellen angelegt, die bei einer erneuten Infektion mit dem gleichen Erreger in kurzer Zeit hohe Antikörperkonzentrationen erzeugen. Bei der sogenannten passiven Immunisierung werden einem Erkrankten zum Erreger passende Antikörper gespritzt. Diese Antikörper wurden von Lymphocyten in Versuchstieren oder von Lymphocyten im Reagenzglas produziert. Gedächtniszellen werden im Patienten nicht angelegt.

8 ErläuteredieinAbb.4dargestellteVorgehensweise.Die Abbildung zeigt die aktive Immunisierung eines Versuchstiers, gespritzt werden abgeschwächte Erreger. Nachdem eine Anti-körperproduktion stattgefunden hat, wird Körperflüssigkeit entnommen, um die Antikörper zu einem Medikament für die passive Immunisierung aufzuarbeiten.

9 WennPenicillinverschriebenwird,wirdoftaucheinMedikamentverschrieben,dasdieDarmflorastärkt.Erkläre.Penicillin stört die bakterielle Zellteilung. Deshalb werden nicht nur die Krankheitserreger, sondern auch viele andere Bakterien- arten von Penicillin geschädigt. Auch die Bakterien der Darmflora können dadurch geschädigt werden und müssen deswegen nach einer Penicillinbehandlung wieder gestärkt werden, da sie wichtige Aufgaben bei unserer Verdauung erfüllen.

10AlsNebenwirkungenbeiderEinnahmevonPenicillinkönnenHautausschlag,NesselsuchtoderandereallergischeReaktionenauftreten.BeschreibeeinenmöglichenZusammenhang.Penicillinmoleküle werden von unserem Immunsystem als Fremdstoffe erkannt, auf die es auch allergisch reagieren kann. Das kann die beschriebenen allergischen Reaktionen zur Folge haben.

11Erläutere,warumPenicillinzwardenKrankheitserreger,nichtjedochunsereKörperzellenschädigt.Penicillin stört die Synthese des Mureins beim Aufbau einer neuen Bakterienzellwand bei der Zellteilung. Da es substratspezi-fisch ist und der Mensch kein Murein synthetisiert, kann auch der Stoffwechsel des Menschen nicht von Penicillin gestört werden.

12ErkläreeinemöglicheUrsachevonZöliakie.Zellen, die evtl. auch körpereigene Zellen angreifen, werden bei der Reifung im Lymphsystem nicht erfolgreich aussortiert und greifen dann die Zellen der Darmschleimhaut an.

13LeiteausdemWissenüberdiebiologischenUrsachenmöglicheSymptomefürdieBetroffenenab.Mögliche Symptome sind Gewichtsverlust, Durchfall, Erbrechen, Appetitlosigkeit, Müdigkeit und Wachstumsstörungen, weil der Körper nicht ausreichend mit Nährstoffen versorgt werden kann.

14BewertemöglicheProblemeeinerDiät.Getreideprodukte sind schwer zu vermeiden. Getreide gehört zu den Grundnahrungsmitteln und ist vielen anderen Lebensmitteln zugesetzt. Eine glutenfreie Ernährung ist schwierig und konzentriert sich auf stark bearbeitete Lebensmittel.

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15ErkläredenBegriff„Auffrischimpfung“.Auffrischimpfungen sind erforderlich, weil die Gedächtniszellen des Immunsystems nur eine begrenzte Lebensdauer haben.

16Erläutere,warumestrotzImpfmaßnahmenschwierigist,mancheKrankheitenauszurotten.Zwei wesentliche Gründe sind, dass die Erreger ihre Gestalt ändern bzw. dass Impfungen nicht regelmäßig von allen Menschen durchgeführt werden (Impfmüdigkeit).

17HeftetsicheinBakteriophageaneineBakterienzellean,soreagiertdieWirtszelledaraufso,wieeinemenschlicheZelleaufeinVirusreagiert.BeschreibediesenVorgangunderläutere,welcheKonsequenzBakteriophagenfürihrenWirthaben.Das genetische Material des Bakteriophagen gelangt in die Wirtszelle. Dort vervielfacht die Wirtszelle das genetische Material des Bakteriophagen und produziert viele Bakteriophagenprotein hüllen. Daraus setzen sich viele neue Bakteriophagen zusam-men. Schließlich platzt die Wirtszelle und die Bakteriophagen werden freigesetzt. Da Bakterien einzellige Lebewesen sind, bedeu-tet eine Bakteriophageninfektion stets den Tod des Bakteriums.

18ObwohlinDeutschlandnochkeineentsprechendenMedikamentezugelassensind,wirdanderBekämpfungvonbakteriel-lenKrankheitserregerndurchBakteriophagengeforscht.Erläutere,welchenVorteilderEinsatzvonBakteriophagengegenbakterielleKrankheitserregerimVergleichzuAntibiotikahabenkönnte.Antibiotika schädigen zwar nur Bakterien, aber sie machen keinen Unterschied zwischen nützlichen und schädlichen Bakterien. Nützliche Bakterien, wie z. B. die Bakterien der Darmflora, werden durch eine Antibiotikabehandlung auch geschädigt. Durch ihre hohe Wirtsspezifität würden durch Bakteriophagen nur die Krankheitserreger bekämpft. Andere Bakterien und auch die mensch-lichen Zellen würden von den Bakteriophagen nicht geschädigt.

19UnserImmunsystemstellteinbesonderesProblemfürdenEinsatzvonBakteriophagenzurBekämpfungbakteriellerKrank-heitserregerdar.Erläutere,inwiefernunserImmunsystemkrankheitserregendeBakterienvorBakteriophagenschützt.Bakteriophagen müssen durch unseren Körper transportiert werden, um die Bakterien zu erreichen. Aus der Sicht unseres Körpers stellen Bakteriophagen jedoch Fremdkörper dar, die vom Immunsystem erkannt und beseitigt würden, bevor sie die krankheits- erregenden Bakterien befallen könnten.

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Krankheitserreger erkennen und abwehren — Basiskonzept: Struktur und Funktion (Seite 34/35)

1 Begründe,wiesoImmunzellenkeinekörpereigenenZellenangreifen.Körpereigene Zellen haben Oberflächenstrukturen, die sich von denen von Eindringlingen eindeutig unterscheiden. Nur fremde Strukturen werden von Immunzellen angegriffen.

2 MancheMenschenleidenuntersogenanntenAutoimmunerkrankungen.DasImmunsystemgreiftdannkörpereigeneZellenan.DavonsindinderRegelbestimmteOrganeoderGewebebetroffen,zumBeispielderDarmoderdasNervengewebe.ErkläremöglicheUrsachenfürdieseAutoimmunerkrankungen.Die Oberflächenstruktur der Körperzellen könnte verändert sein, sodass sie den Immunzellen als fremd erscheinen. Oder die Immunzellen sind verändert und erkennen fälschlicherweise Körperzellen als fremde Zellen.




Krankheitserreger erkennen und abwehren — Arbeitsblatt: Der Körper wehrt sich (Seite 36)

1 BeschreibemithilfederAbbildungstichpunktartigdenVerlaufeinerImmunreaktion.Viren gelangen in den Blutkreislauf. Riesenfresszellen nehmen einige Viren auf, verdauen sie und präsentieren Virenbruchstücke auf ihrer Oberfläche. Dadurch werden T-Helferzellen informiert. Diese aktivieren die B-Zellen, die Plasmazellen und B-Gedächtnis-zellen bilden. Die Plasmazellen produzieren Antikörper. Die T-Helferzellen aktivieren auch T-Killerzellen und bilden T-Gedächtniszel-len.

2 WelcheFunktionenhabenAntikörperundT-Killerzellen?Antikörper binden sich spezifisch an die Viren und verklumpen diese, sodass Riesenfresszellen sie verdauen können. T-Killerzellen nehmen infizierte Körperzellen auf und bauen sie ab.

3 WelcheAufgabehabendieGedächtniszellen?Die Gedächtniszellen speichern die Information über die Erreger, sodass bei einer erneuten Infektion sofort die passenden Antikör-per oder T-Zellen gebildet werden können und so der Ausbruch der Krankheit verhindert wird.

4 Überlege,wodurchesGrippevirenimmerwiederschaffen,dasImmunsystemzuüberlisten.Die Viren verändern sich im Laufe ihrer Vermehrung so stark, dass sie von den „alten“ Gedächtniszellen nicht erkannt werden.

Krankheitserreger erkennen und abwehren — Arbeitsblatt: Impfungen schützen vor Krankheiten (Seite 37)

1 BeschriftedieAbbildungen.Aktive Immunisierung: a) Impfung mit abgeschwächten Erregern (Antigene) b) Bildung von Gedächtniszellen und Antikörpern (Immunabwehr) c) Infektion mit Erregern (Antigene) d) Gedächtniszellen produzieren schnell Antikörper, die Erreger binden Passive Immunisierung: a) Impfung mit Antikörpern b) Infektion mit Erregern (Antigene) c) Antikörper binden Antigene

2 VergleicheaktiveundpassiveImmunisierung.Nach beiden Impfungen besteht ein Schutz vor der Krankheit. Bei der aktiven Immunisierung werden die Antikörper vom geimpf-ten Körper produziert und seine Gedächtniszellen machen unter Umständen ein Leben lang immun. Bei der passiven Immunisie-rung werden Antikörper verabreicht, die zwar aktuell vor einer Krankheit schützen, die aber schnell abgebaut werden und deshalb keinen Schutz bei späteren Infektionen bedeuten.

Krankheitserreger erkennen und abwehren — Arbeitsblatt: Allergien (Seite 38)

1 BeschreibemithilfederAbbildungstichpunktartigdieEntstehungeinerAllergie.Antigene dringen in den Körper und rufen eine Immunreaktion mit Bildung von Antikörpern hervor. Die Antikörper aktivieren Mastzellen aus Bindegewebe und Schleimhaut. Bei erneutem Kontakt mit dem gleichen Antigen (Allergen) werden noch weitere Antikörper an die Mastzellen gebunden. Sie werden zum Platzen gebracht und Histamin wird freigesetzt, wenn sich Antigen und Antikörper auf den Mastzellen verknüpfen.

2 WodurchunterscheidetsicheineallergischeReaktionvoneiner„normalen“ImmunreaktionnachdemEindringenvonAnti-genen?Bei einer allergischen Reaktion führt der wiederholte Kontakt mit Allergenen über die Bildung von Antikörpern zum Ausbruch der Allergie. Bei Immunreaktionen verhindern die Antikörper bei einem zweiten Kontakt mit Antigenen den Ausbruch der Krankheit.

3 AllergischeReaktionenaufeinbestimmtesAllergentretenplötzlichauf.MussderBetroffenezuvorKontaktmitdiesemStoffgehabthaben?Begründe.Ja; eine allergische Reaktion kann nur nach einem zweiten Kontakt mit dem Allergen auftreten.

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© Ernst Klett Verlag GmbH, Stuttgart 2016 | www.klett.de | Alle Rechte vorbehalten Natura 7 — 10 Biologie Arbeitsbuch 3 Rheinland-Pfalz, LösungenGrafik: JörgMair,München

Krankheitserreger erkennen und abwehren — Arbeitsblatt: Masern — eine harmlose Kinderkrankheit? (Seite 39)

1 OrdnedieBegriffe„Inkubationszeit“(Ik),„Genesung“(G),„Infektion“(If)und„Krankheit“(K)indieZeitachseein

2 ExpertenempfehleneineImpfunggegenMasernim12.bis15.Lebensmonat,eineAuffrischungderImpfungnachVoll-endungdes5.LebensjahresundeineImpfungimErwachsenenalter.Begründe.Die Impfung schützt vor Ansteckung und Ausbreitung der Krankheit. Die Impfung muss wiederholt werden, da sich der Schutz mit der Zeit abschwächt.

3 SetzedichmitfolgenderMeinungauseinander:„IchkannmichvoreinerMasernerkrankungschützen,indemichdenKontaktzuErkranktenmeide.“Da die Infektionsgefahr schon vor Ausbruch der Krankheit besteht, kann man sich nicht auf die genannte Weise schützen.

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C)

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Schnupfen, Husten,Bindehautentzündung,Kopfschmerzen, Übelkeit,Rötung der Mundschleimhaut

Fleckiger, roter Hautausschlag, der sich innerhalbvon drei Tagen über den ganzen Körper ausbreitetund unter leichter Abschuppung nach weiteren3 bis 4 Tagen abklingt.

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IF IK K G




10 Individualität und Entwicklung

10. 1 Vom Gen zum Merkmal

DNA als genetisches Material (Seite 42/43)

1 ZeichneschematischeinNucleotid.OrientieredichanAbb.2.siehe Abbildung

2 EinDNA-EinzelstrangenthältfolgendeBasen:TTAGCGTGGC.VervollständigedenDNA-StrangzueinemDoppelstrang.TTAGCGTGGC AATCGCACCG

3 BerechnedieAnzahlderMöglichkeitenfüreinenDNA-StrangmiteinerLängevon7Nucleotiden.An jeder Stelle kann jede der vier Basen sitzen. Es ergibt sich folgender Rechenweg: 4 x 4 x 4 x 4 x 4 x 4 x 4 = 16 384 bzw. 47 = 16 384

Von der DNA zum Protein (Seite 44/45)

1 StelledenWegvomGenzumProteininFormeinesVerlaufsschemasdar.DNA m-RNA Protein Transkription Translation

2 ÜbersetzefolgendencodogenenDNA-StranginseinProtein:AGGCTTTGACGG.AGG CTT TGA CGG m-RNA: UCC GAA ACU GCC Protein: Ser – Glu – Thr – Ala

3 Begründe,warumeinCodonausgenaudreiBasenbesteht.Es gibt 20 Aminosäuren. Würde eine Base für eine Aminosäure stehen, so gäbe es nur 4 Möglichkeiten. Wären es zwei Basen, so wären es 4 x 4, also 16 Möglichkeiten, also immer noch zu wenig. Bei einem Triplett gibt es 4 x 4 x 4, also 64 Möglichkeiten. Dies ist also die kleinste Anzahl von hintereinanderhängenden Basen, die für 20 Möglichkeiten codieren können.

Vom Protein zum Merkmal (Seite 46/47)

1 ErstelleeineTabellezudenGruppenvonProteinen,ihrenFunktionensowieBeispielen.siehe Tabelle

2 RecherchieredieFunktionfolgenderProteineundordnesiedenProteingruppenzu:Hämoglobin,Elastin,Alkohol-dehydrogenase.Hämoglobin: Transportprotein, transportiert Sauerstoff im Blut Elastin: Strukturprotein, gibt Gewebe Elastizität Alkoholdehydrogenase: Enzym, baut Alkohol ab

3 StelledieEntstehungderAugenfarbealsFließdiagrammdar.Gen für Tyrosinase (DNA) → Transkription → m-RNA → Translation → Protein/Enzym Tyrosinase → wandelt Tyrosin zu Melanin um.

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Proteingruppe Funktion Beispiel

Enzyme chemischeReaktionendesStoffwechsels

Amylase

Transportproteine TransportvonStoffen Aquaporine

Bewegungsproteine vermittelnBewegung Actine

Abwehrproteine AbwehrvonKrankheitserregern AntikörpergegenGrippeviren

Rezeptorproteine Wahrnehmung Rhodopsin

Strukturproteine gebenZellenundGewebenStrukturundFestigkeit

Kollagen

einigeHormone SteuerungundRegelung Insulin

G

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4 BeschreibedieEntstehungdesrotenFarbstoffsBetanininRote-Bete-Zellen.RecherchiereimInternet.Die Gene 1 und 2 werden in m-RNA umgeschrieben (Transkription). Beide m-RNAs wandern aus dem Zellkern heraus und werden im Cytoplasma in eine Aminosäurekette übersetzt. Die fertigen Aminosäuren falten sich zu Protein 1 und 2. Aus Tyrosin wird mit-hilfe des Proteins 1 ein Zwischenprodukt hergestellt. Dies wird wiederum mithilfe von Protein 2 zu Betanin umgewandelt. Betanin führt zur Rotfärbung der Roten Bete.

Mutationen — Veränderungen des genetischen Materials (Seite 48)

1 DerDNA-StrangATTGTGCCCTGGistnachdemEinwirkeneinesMutagensverändertinATAGTGCCTGG.NennedievorhandenenMutationen.ATTGTGCCCTGG ATAGTGCCTGG Punktmutation T zu A Deletion von C mit Leserasterverschiebung

2 Begründe,weshalbDeletioneneinesVielfachenvondreinichtzueinerLeserasterverschiebungführen.Die DNA wird in Tripletts abgelesen. Wird ein Vielfaches von drei gelöscht (oder hinzugefügt), hat dies keine Auswirkungen auf das Leseraster, da die Tripletts erhalten bleiben.

Praktikum (Seite 49)

1 NenneeinemöglicheAbfolgederBasenaufeinemDNA-Strang,diefürdiefolgendeAminosäurekettecodiert:…Ser—Phe—Trp—Arg—Gly—Met…Mögliche Antwort: AGAAAAACCGCCCCCTAC.

2 Erläutere,warumesfürAufgabe1mehrererichtigeLösungengibt.Lediglich die Codons für Tryptophan (ACC) und Methionin (TAC) stehen fest. Die anderen Aminosäuren werden von mehreren möglichen Codons codiert.

3 BeschreibeundbenennedieMutationenfürdiemutiertenDNA-Abschnitteb—f.b) Punktmutation: An der vierten Position wird Thymin durch Adenin ersetzt. Dadurch wird das zweite Codon zum Stopp-Codon (Unsinn-Mutation). c) Punktmutation: An der 15. Position wird wiederum Thymin durch Adenin ersetzt. Das betroffene Codon codiert aber immer noch für die gleiche Aminosäure (stumme Mutation). d) Leserastermutation: Die 10. Base wird eliminiert (Deletion). e) Leserastermutation: Unmittelbar hinter der sechsten Base wird Cytosin eingefügt (Insertion). f) Punktmutation: An der letzten Position wird Adenin durch Thymin ersetzt. Dadurch codiert das betreffende Codon für eine andere Aminosäure (Unsinn-Mutation).

4 Stelledar,wiesichdiejeweiligeMutationaufdieAminosäureketteauswirkt.b) Die Aminosäurekette bricht nach dem ersten Codon ab. Der Rest der Kette wird nicht mehr abgelesen. c) Es entsteht die gleiche Aminosäurekette wie durch den nicht mutierten DNA-Strang. d) Statt der AS-Kette: —Ser—Arg—Tyr—Leu—Thr—Gly—Gly—Asp— entsteht:—Ser—Arg—Tyr—Ser—Gln—Glu—Ala—Ile— Alle weiteren AS sind wahrscheinlich auch verändert. e) Statt der AS-Kette:—Ser—Arg—Tyr—Leu—Thr—Gly—Gly—Asp— entsteht: —Ser—Arg—Val—Ser—Asp—Arg—Arg—Arg— Alle weiteren AS sind wahrscheinlich auch verändert. f) an der letzten Stelle des Abschnitts wird Asp durch Glu ersetzt. Ansonsten wird das Protein im Vergleich zum ursprünglich codierten Protein unverändert bleiben.

5 StelleeineHypotheseauf,ausderhervorgeht,wiestarkdasjeweilsnachderMutationentstandeneProteininseinerFunktionvondemursprünglichcodiertenProteinabweicht.Die Schüler könnten die Hypothese aufstellen: Je stärker die Reihenfolge der Aminosäuren in dem durch die Mutation entstande-nen Protein von der Reihenfolge in dem ursprünglichen Protein abweicht, desto größer ist auch der Funktionsunterschied. Daraus resultiert, dass es bei b) zu keinem Funktionsunterschied kommt. Bei e) sollte der Unterschied als gering eingeschätzt werden und bei den Übrigen als sehr hoch.

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Chromosomen (Seite 50/51)

1 VergleicheChromosomenmutationundGenmutationmiteinander.Bei beiden Mutationstypen handelt es sich um Veränderungen des Erbguts (der DNA). Genmutationen betreffen allerdings in der Regel einzelne (bei Punktmutationen) bis mehrere Basen bzw. Nucleotide in der Sequenz der DNA, während bei Chromosomen-mutationen viel größere Abschnitte der DNA betroffen sind. So fehlen z. B. ganze Abschnitte eines Chromosoms.

Genom und Genommutation (Seite 52/53)

1 Begründe,warumdieSequenzierungvon23Chromosomenausreicht,umdasgesamtegenetischeMaterialimZellkerndesMenschenzubestimmen.Der Mensch hat 46 Chromosomen, das sind 23 homologe Chromosomenpaare. Bei einem Chromosomenpaar liegen auf den entsprechenden Genorten das genetische Material für das jeweils gleiche Merkmal – nur eben in möglicherweise anderer Ausprägung (Allel).

2 FormuliereHypothesen,warumeinüberzähligesChromosomeinSyndrom,dasheißtvieleverschiedeneSymptome,hervor-rufenkann.Auf dem Chromosom befinden sich viele verschiedene Gene, die für unterschiedliche Informationen codieren und daher viele Stel-len im Körper betreffen können. Eine andere Hypothese wäre, dass ein Enzym, das durch ein Gen auf diesem Chromosom codiert wird, an unterschiedlichen Stellen des Körpers Aufgaben wahrnimmt. Auch das würde zu einem Syndrom, einem Krankheitsbild mit vielen Merkmalen, führen.

3 ErörterediegrundsätzlicheProblematikvonTestsaufMutationenderErbanlagenwährendderSchwangerschaft.Grundsätzliche Problematik bei solchen Tests: Welcher Zweck wird damit verfolgt? Das könnte ein therapeutischer sein (behandel-bare Krankheit), ein psychischer (Eltern können sich mental auf ein krankes Kind einstellen) oder es könnte zu einer Abtreibung führen. Damit einher gehen die Fragen: Darf man abtreiben? Wie sollte Leben selektiert werden? Was ist, wenn das Kind eine Erbkrankheit hat, nach der nicht gesucht wurde? Gibt es einen gesellschaftlichen Druck, beeinträchtigtes Leben abzutreiben? Wie werden betroffene Eltern nach Erhalt eines schwierigen Testergebnisses betreut?

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© Ernst Klett Verlag GmbH, Stuttgart 2016 | www.klett.de | Alle Rechte vorbehalten Natura 7 — 10 Biologie Arbeitsbuch 3 Rheinland-Pfalz, Lösungen

10. 2 Vererbung von Merkmalen

Keimzellenbildung (Seite 54/55)

1 Beschreibe,wasmanunterdenBegriffen„Allel”und„Gen”versteht.Ein Gen ist ein Abschnitt auf der DNA, der für ein bestimmtes Protein und in der Folge für ein bestimmtes Merkmal codiert. Ein Allel ist die Variante eines Gens, die dazu führen kann, dass ein Merkmal in einer bestimmten Weise ausgeprägt wird.

2 AuchfürdasMerkmal„Sommersprossen”gibteszweiAllele.DaseineAllelführtzuSommersprossen,dasanderenicht.DasGenbefindetsichaufeinemanderenChromosomenpaaralsdieGenefürdieHaar-bzw.dieOhrläppchenform.StelleeineListemitallenmöglichenKombinationendieserdreiGeneauf,dieineinerKeimzellevorkommenkönnen.Die Antwort muss 8 (23) verschiedene Keimzellen auflisten.

Praktikum: Meiose im Modell (Seite 56)

1 FädeltPfeifenreinigerdurchdenDruckknopfwieinAbb.1.IhrbekommtdasModelleinesnichtkondensierten,entspirali-siertenZwei-Chromatid-Chromosoms.WickeltdiePfeifenreinigerumeinenStift.JetztzeigteuerModelleinkondensiertes(spiralisiertes)Zwei-Chromatid-ChromosomwieinAbb.1.individuelle Lösung

2 BetrachteteuerModell:WelcheBestandteileeuresModellsentsprechenwelchenStruktureneinesChromosoms?Erklärt.DerPfeifenreiniger entspricht einem Chromatid, der Druckknopf dem Centromer.

3 ZeigtmiteuremModelleinEin-Chromatid-Chromosom.DasModell wird am Druckknopf in zwei Hälften geteilt. Eine Hälfte visualisiert nun ein 1-Chromatid-Chromosom

4 LegtnunalleineurerKlasseerstelltenChromosomenmodelleinderMittedesKlassenraumsalsKaryogrammaus.KlärtanschließendimUnterrichtsgesprächfolgendeBegriffe:• homologesChromosomenpaar• Autosomen• Geschlechtschromosomen.individuelle Lösung

5 ErstellteineTabelle,inderihrdiewichtigstenVorgängedereinzelnenPhasenderMeiosenotiert.InAbb.2istalsBeispieldieAnaphaseIimModellgezeigt.individuelle Lösung

Befruchtung (Seite 57)

1 VergleichedieMitosemitder2.TeilungderMeiose.Der Ablauf ist der weitestgehend gleich. Lediglich die Verdopplung zu Zwei-Chromatid-Chromosomen findet in der 2. meiotischen Teilung nicht mehr statt und die Anzahl der beteiligten Chromosomen je Zelle ist unterschiedlich.

Analyse von Stammbäumen (Seite 58/59)

1 DefinierediefolgendenBegriffe:Allel,Genotyp,Phänotyp,dominantesAllel,rezessivesAllel.Allel: ein Gen in einer bestimmten Ausprägungsform; Genotyp: Allelkombination eines bestimmten Merkmals; Phänotyp: tatsäch-liche Merkmalsausprägung aufgrund des Genotyps; rezessives Allel: Ausprägungsform eines Gens, das einem anderen, domi-nanten Allel bezüglich der Merkmalsausprägung unterliegt; dominantes Allel: Ausprägungsform eines Gens, das sich gegenüber einem anderen, rezessiven Allel bezüglich der Merkmalsausprägung durchsetzt

2 ErkläreanhanddesStammbaumsinAbb.2,weshalbhiereinautosomal-dominanterVererbungsmodusausgeschlossenwer-denkann.Person 8 und 9 sind phänotypisch gesund, haben aber ein erkranktes Kind. Die Personen 8 und 9 können kein mutiertes, domi-nantes Allel im Genotyp tragen, da sie phänotypisch gesund sind. Somit können sie (abgesehen von Spontanmutationen) kein erkranktes Kind haben, das ein dominantes, mutiertes Allel im Genotyp tragen muss.

3 ErkläreanhanddesStammbaumsinAbb.3,weshalbhierderautosomal-rezessiveErbgangausgeschlossenwerdenkann.EinAusschluss anhand der Genotypen ist laut Stammbaum nicht möglich, allerdings ist die autosomal-rezessive Vererbung sehr unwahrscheinlich, da sehr viele Erkrankte im Stammbaum zu finden sind und keine Generationen übersprungen werden.

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© Ernst Klett Verlag GmbH, Stuttgart 2016 | www.klett.de | Alle Rechte vorbehalten Natura 7 — 10 Biologie Arbeitsbuch 3 Rheinland-Pfalz, Lösungen Grafik: IngridWalter,Stuttgart

X-chromosomale Erbgänge (Seite 60/61)

1 ZeichnedenStammbaumzurX-chromosomal-dominantvererbtenAlport-KrankheitindeinHeft.ÜberprüfenundurchAngabederGenotypen,oballedreiübrigenVererbungsmodi(autosomal-rezessiv,autosomal-dominantundX-chromosomal-rezessiv)auszuschließensind.Autosomal-rezessive Vererbung und autosomal-dominante Vererbung sind anhand des Stammbaums und durch Zuordnung von Genotypen prinzipiell möglich, auch die X-chromosomal-rezessive Vererbung, allerdings nur, wenn Person 3 Konduktorin ist.

Material: Individualität und Entwicklung (Seite 62/63)

1 Belege,welcherErbgangdieserStoffwechselkrankheitzugrundeliegt.SchließeandereErbgängebegründetaus.Es liegt ein autosomal-rezessiver Erbgang vor. Die phänotypisch gesunden Eltern 1 und 2 haben kranke Kinder (unter anderem Nr. 4). Beide Eltern müssen heterozygot mit dem Genotyp Aa sein. Sie haben das mutierte rezessive Gen an ihre betroffenen Kinder weitergegeben. Eine X-chromosomale Vererbung kann ausgeschlossen werden, da der Sohn Nr. 6 gesund ist. Da seine Mutter erkrankt ist, hätte er von ihr das betroffene Gen bekommen müssen, was sich auch im rezessiven Fall, bei einem XY-Gonosomenpaar auswirken müsste.

2 GibmöglicheGenotypenderPersonen1—6an.Mögliche Genotypen sind: Aa (1), Aa (2), AA oder Aa (3), aa (4), Aa (5), Aa (6).

3 EineursächlicheTherapieistnichtmöglich.MacheVorschlägefüreineDiät.Beurteiledabei,oblactosefreieMilch,beiderfürlactoseintoleranteMenschendieLactoseinihreBestandteileaufgespaltenwird,fürdieDiätgeeignetist.Eine Diät müsste galactosefrei sein. Auch Lebensmittel, die versteckt Galactose enthalten, dürfen nicht gegessen werden. Auch lactosehaltige Produkte müssen vermieden werden. Bei lactosefreien Produkten ist die Lactose lediglich aufgespalten (vgl. Text). Sie wirkt daher genauso schädlich.

4 GalactosämiekanninunterschiedlichenSchweregradenvorliegen.Erkläredies.Im Text heißt es, dass die Mutation, je nachdem an welcher Stelle sie vorliegt, unterschiedliche Auswirkungen haben kann. In manchen Fällen kann das Enzym noch arbeiten, aber wesentlich langsamer. Das erklärt die unterschiedlichen Schweregrade der Erkrankung.

5 SchlageeineMethodevor,mitdermanbeimöglichenMutationsträgern(Aa)dasrezessiveGennachweisenkönnte.In einem einfachen Test wird eine bestimmte Menge Galactose verabreicht. Bei einem Heterozygotenträger steigt die Menge der Galactose im Blut viel stärker an als bei gesunden/Homozygoten.

6 ZeichneausdenInformationendesTexteseinenStammbaum.BenutzedieSymbolevonSeite58.siehe Abbildung

7 Belege,welchemErbgangdieseErkrankungfolgt.SchließeandereErbgängebegründetaus.Es handelt sich um einen automal-rezessiven Stammbaum, weil der phänotypisch gesunde Sohn 4 aus der Verbindung des ersten Elternpaares (Großeltern) mit seiner phänotypisch ebenfalls gesunden Partnerin (3) zwei kranke Kinder hat. Ein dominanter Erb-gang liegt nicht vor, weil in dem Fall erkrankte Kinder keine gesunden Eltern hätten haben dürfen. Ein X-chromosomaler Erbgang scheidet auch aus, denn die Tochter Nr. 7 ist erkrankt, hat aber einen gesunden Vater. Bei einem X-chromosomalen Erbgang hätte sie von diesem ein krankes X bekommen müssen und er wäre auch erkrankt gewesen.

8 NummerierediePersonenimgezeichnetenStammbaumdurch(16Personen).GiballemöglichenGenotypenderPersonenan.Mögliche Genotypen sind: Aa (1), aa (2), Aa (3), Aa (4), Aa oder AA(5), Aa oder AA (6), aa (7), Aa (8), aa (9), aa (10), Aa oder AA (11), Aa oder AA (12), Aa oder AA (13), aa (14), Aa (15), Aa (16).

9 Ermittle,mitwelcherWahrscheinlichkeitdasElternpaarmitdemgesundenKindeinweiteresKindbekommenkönnte,dasanderErbkrankheitleidet.Je nach Genotypkombination: Bei AA und AA ist das Kind gesund, bei Aa und AA ist das Kind gesund, aber mit 50prozentiger Wahrscheinlichkeit Heterozygotenträger, bei Aa und Aa liegt die Wahrscheinlichkeit bei 50 % für krank und bei 50 % für Hetero- zygotenträger.

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1 2

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gesunde Frau

gesunder Mann

Merkmalsträgerin

Merkmalsträger13

1 Stammbaumschema einer Familie, in der ein Erbleiden auftritt




10DieErbkrankheitkommtindiesemStammbauminjederGenerationvor.VergleichediesenTatbestandmitdenRegelnfürErbgänge(s.Seite58—61)underkläre.Die Regeln zum Erkennen der Erbgänge beruhen auf statistischen Werten. Auch bei einer Wahrscheinlichkeit von 50 % könnten die Eltern theoretisch auch 10 gesunde Kinder bekommen. An diesem Beispiel sieht man, dass die Regeln Hilfen zum Erkennen eines Stammbaums sind, die Vermutung über den Stammbaum aber überprüft werden muss.

11BerechnejeweilsdieAnzahlderNucleotide,dienotwendigist,umfürdieobengenanntenProteinezucodieren.F VIII: 6996 F IX: 1140 Dystrohin: 11 055

12ErläutereunterVerwendungderDatenausAbb.2.,warumvielseltenerMutationenamGenfürFIXauftretenalsbeidenbeidenanderenGenen.Eine Mutation trifft zufällig ein Nucleotid der DNA. Je größer die Anzahl der Nucleotide eines Gens ist, desto höher ist auch die Wahrscheinlichkeit, dass ein Nucleotid eines Gens betroffen ist. Deshalb ist zu erwarten, dass Gene mit vielen Nucleotiden, wie die für Faktor VIII oder Dystrophin, häufiger mutiert sind als Gene mit wenigen Nucleotiden (F IX).

13DystrophinisteinwichtigesProteinfürdieFunktionvonMuskelzellen.DaallemenschlichenZellendasGenfürDystrophinenthalten,kanntheoretischdasGeninirgendeinerZellemutieren.BeschreibedieAuswirkungeneinerMutationdesDystro-phin-GensfürdieZelle,diePersonundderenNachkommen,wenndieMutationdieDNAeinerNervenzelle,einerMuskelzelleodereinerEimutterzellebetrifft.Da das Dystrophin-Gen in einer Nervenzelle wahrscheinlich nicht expremiert wird, hat die Zelle und die dazugehörige Person keinen Schaden von einer Mutation des Gens. Bei der Mutation des Gens in einer Muskelzelle ist diese Zelle geschädigt und verliert ihre Funktion. Die Person dürfte den Ausfall einer Zelle problemlos verkraften. Bei der Mutation des Gens in einer Sper-mienmutterzelle wird die Eizelle mit 50%-iger Wahrscheinlichkeit die geschädigte DNA besitzen. Für die betroffene Person wird die Mutation keine Auswirkungen haben. Wenn eine Eizelle mit der mutierten DNA befruchtet wird, wird das Kind erkrankt oder Konduktorin sein.

14UnsereZellenkönnenMutationenreparieren.WährendderEvolutionhatsicheinDNA-Reparaturmechanismusentwickelt,mitdemeinEnzymSchädenaneinemDNA-Einzelstrangreparierenkann.StelleeineHypotheseauf,wieeinEnzymeinenSchadenwieinAbb.3behebenkann.An dem unbeschädigten Einzelstrang kann das Reparaturenzym erkennen, welches Nucleotid an der geschädigten Stelle einge-setzt werden muss.

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Individualität und Entwicklung — TESTE DICH SELBST (Seite 64/65)

1 StelledenWegvomGenzumProteinmithilfevonAbb.1ineinemkurzenTextdar.VerwendedabeidieFachbegriffe. Entsprechend dem Gen auf der DNA, das die Bauanleitung für das entsprechende Protein trägt, wird in eine m-RNA geschrieben (Transkription). Die m-RNA wandert durch die Kernporen aus dem Zellkern hinaus zu den Ribosomen. Hier wird die m-RNA-Basen-abfolge in eine Aminosäureabfolge übersetzt (Translation). Sind alle Aminosäuren, aus denen das Protein besteht, aneinander- gefügt, löst sich die Kette von den Ribosomen. Die Aminosäurekette faltet sich anschließend zum funktionsfähigen Protein.

2 ÜbersetzedieinAbb.1dargestellteAbfolgederAminosäurenzurückineinem-RNA.NutzedazudieCodesonne(Abb.2).GUA GGA GCC CCC

3 Mutationen,beidenennureineBaseausgetauschtwurde,habenhäufigkeineAuswirkung.ErläuterediesmithilfederCode-sonne(Abb.2).Für die dritte Base eines Codons gibt es mehrere Möglichkeiten. So kann die Aminosäure Arginin z. B. durch das Codon CGG, CGA, CGC oder CGU codiert sein. Erfolgt nun ein Austausch in der dritten Base, so wird trotzdem die richtige Aminosäure eingebaut und ein funktionsfähiges Protein gebildet.

4 DefinieredenBegriff„Mutation”.Eine Mutation ist eine zufällig entstehende Veränderung des Erbguts.

5 VergleicheGenmutation,ChromosomenmutationundGenommutationmiteinander.Gemeinsamkeit: Bei allen Mutationen ist das Erbgut verändert. Unterschiede: Genmutation: Die Basenabfolge der DNA ist verändert. Chromosomenmutation: Die Chromosomen sind verändert, z. B. fehlen ganze Teile eines Chromosoms. Genommutation: Die Anzahl der Chromosomen ist verändert (z. B.: Bei Trisomie 21 befinden sich statt 46 nun 47 Chromosomen im Zellkern.)

6 AnalysieredasKaryogramm(Abb.1)hinsichtlichdervorliegendenMutation.Es handelt sich um eine Chromosomenmutation. Das Chromsosom Nummer 18 ist dreifach vorhanden. Es liegt eine Trisomie 18 vor.

7 GegebenistfolgenderAusschnittauseinemDNA-Strang:…TTTGTGCCCTGG…GibeinBeispielfüreinestummeMutationanundzeige,dasssichdieseMutationnichtaufdieAminosäure-Abfolgeauswirkt. TTTGTGCCCGTG

8 OrdnediefolgendenAussagenderMitose,derMeioseoderbeidenzu.a)ZuBeginnwirdvonjedemChromatideineidentischeKopieangefertigt,sodassZweichromatid-Chromosomenentstehen.b)EsentstehendiploideZellen.c) EsentstehenhaploideZellen.d)SpindelfaserntrennenChromosomenpaare.e)SpindelfaserntrennenZwei-Chromatid-ChromosomeninEin-Chromatid-Chromosomen.f) DientderEntstehungvonEi-undSpermienzellen.g)DientderEntstehungvonNerven-undanderenKörperzellen.a) Meiose, Mitose b) Mitose c) Meiose d) Meiose e) Meiose, Mitose f) Meiose g) Mitose

9 Mukoviszidosewirdautosomal-rezessivvererbt.Zeige,dassdieserErbgangimStammbaumzuAbb.6möglichist.Durch Zuordnung von Genotypen kann gezeigt werden, dass eine autosomal-rezessive Vererbung widerspruchsfrei möglich ist. Genotypen: Genotyp aa bei den Personen 2, 3, 9, 10, 19 Genotyp Aa bei den Personen 1, 5, 7, 11, 12, 13, 18 Genotypen Aa oder aA bei den Personen 4, 6, 8, 14, 15, 16, 17, 20, 21

10Entscheidebegründet,obbeimStammbauminAbb.6auchandereErbgänge,diedukennengelernthast,möglichsind.X-Chromosomal-rezessive Vererbung ist auszuschließen, da eine erkrankte Frau (3) einen gesunden Sohn hat (12).

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Individualität und Entwicklung — Basiskonzept: Entwicklung (Seite 66/67)

1 DieeinzelnenPhasenderOntogenesezeigenbestimmteCharakteristika.ListeineinerTabelleauf,welchesdieentscheiden-denVeränderungeninderjeweiligenPhasesind.siehe Tabelle Hinweis: Die Frage erfordert eine indirekte Wiederholung vor allem des Themenfeldes 6 „Erwachsen werden“. Diese Wiederholung zeigt, wie hilfreich und notwendig das Denken in Basiskonzepten sein kann.

2 InMedizinundPsychologiesinddiePhasenvongroßerBedeutung.Erörtere,inwieweitdieKenntnisüberMerkmaledieserPhasenvonBedeutungist.Solange der kindliche Stoffwechselkreislauf mit der Mutter verbunden ist, wird der Arzt jede Medikamentengabe bei Erkrankung der Mutter streng prüfen. Das gilt vor allem in der Zeit, da sich die Organe des Kindes bilden. Ist das Kind im Mutterleib schon älter, benötigt die Mutter mehr Vitamine und muss noch mehr auf ihre Ernährung achten. Der Arzt hat auch die Belastung der Wirbelsäule im Blick. In den ersten Jahren nach der Geburt ist das Immunsystem noch nicht so stark belastbar. Vermeidung von Kontakt mit Kranken, aber auch keine sterile Umgebung, Impfungen und Stärkungen des Immunsystems durch gute Ernährung und Bewegung an frischer Luft sind wichtig. In der Juvenilphase schaut der Arzt vermehrt auf das Wachstum: Knochenbau, Wirbel-säule, Sehfehler. In der Pubertätszeit spielen Hormone eine große Rolle. Bauchschmerzen können bei Mädchen in der Pubertät andere Ursachen (Menstruation) haben als in der Kindheitsphase. Hygiene wird noch wichtiger. Im Erwachsenenalter sollte man auf seinen Körper achten: Die Ernährung sollte leichter sein, weil der Körper nicht mehr wächst. Bewegung hält die Knochen gelenkig. Die Zellen regenerieren sich nicht mehr so schnell. Die Medikamentendosierung ist eine andere. Im Klimakterium durch-lebt der Körper eine radikale Stoffwechselumstellung. Geschlechtshormone werden viel weniger produziert. Bei Frauen tritt die Menarche ein, die Menstruation fällt weg. Nachlassende Gedächtnisleistung erfordert eine stärkere Betreuung. Alterserkrankun-gen werden medikamentös behandelt. Bei allen Phasen muss man betonen, dass es individuelle Unterschiede gibt. Menschen hohen Alters können ein fantastisches Gedächtnis haben, Kleinkinder können mit einem Jahr oder erst mit vier Jahren lernen, auf die Toilette zu gehen. Die Pubertätszeit setzt unterschiedlich ein (vgl. TF 6).

Phasen der Entwicklung Veränderungen

Zygote BeginndesmenschlichenLebens

EntwicklungdesKeims EinnistungindieGebärmutterschleimhaut,verbundenmitdemmütterlichenStoffwechsel

Embryogenesse AusbildungderOrgane

Fetogenese Bewegungen,akustischeWahrnehmungen

Geburt TrennungvommütterlichenStoffwechsel,eigenständigeAtmung

Säuglingsphase AbhängigkeitvondenEltern,verstärktesWachstum,nochschwachesImmunsystem

Kleinkindphase WahrnehmungmitallenSinnen,KontrolledesKörpers(Schließmuskel),zunehmendeStärkungdesImmun-systems

Juvenilphase zunehmendeSelbstständigkeit,Wachstum

Pubeszenz beginnendeGeschlechtshormonproduktion,AusbildungdersekundärenGeschlechtsmerkmale

Adoleszenz keinWachstummehr,zunehmendeHautalterung,beiFrauenevtl.Schwangerschaften

Klimakterium hormonelleUmstellungen,evtl.weitereAlterserscheinungenwieArthrose,Knochen-undWirbelsäulenpro-bleme

Seneszenz eventuellGedächtnisverlust,schwächereMuskulatur,geringeHeilungskräfte

Tod




Individualität und Entwicklung — Arbeitsblatt: Wie kommt es zur Ausbildung eines Merkmals? (Seite 68)

1 FormulieremithilfederangegebenenStichworteallgemeindenWegvomGenzumMerkmalundfügeanzutreffendenStel-lendieBesonderheitendesvorliegendenBeispielsein.(Die angegebenen Stichworte sind fett markiert.) Die DNA enthält die Erbanlagen (Gene) für ein bestimmtes Eiweiß (hier Enzym zur Gibberellinsynthese). Zur Übersetzung wird das Gen kopiert (Transkription). Die m-RNA ist die einsträngige Kopie eines bestimmten DNA-Abschnitts. Sie wird als Bote zu den Ribosomen geschickt. Diese Zellorganellen sind die Orte der Eiweißsyn-these. An ihnen erfolgt die Übersetzung (Translation): Die Sprache der DNA (Basenabfolge) wird in die Sprache der Proteine (Aminosäure-Reihenfolge) übertragen. Als Übersetzer arbeitet die t-RNA, die in der richtigen Reihenfolge entsprechend dem genetischen Code die Aminosäuren anlagert. Aus einer Aminosäurekette entsteht ein Eiweiß, das im Stoffwechsel entweder als Enzym oder als Strukturprotein benötigt wird (im Beispiel ist es das Enzym zur Gibberellinsynthese). Dadurch bildet der Orga-nismus ein bestimmtes Merkmal als äußerlich sichtbare Auswirkung des Gens aus. Im Beispiel: Da in den Erbsenpflanzen keine Wachstumshormone gebildet werden, bleibt die Pflanze klein.

2 IneinemLehrbuchsteht:„DieDNAistnichtderBauplaneinesLebewesens,sondernderBauplanseinerBaustoffe(derStruk-turproteine)undseinerBauarbeiter(derEnzyme).”ErläuterediesesZitat.Diese Formulierung beruht auf der Tatsache, dass Proteine unterschiedliche Funktionen haben können: In den Haaren oder als Muskeleiweiß sind es Strukturproteine, während Enzyme als Biokatalysatoren bestimmte Reaktionen bei Körpertemperatur erst ermöglichen.

Individualität und Entwicklung — Arbeitsblatt: Das AB0-System (Seite 69)

1 StellemithilfevonAbbildung1fest,nachwelchenMerkmalendieBlutgruppendesAB0-Systemsbezeichnetsind.Die Bezeichnung der Blutgruppen richtet sich nach den Eiweißen (Antigenen) auf der Oberfläche der Roten Blutzellen.

2 GibzudenMerkmaleninderTabelle(Abb.2)diemöglichenGenotypenderElternundKinderan.BenutzezurGenbezeich-nungIA(BlutgruppeA),IB(BlutgruppeB)undi(Blutgruppe0).Folgende Geno- und Phänotypen gehören zusammen:

Phänotyp Genotyp(alsAlternativesindbishergebräuchliche,aberirreführendeBezeichnungenangegeben)

Blutgruppe0 ii (Alternative:00)

BlutgruppeA IAIAoderIAi (Alternative:AA,A0)

BlutgruppeB IBIBoderIBi(Alternative:BB,B0)

BlutgruppeAB IAIB(Alternative:AB)

3 Imfolgenden„Familienfoto“habensicheinigeEnkelkinderamfalschenOrthingestellt.Ordnesie(mitBegründung)denrich-tigenElternpaarenzu.DieAnzahlderKinderproPaarsollsichdabeinichtändern.Die Kinder 9 und 3 müssen zu Paar c und Kind 6 muss zu Paar b oder e. Ein möglicher Tausch wäre daher z. B. Kind 4 geht zu Paar d (statt 6), Kind 5 geht zu Paar b (statt 3) und Kind 6 geht zu Paar e (statt 9).

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Individualität und Entwicklung — Arbeitsblatt: Krauses und glattes Haar (Seite 70)

1 NenneKennzeichen,diefüreinedominantebzw.füreinerezessiveVererbungcharakteristischsind.Ein Allel gilt als dominant, wenn es sich im heterozygoten Zustand ausprägen kann. Für Krankheiten gilt: Mindestens ein Eltern-teil einer erkrankten Person leidet demzufolge ebenfalls unter der Krankheit. Bei autosomaler Vererbung sind beide Geschlechter gleichermaßen betroffen, bei rezessiver Vererbung haben die Erkrankten in der Regel gesunde Eltern. Eine seltene Krankheit tritt bei blutsverwandten Eltern häufiger auf.

2 EntscheideanhanddesStammbaums,obdasbeschriebeneMerkmaldominantoderrezessivvererbtwird.BegründedeineEntscheidung.Da krause Haare in jeder Generation auftreten, kann es sich nur um eine dominante Vererbung handeln. Wäre es ein rezessiver Erbgang, müsste für alle einheiratenden Personen Mischerbigkeit angenommen werden. Da das Merkmal selten ist, kann man dies ausschließen.

3 NenneUnterschiedezwischendenGenotypenderglatthaarigenPersonenundderPersonenmitkrausemHaar.Glatthaarige Personen besitzen den Genotyp aa. Kraushaarige Personen können Aa oder AA haben. Anmerkung: Liegen Erbgänge für Krankheiten vor, ist Letzteres fast stets auszuschließen.

4 SusanneundTheospekulieren,obihrekünftigenKinderglatteoderkrauseHaarehabenwerden.Waswürdestduannehmen?BegründedeineEntscheidung.Die Kinder der beiden Personen können keine krausen Haare bekommen, da bei autosomal-dominanter Vererbung vorhandene Gene auch phänotypisch sichtbar wären (Susanne und Theo sind beide aa).

Individualität und Entwicklung — Arbeitsblatt: Das Down-Syndrom (Seite 71)

1 AnalysieredieAbbildungrechtsunderläutere,welcheBesonderheitendasKaryogrammeinesDown-Patientenhat.Das Chromosom 21 tritt im Karyogramm des Mannes dreifach auf (Trisomie 21).

2 DiefolgendeAbbildungzeigteinigeStadienausderMeioseeinerEizelleundzweiverschiedeneMechanismen,diezurFehl-verteilungdeskleinenChromosomsNr.21führenkönnen.a) BeschreibekurzdenAusgangszustandderChromosomeninAbb.A.b) ErkläredieUnterschiedezwischendeninAundBdargestelltenVorgängen.a) Dargestellt ist das Chromosomenpaar Nr. 21. Die Chromosomen liegen bereits verdoppelt vor. Jedes Chromosom besteht daher aus zwei Chromatiden. b) In Abb. A trennen sich in der ersten Reifeteilung die homologen Chromosomen nicht und ein Richtungskörperchen bleibt leer (b). In der zweiten Reifeteilung werden die Chromatiden getrennt und die Eizelle besitzt vor der Befruchtung 2 Chromatiden Nr. 21. Durch die Befruchtung entsteht dann die Trisomie. In Abb. B läuft die erste Reifeteilung normal ab. In der zweiten Reife- teilung trennen sich die Chromatiden des mütterlichen Chromosoms nicht.

3 TrotzseinerWinzigkeitbeherbergtdasChromosomNr.21zahlreichebereitsnachgewieseneGene,diefürdieStrukturwichti-gerEnzymecodieren.Erläutere,welcheProblemesichbei3-fachemVorhandenseindesChromosomsergebenkönnten.Durch das 3-fache Vorhandensein wird die Gendosis erhöht: Statt der normalen Enzymmenge kann jetzt das 1,5-Fache hergestellt werden, sodass verschiedene Stoffwechselprozesse nicht mehr im Gleichgewicht stehen.

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11 Biowissenschaften und Gesellschaft

11. 1 Gentechnik

Grüne Gentechnik (Seite 76/77)

1 StellediegentechnischeHerstellungvonBt-MaisalsFließdiagrammdar.Isolation des Ti-Plasmids aus A. tumefaciens Isolation des Bt-Plasmids aus B. thuringiensis

Schneiden des Ti-Plasmids mit Restriktionsenzymen Herausschneiden des Bt-Gens mit gleichen Restriktionsenzymen

Zusammenführen von geöffnetem Ti-Plasmid und Bt-Gen

Bt-Gen wird in Ti-Plasmid eingebaut (Ligasen)

Einsetzen des rekombinierten Plasmids in A. tumefaciens

A. tumefaciens wird mit Pflanzenzellen in Kontakt gebracht und befällt diese

Bt-Gen wird in Pflanzengenom eingebaut

Transgene Pflanze kann aus der Zelle heranwachsen

2 ErläuteredetailliertdieEntwicklungderAnbauflächevonGVPsanhandAbb.3.Das Diagramm stellt die weltweite Entwicklung der Anbaufläche von gentechnisch veränderten Pflanzen von 1996 bis 2014 dar. Zu erkennen ist, dass die Anbaufläche 1996 nur verschwindend gering war, aber jedes Jahr weiter anstieg, wobei der Anstieg stetig und etwa gleichförmig verlief. 2014 waren es knapp über 180 Millionen Hektar weltweit. Weiterhin gibt das Diagramm die Verteilung dieser Anbaufläche auf verschiedene Länder wieder. Das Land mit der größten Anbaufläche für GVPs sind die USA, die bereits 1997 über 5 Millionen Hektar dafür verwendeten, und deren Anbaufläche ebenfalls kontinuierlich stieg. Mit Über 70 Milli-onen Hektar in 2014 entfallen fast 40 % der Gesamtanbaufläche auf die USA. Der nächstgrößte Produzent ist Brasilien, mit über 40 Millionen Hektar in 2014, gefolgt von Argentinien, Indien, Kanada, China und Südafrika. In allen diesen Ländern kam es seit 1996 zur kontinuierlichen Steigerung der Anbaufläche.

3 DerAnbauvontransgenenPflanzenwirdkontroversdiskutiert.RecherchiereimInternetPro-undContra-ArgumentezumAnbauvontransgenemMais.BeachteökologischeundwirtschaftlicheAspekte.Pro: • Ertragsteigerung: mehr Gewinn für Bauer, fallende Preise für Konsumenten • Sicherung der Versorgung einer wachsenden Weltbevölkerung • verringerter Einsatz von Pestiziden Contra: • ungewollte Auswirkungen, z. B. Abtöten von Nützlingen durch Toxine • unbekannte Folgen für Konsumenten von GVOs, Langzeitstudien fehlen • Auskreuzung der eingebauten Gene in Wildpflanzen • Saatgut und zugehörige Pflanzenschutzmittel werden sehr teuer verkauft • Resistenzen bilden sich aus → Wettrüsten? • Markergene wie Antbiotikaresistenzgene können sich in der Natur ausbreiten • durch Resistenzen nötig werdender verstärkter Einsatz von Spritzmitteln zerstört biologische Vielfalt

4 VieleMenschenlehnentransgeneLebensmittelab.ErörteremöglicheGründe.Individuelle Lösungen. Gründe können sein: Angst vor möglichen Folgen des Verzehrs von GVOs für den Menschen; fehlende Lang-zeitstudien. Unsicherheit/Angst begründet durch fehlendes Hintergrundwissen. Umweltschutzgründe, z. B. Gefahr von Auskreuzun-gen/Kontrollverlust oder unabsehbarer Eingriff in das vorhandene Ökosystem.

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Züchtung und Gentechnik (Seite 78/79)

1 VergleichediegentechnologischeZuchtmethodemitdenklassischenZuchtmethoden.Klassische Züchtungen sind sehr viel zeitaufwendiger (evtl. lange Generationsdauer, wenig Nachkommen) als gentechnologische Züchtungsmethoden. Merkmale können gentechnisch zielgenau eingebracht werden. Nur gewünschte Tiere oder Pflanzen sind das Ergebnis, weil die Auswahl schon sehr früh erfolgt: Sind in der Zygote die gewünschten Gene nach dem Transfer eingebaut oder nicht?

2 Erkläre,warumdieErzeugungtransgenerFischeeinfacheristalsdietransgenerSäugetiere.Diese gentechnischen Verfahren sind erfolgreicher, da die Befruchtung und Entwicklung außerhalb des Mutterleibes stattfindet und in jedem Gelege eine große Anzahl von Eiern zur Verfügung steht.

3 VergleichebeideMethodenunderkläredieUnterschiede.Erzeugung transgener Ziegen

Entnahme einer Blastocyste mit embryonalen Stammzellen

Anlegen einer Zellkultur mit embryonalen Stammzelle

Einführen eines Gentaxis mit Fremd-DNA

Auswahl der embryonalen Stammzellen, die die Fremd-DNA eingebaut haben

Einführen der gentechnisch veränderten Zellen in eine Blastocyste oder Zygote ex vivo (außerhalb des Muttertieres)

Einführen der Zygote mit Fremd-DNA in das Muttertier. Unterschiede: Die Nachkommenzahl ist bei Ziegen geringer. Die Ziegen sollten relativ alt werden, um möglichst viel Milch zu bilden. Das Medikament muss in verschiedenen Schritten aus der Milch gewonnen, „aufgereinigt“, werden.

Rote und weiße Gentechnik (Seite 80/81)

1 RecherchiereimInternetweitereAnwendungsgebietederweißenGentechnik(weißeBiotechnologie).individuelle Lösung

2 Erkläre,wiemantransgeneBakterienherstellt.Aus einem Bakterium wird ein Plasmid ausgewählt. Dieses wird mithilfe „genetischer Scheren“ (Enzyme) geöffnet. Anschließend wird ein gewünschtes, vorher isoliertes, DNA-Stück in das Plasmid mithilfe eines Enzyms, der Ligase, eingebaut. Das so veränderte Plasmid wird in die Bakterien eingebracht. Man spricht nun von transgenen Bakterien.

3 FrüherwurdevonSchweinenhergestelltesInsulinalsMedikamentfürDiabetikerverwendet.ErläutereVorteiledergen-technischenHerstellungdesInsulinsgegenüberderVerwendungvonSchweine-Insulin.Das Schweine-Insulin ist dem menschlichen Insulin nur ähnlich, sie sind nicht identisch. Daher kann es beim Schweine-Insulin zu Unverträglichkeiten kommen. Das synthetisch hergestellte Insulin ist dem menschlichen Insulin gleich, daher entfallen solche Unverträglichkeiten.

Gentherapie beim Menschen (Seite 82/83)

1 InformieredichüberdieAufgabenderLymphocyten.Leukocyten: kernhaltige Blutzellen, auch weiße Blutkörperchen genannt, weil sie keinen Blutfarbstoff tragen. Zu ihnen gehören auch die Lymphocyten und Granulocyten, die verschiedene wichtige Aufgaben im Immunsystem wahrnehmen.

2 Erkläre,warumdieInjektionenbeiAshAntiregelmäßigwiederholtwerdenmüssen.Die Leukocyten sind in ihrer Lebensdauer begrenzt – wie andere Körperzellen auch. Sie werden von den Knochenmarkzellen gebildet, weshalb eine mehrmals im Jahr wiederholte Injektion nicht stattfinden muss, wenn Knochenzellen gentherapeutisch verändert werden können.

3 DieBundesärztekammerbeschränkteineGentherapievorerstaufschwereErkrankungen.BegründediesesVorgehen.Grund für das Vorgehen sind die momentanen Schwierigkeiten, sichere Vektoren zu finden, ihr Ziel lenken zu können, den genauen Einbau in das Genom zu kontrollieren und Immunreaktionen in den Griff zu bekommen. Zu fragen ist allerdings, was „schwere“ Erkrankungen sind.

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Material: Gentherapie (Seite 84)

1 Nennediegentechnischen„Werkzeuge“,diefüreineGentherapiebenötigtwerden.Künstliche Herstellung des intakten Gens, Vektor oder Gentaxi, Scheren (Restriktionsenzyme), mit denen die DNA an genau fest- gelegten Stellen geschnitten werden kann, Kleber (Ligasen), die die DNA-Abschnitte nach dem Einfügen wieder verbinden.

2 Erläutere,wanneineGentherapiedeinerMeinungnachgrundsätzlichsinnvollwäre.z. B.: bei monogenen Erbkrankheiten, die schwer oder nicht therapierbar sind; bei Patienten, die ansonsten gesund sind

3 BeschreibedieAbb.1undstelledenUnterschiedzubisherigenAnsätzenderGentherapieheraus.Behandlung erfolgt mit RNA und nicht mit DNA.

4 EntwickleHypothesen,warumdieserWegderTherapieleichterumsetzbarist.Vorteile: Das Material muss nicht in den Zellkern gebracht werden (Zellkernhülle ist eine Barriere), die m-RNA ist wesentlich kleiner als die entsprechende DNA, es besteht keine Gefahr, dass Regulationsmechanismen der DNA durch einen falschen Einbau gestört werden. Nachteil: Therapie muss regelmäßig angewendet werden, eventuell ein Kostenfaktor.

5 NimmStellung,inwiefernmanhiervonGentherapiesprechenkann.Ein „Gen“ wird nicht therapiert, trotzdem wird in den Vorgang der Proteinbiosynthese eingegriffen, wenn auch an späterer Stelle.

Material: Gentechnik in der Medizin (Seite 85)

1 ErläuteredasSchaubild(Abb.1).Im Zusammenhang mit dem Text der Materialaufgabe wird deutlich, dass zwar alle Patienten Dickdarmkrebs haben, dieser aber unterschiedlich ausgeprägt ist bzw. die Ursache dafür unterschiedliche genetische Veränderungen sind. Das sollen die verschiede-nen Farben bei den Patienten deutlich machen. Aus den verschiedenen Ausprägungen resultiert eine andersgeartete Behandlung der Patienten.

2 ErörteremöglicheVor-undNachteileeinerpersonalisiertenMedizin.Mögliche Vorteile: Gesundheitliche Vorteile bei den Patienten, Vermeidung von Nebenwirkungen durch spezifische Dosierung und richtige Medikamentengabe, Reduzierung der Kosten im Gesundheitssystem. Mögliche Nachteile: Kostenintensive Forschung, eventuell doch höhere Gesundheitskosten, Desillusionierung bei Patienten, die möglicherweise dann wissen, dass es gegen ihre Genmutation kein Mittel gibt.

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11. 2 Verfahren in der Anwendung

Gendiagnostik oder Gen-Screening (Seite 86/87)

1 ErstelleeineMind-MapzumThema„Gendiagnostik”.Beispiel einer Mind-Map:

2 ErörtereVor-undNachteileeinerBrustamputation,wennmutierteBRCA-Genenachgewiesenwurden.Brustamputation JA: gewisse Sicherheit ähnlich Vorsorge; Ersparnis von möglichen Schmerzen; erfolgreiche, prominente Vorbilder Brustamputation NEIN: Ursachen für Brustkrebs vielfältig; keine Gewissheit, dass kein Brustkrebs ausbricht; OP-Risiko; Verlust der Brust

3 SolltenGenomuntersuchungen,dieimInternetangebotenwerden,verbotenwerden?NimmStellung.abhängig vom Schülerstandpunkt: Dafür spricht: kostengünstig und schnell, gewisse Form von Anonymisierung,… Dagegen spricht: Institute sind nicht geprüft, man hat keinen Einblick, wie genau gearbeitet wird, keine Betreuung bei der Erarbeitung des Ergebnisses, …

Genetischer Fingerabdruck (Seite 88/89)

1 Erkläre,weshalbdienichtcodierendenBereichederDNAfürdengenetischenFingerabdruckgenutztwerden.Die verwendeten nicht codierenden Bereiche der DNA zeichnen sich dadurch aus, dass sie aus Wiederholungen von kurzen Sequenzen bestehen. Die Anzahl der Wiederholungen ist dabei individuell.

2 DefinieredenBegriffdershorttandemrepeats.short tandem repeats sind kurze Basensequenzen, die sich wiederholen. Dabei ist die Anzahl der Wiederholungen individuell.

3 Erläutere,weshalbdieSicherheitdesgenetischenFingerabdrucksmitderAnzahlderuntersuchtenSTR-Locisteigt.Je mehr Loci untersucht werden, desto geringer ist die Wahrscheinlichkeit, dass die Anzahl der Wiederholungen der STRs bei zwei Personen zufällig übereinstimmt.

Stammzellforschung (Seite 90)

1 VergleicheembryonaleundadulteStammzellenmiteinander.Embryonale Stammzellen: können sich unbegrenzt vermehren und sich zu sämtlichen Zelltypen differenzieren (pluripotent) Adulte Stammzellen: Vermehrbarkeit und Lebensdauer begrenzt; können sich nur noch zu bestimmten Zelltypen differenzieren (multipotent)

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Neugeborenen-Screening

Arbeitnehmer

Konsequenzen Arbeitsstelle

TherapienLebensqualität

Versicherungen

Kranken-versicherung Lebens-

versicherung

Haftungsrisiko

Ärzte

Einstellungs-untersuchungen Vorsorge-

untersuchungen

Gen-Diagnostik

ÖkogenetikPharmakogenetik

GenetischeBeratung




Klonen (Seite 91)

1 FassediewesentlichenAspektedestherapeutischenKlonenszusammen.Aus dem Inneren einer Blastocyste, die aus einer durch Zellkerntransfer hergestellten Eizelle hervorgegangen ist, werden em-bryonale Stammzellen entnommen. Diese werden zur Differenzierung angeregt. Je nach biologisch-chemischem Milieu können unterschiedliche Zelltypen gezüchtet werden. Diese können zur Therapie bei demjenigen eingesetzt werden, der die Körperzelle für den Zellkerntransfer gespendet hat.

2 InformieredichüberdasreproduktiveKlonenamBeispieldesKlonschafs„Dolly“understelleeinSchema,dasdenAblaufdesreproduktivenKlonensvisualisiert.Individuelle Lösung, vgl. auch Aufgabe zu Dolly auf der Teste-dich-Selbst-Seite

Reproduktionsmedizin (Seite 92/93)

1 NichtimplantierteEmbryonenwerdentiefgefroren.Erläutere,welcheProblemesichdarausergebenkönnten.Es ist fraglich, ob zu einem späteren Zeitpunkt die Embryonen implantiert werden können. Wenn nicht, ergibt sich das moralische Problem, was mit ihnen geschehen soll. Laut der Gesetzgebung der Bundesrepublik Deutschland stehen sie unter Schutz. Experi-mente mit ihnen, sogenannte „Verbrauchende Experimente“, sind bei uns daher verboten.

2 ErkläreVor-undNachteileeinerPolkörperdiagnostik.Bei einer Polkörperdiagnostik werden nur die Polkörper untersucht, ein Embryo wird nicht geschädigt. Die diagnostische Methode selbst ist daher moralisch unproblematisch. Allerdings lässt sich mit dieser Methode auch nur das mütterliche Erbgut untersu-chen, über das väterliche Erbgut kann keine Aussage gemacht werden.

3 LegtineinerGruppenarbeitfest,welcheKriterieneineKrankheithabenmüsste,umalsschwerzugelten.StellteureErgeb-nissedenanderenvor.Mögliche Kriterien könnten sein: Verlauf der Krankheit (schmerzhaft, früher Tod, lang andauerndes Sterben), schmerzhafte, auf-wendige Behandlungsmethoden, fehlende Behandlungsmethoden, extreme Belastung der pflegenden Familienmitglieder, …

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Material: Reprogenetik (Seite 94/95)

1 BeschreibedieAbb.1„BefruchtungderEizelleundihreweitereEntwicklung“.Nach der Befruchtung teilt sich die Eizelle. Bei jeder Teilung verdoppelt sich die Zellzahl. Je nach Ort der Befruchtung wandert der mehrzellige Embryo den Eileiter hoch zur Gebärmutter, in die er sich ungefähr im Blastocystenstadium einnistet.

2 InformieredichüberdenUnterschiedvontotipotentenundpluripotentenZellen.Totipotente Zellen können sich noch in jeden Zelltyp differenzenzieren. Eine einzelne totipotente (= omnipotente) Zelle kann sich theoretisch zu einem vollständigen Individuen entwickeln. Pluripotente Zellen können sich nur noch zu einer bestimmten Anzahl von Zelltypen entwickeln. Totipotente Zellen stehen unter dem Schutz des Grundgesetzes.

3 Begründe,warumdiejetzigePID-RegelunginDeutschlandnichtgegendasEmbryonenschutzgesetzverstößt.Die aktuelle PID-Regelung in Deutschland betrifft pluripotente Zellen und verstößt damit nicht gegen das Embryonenschutz-gesetz.

4 FormuliereVermutungen,warumPID-GegnerauchdieaktuelleRegelungfürproblematischhalten.Gründe für eine Ablehnung der aktuellen PID-Regelung könnten sein: Zeitspanne des Übergangs zwischen totipotenten und pluripotenten Zellen ist fließend und schwer auf einen Zeitpunkt festzulegen. PID könnte zu einer Selektion von Leben führen, die Einstellung gegenüber Behinderten könnte sich verändern, PID könnte nahelegen, dass Eltern ein Recht auf ein gesundes Kind hätten, …

5 FassedieErgebnissederAbb.2zusammen.Eine IVF ist nur in deiner bestimmten Anzahl von Fällen erfolgreich. Mit zunehmenden Alter der Frau wird die Erfolgsrate geringer.

6 ErörteremöglicheGründe,warumdasDurchschnittsaltervonFrauen,diezumerstenMaleinKindbekommen,inDeutschlandimmerhöherwird.Mögliche Gründe könnten sein: Ausbildungsphasen werden immer länger, Kinder verlassen später das Elternhaus, Frauen möch-ten ihre Ausbildung machen und sich im Berufsleben eine Karriere aufbauen, Kinderwunsch gehört nicht mehr per se zu einer Partnerschaft, persönliche Ziele wie Urlaube etc. sind in den ersten Jahren einer Beziehung wichtig, …

7 DiskutieremitdeinemBanknachbarn/deinerBanknachbarinaufgrundderausAbb.2gewonnenenInformationen,wanneineIVFsinnvollist.Eine IVF könnte sinnvoll sein, wenn die Frau erst Karriere machen will (egoistischer Grund) oder wenn viele Jahre erfolglos ver-sucht wurde, schwanger zu werden. Allerdings sinken die Chancen einer erfolgreichen IVF mit dem Alter, was wiederum für eine frühzeitige IVF spräche.

8 2014gabenzweiamerikanischeFirmenbekannt,fürihreMitarbeiterinnendieKostenfürdassocialfreezingzuübernehmen.ErörteremöglichePro-undContra-ArgumentezudiesemVorgehen.Pro social freezing: Frauen können sich ihrer beruflichen Karriere widmen, Kosten werden übernommen (15 000 — 20 000 Euro). Contra social freezing: Frauen in den Firmen können sich unter Druck gesetzt fühlen, andere Firmen könnten nachziehen, d. h. der gesellschaftliche Druck würde größer werden, der Trend zu in-vitro-Befruchtungen würde enorm bestärkt werden, Untersuchungen zum Zustand der eingefrorenen Eizellen sind umstritten, Spätschwangerschaften mit Komplikationen häufen sich, …

9 UrsprünglichwardieTechnikfürjungeKrebspatientinnengedacht,dienacheinerChemotherapiekeineintaktenEizellengehabthätten.Kritikerbefürchten,dassdieseTechnikirgendwannauchzuanderenZweckenverwendetundmissbrauchtwird.NehmtStellungzudieserkritischenPosition.Für die PID wird plädiert, um Abtreibungen und vor allem Spätabtreibungen von Kindern mit Behinderungen zu vermeiden, da die Selektion vor der Implantation stattfindet. Befürchtungen gehen davon aus, dass auch nach anderen Merkmalen selektiert wird. Beispiele aus anderen Ländern belegen diesen Trend, wenn zum Beispiel nach Geschlecht ausgewählt wird oder gezielt nach Kompatibilität mit den Organen eines Geschwisterkindes gesucht wird.

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11. 3 Biotechnologie

Biotechnologie im Wandel der Zeit (Seite 96/97)

1 Erläutere,inwieferndieBiotechnologieEinflussaufunserekulturelleEntwicklunghat.Als Lösung können beispielhaft genannt werden: • Alkoholische Getränke sind zentraler Bestandteil festlicher Veranstaltungen (Weinfeste, Oktoberfest, …). • Die verschiedenen alkoholischen Getränke sind in vielen Ländern landestypische Bestandteile der Ernährungskultur. • Für die Briten, die die Deutschen als „Krauts“ bezeichnen, ist Sauerkraut ein Teil der deutschen Identität.

2 Beschreibe,wiesicheinFermenterfürMilchsäurebakterienvondemimTextbeschriebenenFermenterunterscheidet.Aus dem Text zu Milchsäurebakterien geht hervor, dass diese keinen Sauerstoff für ihren Stoffwechsel brauchen. Somit wird bei einem Fermenter für Milchsäurebakterien auf eine Belüftung zur Sauerstoffversorgung verzichtet. Der Abluftstutzen ist nicht notwendig.

Erneuerbare Energien (Seite 98)

1 NachhaltigkeitsproblemeentstehennichtdurchdieVerwendungvonBioethanol,sonderndurchdieProduktionderRohstoffe.Erläuteredies.Ähnlich wie bei der Verbrennung von Holz entsteht bei der Verbrennung von Ethanol soviel CO2,wie von den Pflanzen durch Foto-synthese fixiert wurde. Eine solche Bilanz gilt als nachhaltig. Wenn extra für die Bioethanolproduktion Rohstoffpflanzen angebaut werden, kann es zu den im Text genannten Nachhaltigkeitsproblemen kommen. (Gleiches würde auch für Biogas gelten.)

Praktikum: Biotechnologie (Seite 99)

1 VergleichedeineBeschreibungeinesFermentersfürMilchsäurebakterienausAufgabe2,Seite97)mitdenBestandteilendesJoghurtbereiters.Die Gläser mit Deckel stellen den Fermenter dar. Der Korpus des Joghurtbereiters enthält die Heizung und dient zur Temperatur-regulierung. Wegen der geringen Größe des Joghurtbereiters kann auf Zu- und Ablauf verzichtet werden. Das Rührwerk fehlt auch, Milch und Joghurt müssen vor der Beschickung miteinander vermischt werden.

2 JoghurtundandereSauermilchproduktekönnenvonMenschenmitLactoseintoleranzproblemlosverzehrtwerden.Recher-chieredieGründehierfürundstelledeineErgebnisseimUnterrichtvor.Jemand, der lactoseintolerant ist, verträgt keinen Milchzucker in der Nahrung. Milchsäurebakterien verwenden sämtlichen Milch-zucker der Milch zur Produktion von Milchsäure. Joghurt enthält keinen Milchzucker mehr und wird deshalb von lactoseintoleran-ten Menschen vertragen.

3 MikroskopierebeihoherVergrößerungeinenTropfenderleichtgetrübtenFlüssigkeit,diesichbildet,wennJoghurteinpaarTagesteht.DuwirstkettenbildendeMilchsäurebakteriensehen.FertigeeineZeichnungan.In Joghurt sind die Milchsäurebakterien Streptococcus thermophilus als kurze Ketten ausbildende, im Hellfeld grünlich schimmernde Kokken leicht zu erkennen.

4 RecherchieredieFunktionsweiseeinerpneumatischenWanne,damitdusierichtigzusammensetzenkannst.Achtedarauf,dassderErlenmeyerkolbeninderWannebefestigtwird.individuelle Lösung

5 DasHinzufügendesFaulschlammshatfürdieBiogasproduktiondiegleicheBedeutungwiedasHinzufügendesNatur-joghurtszurMilchbeiderJoghurtzubereitung.Erläutere.Mit dem Naturjoghurt wird die Milch mit Milchsäurebakterien angeimpft. Analog enthält schwarzer Faulschlamm Methanbakte-rien, die als Inokulum dem Pferdemist zugefügt werden.

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Material: Biowissenschaften und Gesellschaft (Seite 100/101)

1 ErmittleanhandderAbb.1,werderVaterdesKindesist.BegründedeineAuswahl.Vergleicht man die Banden des Kindes mit denen der Mutter und den drei potenziellen Vätern, so ergibt sich, dass Person 3 als Vater infrage kommt. Die beiden anderen sind aufgrund der Lage der Banden, die z. T. nicht zu denen des Kindes passen, auszu-schließen.

2 VergleichedieEinteilunginderMind-MapmitderaufderSeite80.NennemöglicheEinteilungskriterien.Die grüne Gentechnik ist von der Definition her eindeutig. Auf der Infoseite werden zu der roten Gentechnik alle Bereiche gezählt, die direkt oder indirekt mit tierischen Lebewesen, vor allem dem Menschen, zu tun haben. Zur weißen Gentechnik gehört der Ein-satz von Bakterien zur Abfallbeseitigung etc. Der Einsatz von Bakterien, die Medikamente herstellen, wird zur roten Gentechnik gezählt.

3 KritikerderGentechnikbevorzugendieEinteilungwieinAbb.2.StelleVermutungenüberdieGründeanundbewerteihrePosition.Gegner der Gentechnik werfen der Definition in Aufgabe 2 vor, dass ethisch unproblematische Verfahren wie der Einsatz trans-gener Bakterien zur Medikamentenherstellung vermischt würden mit ethisch problematischen Verfahren wie Keimbahntherapie, Screenings oder Embryonenforschung. Sie bestehen daher darauf, Medikamentenherstellung, auch wenn sie für den Menschen gedacht ist, zur weißen Gentechnik zu rechnen und fassen unter roter Gentechnik alle Verfahren zusammen, die direkt mit dem Menschen zusammenhängen und ethische Fragen aufwerfen.

4 Erläutere,welcheKonsequenzendieinAbb.3dargestellteReparaturderDNAfürdasdortcodierteGenunddasdarausent-stehendeProteinhat.Je nach Leseraster wurde zwischen zwei Tripletts ein zusätzliches Triplett eingefügt, wodurch das zu synthetisierende Protein eine zusätzliche Aminosäure bekommt, oder der DNA-Strang bricht innerhalb eines Tripletts, wodurch die drei zusätzlichen Nucleotide zu einer zusätzlichen und eventuell zwei veränderten Aminosäuren im Protein führen.

5 DieBefürworterdesGenomeeditingbehaupten,dieMethodeveränderedieDNAso,wieesauchaufnatürlicheWeisedurcheineMutationgeschehenkönnte.DeshalbbringeGenomeeditingkeineGVOshervor.RecherchiereimGentechnikgesetz,wieGVOsdefiniertwerden,unddiskutiere,obdieAnsichtderBefürworternachvollziehbarist.Gesetzestext: Gentechnisch veränderter Organismus (GVO) Ein GVO ist ein Organismus, mit Ausnahme des Menschen, dessen genetisches Material in einer Weise verändert worden ist, wie sie unter natürlichen Bedingungen durch Kreuzen oder natürliche Rekombination nicht vorkommt. individuelle Lösungen

6 RecherchieredieArgumentederGegner(z.B.Greenpeace).Diskutiere,obesWegegibt,dieMöglichkeitendesGenomeeditingzunutzenundgleichzeitigseineRisikenzumeiden.Kritik der Methode zielt neben grundsätzlicher Ablehnung von Genmanipulationen auf die einfache Anwendbarkeit insbesondere des CRISPR/CAS9 Systems ab und auf die wahrscheinlich realisierbare Möglichkeit, erfolgreich in die Keimbahn des Menschen einzugreifen. Diskussion: individuelle Lösungen

7 BegründeanmehrerenBeispielen,warumdiesesGesetzsorestriktiv(strenggeregelt)ist.Menschen können verzweifelt sein, wenn sie mit den Ergebnissen ohne Beratung und Betreuung allein gelassen werden. Suizide könnten sich häufen. Ein weiteres Beispiel: Versicherungen könnten sich weigern, Bürger aufzunehmen, so wie es in den USA schon der Fall ist. Arbeitgeber könnten die Ergebnisse als Entlassungsgrund missbrauchen, …

8 Auchdas„RechtaufNichtwissen”istausdrücklichimGesetzverankert.NennemöglicheGründe. Niemand darf gezwungen werden, seine genetischen Grundlagen zu kennen. Gläubige Menschen lehnen diese Vorherbestimmt-heit ab, andere wollen sich mit der prognostizierten Zukunft nicht belasten. Diese Freiheit des Menschen auf Selbstbestimmung soll mit diesem Zusatz garantiert werden.

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Biowissenschaften und Gesellschaft — TESTE DICH SELBST (Seite 102/103)

1 DefinieredieBegriffe„grüneGentechnik”,„roteGentechnik”und„weißeGentechnik”.Grüne Gentechnik: Unter grüner Gentechnik versteht man die gentechnische Veränderung von Pflanzen, vor allem in der Landwirt-schaft und bei der Lebensmittelproduktion. Rote Gentechnik: Die rote Gentechnik fokussiert medizinisch-pharmazeutische Anwendungsgebiete. Weiße Gentechnik: Die weiße Gentechnik beschäftigt sich mit der Nutzung gentechnisch veränderter Mikroorganismen für die industrielle Herstellung gewünschter Produkte.

2 ÜbertragedieTabelleindeinHeft.Kreuzejeweilsan,obdieAussagenzutreffen.siehe Tabelle

3 FertigeausdenTextbausteinenzurHerstellungvonBt-MaiseinFließdiagramman.• DasTi-PlasmidvonAgrobacteriumtumefacienswirdisoliert.• AgrobacteriumtumefacienswirdinKontaktmitMaiszellengebracht.• DieMaiszelleistnuntransgen.AusihrkönnenganzeMaispflanzenherangezogenwerden.• DasBt-PlasmiddesBacillusthurengiensiswirdisoliert.• RestriktionsenzymeschneidendiePlasmide.• DasneuePlasmidwirdindasgenetischeMaterialderMaiszelleeingebaut.• AgrobacteriumtumefaciensschleustdasGenindieMaiszelle.• DurchLigasenwirddasBt-GenmitdemTi-Plasmidverbunden.• DasTi-PlasmidmitdemBt-GenwirdAgrobacteriumtumefacienseingesetzt.Das Ti-Plasmid von Agrobacterium tumefaciens wird isoliert. → Agrobacterium tumefaciens wird in Kontakt mit Maiszellen gebracht. → Die Maiszelle ist nun transgen. Aus ihr können ganze Maispflanzen herangezogen werden. → Das Bt-Plasmid des Bacillus thurengiensis wird isoliert. → Restriktionsenzyme schneiden die Plasmide. → Das neue Plasmid wird in das genetische Material der Maiszelle eingebaut. → Agrobacterium tumefaciens schleust das Gen in die Maiszelle.→ Durch Ligasen wird das Bt-Gen mit dem Ti-Plasmid verbunden.→ Das Ti-Plasmid mit dem Bt-Gen wird Agrobacterium tumefaciens eingesetzt.

4 ÜbertragediefolgendenAussagenindeinHeft.KreuzedierichtigenAussagenan.Eskönnenjeweilsmehrererichtigsein.BeiderDNA-Analyse…• verwendetmannichtcodierendeBereichederDNA.• werdensingletandemrepeats(STRs)genutzt.• werdendieErgebnissedurchGelelektrophoresesichtbargemacht.• werdendieLängenbestimmtercodierenderBereichederDNAvonTäterundVerdächtigenmiteinanderverglichen.BeimtherapeutischenKlonen…• werdenkomplettegenetischidentischeIndividuenerzeugt(Beispiel:KlonschafDolly).• werdenspezielleZelltypenhergestellt,diedemPatienteneingesetztwerdenkönnen.• spendetderPatienteineKörperzelle.• spendetderPatienteineEizelle,dieentkerntwird.EmbryonaleStammzellen,diesichinalleZelltypendesKörpersdifferenzierenkönnen,nenntman…• pluripotent• totipotent• multipotent

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Herstellung von Bt-Mais

Herstellung von Insulin

EinPlasmidwirdmitRestriktionsenzymengeschnitten.

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Agrobacterium tumefacienswirdalsGentaxibenötigt.

x

Lipasenwerdengenutzt. x x

BakterienproduziereneinMedikament. x

DaseingebauteGenstammtvoneinemOrganis-mus,z.B.einerPflanze.

x x

DerhergestellteOrganismuswirdalsGVObezeichnet.

x x

DieHerstellungistinDeutschlandzugelassen. (x) x




DieroteGentechnik…• befasstsichmitderRegenerationsmedizin.• umfasstdenEinsatzvongenetischverändertenOrganismeninindustriellenAnlagen.• versuchtKrankheitenmithilfederGentherapiezuheilen.• beschäftigtsichmitderAnalysevongenetischemMaterialbeimMenschen.Bei der DNA-Analyse … richtig sind die Aussagen 1 und 3. Beim therapeutsichen Klonen … richtig sind die Aussagen 2 und 3. Embryonale Stammzellen … richtig ist die Aussage 2. Die rote Gentechnik … richtig sind die Aussagen 1 und 3.

5 FürdieProduktionvonmenschlichemInsulinwerdengenmanipulierteEscherichia-coli-Bakterieneingesetzt.Siesindhetero-trophundentwickelnsichambesten,wennsieZellatmungbetreiben.BeschreibeAufbauundFunktioneinesFermenters,indemsichE.coliwohlfühlt.Der Fermenter sollte optimale Bedingungen für das Wachstum von E. coli bieten. Er sollte also eine Nährlösung mit allen Nah-rungsstoffen und sonstigen Bestandteilen, die E. coli für ein ideales Wachstum benötigt, haben. Da E. coli Zellatmung betreibt, sollte ausreichend Sauerstoff über Belüftungssysteme zugeführt werden. Ebenso sollte auf eine ideale Wachstumstemperatur und eine gute Durchmischung zur gleichmäßigen Verteilung der Nährstoffe und des Sauerstoffs geachtet werden. Dazu sollte der Fer-menter ein Rührwerk besitzen. Es ist wichtig, dass der Fermenter geschlossen ist, sonst siedeln sich viele andere Bakterien an, die die Insulinproduktion stören bzw. das Endprodukt verunreinigen würden. Beim Aufbau des Fermenters kannst du dich an Abb. 2 auf Seite 97 orientieren.

6 KläranlagenbesitzeneinebiologischeReinigungsstufe,inderdieimAbwasserenthaltenenorganischenStoffevonBakterienabgebautwerden.WegenderVielzahlderabzubauendenStoffe(z.B.Aminosäuren,Fette,Zucker,…)lebenineinerKlär-anlagevieleverschiedeneBakterien.Erkläre,warumKläranlagenalsobenoffeneFermentergebautseindürfen,dieInsulin-produktiondurchE.colijedochnuringeschlossenenFermenternfunktioniert.Da man bei der Insulinproduktion nur dieses eine Produkt haben möchte, müssen alle anderen Bakterien, die dann etwas anderes produzieren würden, aus dem Fermenter verbannt bleiben. In einer Kläranlage sind alle Bakterien willkommen, die die Abfallstoffe abbauen können. Anderen Bakterien gefällt es dort ohnehin nicht.

7 MitmikroskopischkleinenAlgen(dassindimWasserlebendePflanzen)kannmandenalsAntioxidansdieHautingewissemMaßevorUV-StrahlungschützendenArzneistoffAstaxanthinproduzieren.Erkläre,welcheBesonderheiteneinFermenterfürAlgenaufweisenmuss,damitdiesesichgutentwickelnkönnen.Da Pflanzen als Energiequelle Licht benötigen, muss der Fermenter aus lichtdurchlässigem Material gearbeitet sein. Pflanzen ernähren sich von Kohlenstoffdioxid. Statt einer Luftzufuhr sollte es in einem Algenfermenter eine Kohlenstoffdioxidzufuhr geben.

8 ErläutereanhandderAbb.2dasPrinzipdesreproduktivenKlonens.Beim reproduktiven Klonen wird der Zellkern aus einer ausdifferenzierten Körperzelle entnommen und in der Petrischale in eine unbefruchtete Eizelle eingebracht, deren Zellkern zuvor entfernt wurde. Der entstandene Embryo wird in den Uterus einer hormo-nell entsprechend vorbereiteten „Leihmutter“ implantiert und wie bei einer normalen Schwangerschaft bis zur Geburt ausgetragen.

9 VergleichetherapeutischesundreproduktivesKlonenmiteinander.Im Unterschied zum therapeutischen Klonen bzw. Forschungsklonen wird die Entwicklung des Embryos beim reproduktiven Klonen nicht nach kurzer Zeit abgebrochen. Das Ergebnis des reproduktiven Klonens ist ein vollständiger genetisch identischer Organismus.

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Biowissenschaften und Gesellschaft — Basiskonzept: Entwicklung (Seite 104/105)

1 NenneaußerdenimTeilprinzipUnumkehrbarkeitgenanntenWertenweitere,diedupersönlichfürdieZukunftwichtigfindest.Nachhaltigkeit, Artenvielfalt, Gesundheit, Umweltschutz werden genannt. Für Schülerinnen und Schüler können aber auch folgende Werte von Bedeutung sein: Fortschritt, Selbstverwirklichung, Selbstbestimmung, Gleichheit, Gerechtigkeit.

2 ErstelleeineMind-MapzumBasiskonzeptEntwicklung,inderdudieVernetzungmitweiterenBasiskonzeptenanhandvonBeispielendeutlichmachst.individuelle Lösung

3 WähleausdenInformationsseiteneinThemaaus,zudemdueineDiskussionvorbereitest.Begründe,warumduVertreterbestimmterFachgebietealsExperteninderDiskussionsrundehabenwillst.BeziehebeideinerAuswahldieTeilprinzipiendesBasiskonzeptsEntwicklungmitein.Die Auswahl der Experten richtet sich nach dem Thema, für das sich die Schülerinnen und Schüler entschieden haben. In der Regel sind bei solchen Diskussion folgende Experten notwendig: Evolutionsbiologe, Zukunftsforscher, Vertreter der Ethik und/oder der Religionen, Politiker, Ökologen, eventuell auch Ärzte. Hinsichtlich der Teilprinzipien des Basiskonzepts Entwicklung sollten sich die Experten auskennen in: • Wie wirkt der Mensch als Evolutionsfaktor? • Wie verändern wir die anderen Evolutionsfaktoren? • Wie können wir das politisch lenken? • Welche Auswirkungen hat das auf die Natur? • Sind die Auswirkungen wünschenswert? • Wie können wir Fehlwirkungen verhindern? • Wie wollen wir leben? • Was sollen wir tun dürfen und was nicht? • Haben die Veränderungen gesundheitliche Folgen für uns? • Welche Wechselwirkungen innerhalb der verschiedenen Ökosysteme sind überhaupt vorhersehbar?




Biowissenschaften und Gesellschaft — Arbeitsblatt: Pro und Contra grüne Gentechnik am Beispiel des Golden Rice (Seite 106)

1 LiesdirdieAussageninderTabelledurchundmarkiereimjeweiligenKästchenmit+oder—,welcheAussagenalsPro-oderContra-ArgumentfürdenEinsatzvonGoldenRicezunennensind.siehe Tabelle unten

2 OrdnedenAussageninderTabellediefolgendenWertezu:Gesundheit,Umweltschutz,Artenschutz,Wohlstand,Lebensquali-tät,Wahlfreiheit,Selbstbestimmung,Unabhängigkeit,Verantwortung,Gleichberechtigung,Sicherheit,Naturliebe,Menschen-würde,Solidarität.SchreibejeweilseinenpassendenWertüberdiejeweiligeAussage.siehe Tabelle unten

3 Entscheide,begründetanhandderzugeordnetenWerte,obdufürodergegendieEinführungvonGoldenRicebist.individuelle Lösung

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Pro Contra

GoldenRicewirdinlokalangepassteSorteneingekreuzt.KleinbauerninEntwicklungsländernsollendasSaatgutkostenloserhalten.EineNach-züchtungundWeiterverwendungindenFolgejahrenisterlaubt,jedochnurzumEigengebrauch,nichtfürExportundAgrarhandel.Wert:Lebensqualität

Dasβ-CarotintrittalsneuhinzugefügterInhaltsstoffdesReisesinWechselwirkungmitdenübrigenInhaltsstoffen,sodasseinenegativeAuswirkungaufdieErnährungnichtausgeschlossenwerdenkann.Wert:Gesundheit

GoldenRiceisteinegünstigeMöglichkeit,denVitamin-A-Mangelzube-heben,weilsichdieReispflanzen,einmalausgeteilt,vorOrtvermehren.BeiderVerteilungvonVitamin-A-PräparatenentstehenvorallemhoheKostenfürdieimmerwiederkehrendeVerteilungslogistik.Wert:Gesundheit,Wohlstand

DasGolden-Rice-ProjektisteinegezielteImagekampagnefürdieGrüneGentechnik.Wert:Wohlstand

GoldenRicehatgegenüberdenlokalenReispflanzenkeinenevolutio-närenVorteil.SolltediedurchgentechnischeVeränderunghervorgeru-fenezusätzlicheEigenschaftauskreuzen,sowerdenauchwildeSortenkeinenVorteildadurcherlangen.Wert:Artenschutz,Umweltschutz,Naturliebe

DerVitamin-A-Mangelkönntedadurchbehobenwerden,dassderStaatVitamin-A-Präparateverteilt.Wert:Verantwortung

DieKleinbauernmüssenihreAnbaumethodenbeiderVerwendungvonGoldenRicenichtverändern(keinehöherenKosten).Wert:Wohlstand,Lebensqualität

DerErtragdesGoldenRiceistniedrigeralsdervonherkömmlichenSorten.Wert:Wohlstand

DurchdieEinführungvonGoldenRicekönnteeingroßerAnteilderdurchVitamin-A-MangelverursachtenKrankheits-undSterbefälle—vorallembeiKleinkindern—verhindertwerden.Wert:Gesundheit,Gleichberechtigung

DieAufnahmevonβ-CarotinistschlechteralsvonVitaminA.Esmussetwasechsmalsovielβ-Carotinauf-genommenwerden,umdemKörperdiegleicheMengeVitaminAzurVerfügungzustellen.Wert:Gesundheit

DieWahrscheinlichkeitbzw.dasRisiko,dassGoldenRicedurchAus-kreuzungherkömmlicheSortenkontaminiert,istsehrgering,daReisinextremhohenMaßeSelbstbestäuberistundespraktischkeinenFlugvonlebensfähigenPollengibt.Wert:Artenschutz,Umweltschutz,Naturliebe

EineübermäßigeAufnahmevonβ-Carotinkannlautwis-senschaftlicherStudienunterbestimmtenBedingungenzueinemerhöhtenKrebsrisikoführen.Wert:Gesundheit

WeildieKleinbauernsowiesodiebesteSortewählen,würdeGoldenRicediegenetischeVielfaltnichtmehrreduzierenalsjedeklassischgezüchte-teSorte,dieVorteilegegenüberbestehendenSortenbietet.Wert:Wahlfreiheit

Dasβ-CarotinliegtimGoldenRiceinFettengelöstvor.DiesesFettreichtvermutlichaus,umgenügendVitaminAzusynthetisieren.Wert:Gesundheit

DerGoldenRiceträgtzurNachhaltigkeitbei,daereinenBeitragzurBekämpfungderMangelversorgungundsomitzurBekämpfungdersozialenUngerechtigkeitleistet.Wert:Gleichberechtigung,Sicherheit,Solidarität

DerGoldenRicewirdvorderZulassungstrenggeprüft,z.B.auchdurchVerfütterunganRatten.FürRisikengibtesbisherkeinewissenschaft-lichenBeweise.Wert:Sicherheit,Gesundheit


© Ernst Klett Verlag GmbH, Stuttgart 2016 | www.klett.de | Alle Rechte vorbehalten Natura 7 — 10 Biologie Arbeitsbuch 3 Rheinland-Pfalz, LösungenGrafik: WolfgangHerzig,Essen

Biowissenschaften und Gesellschaft — Arbeitsblatt: Mutationszüchtung (Seite 107)

1 DurchAuslesezüchtungKombinations-undMutationszüchtungnimmtderZüchterEinflussaufdasErbgutderOrganismen.Informieredichunderläutere,wasunterdendreiVerfahrenzuverstehenist.Auslesezüchtung: Durch immer wiederkehrende Auslese von Individuen mit gewünschten Merkmalen erhält der Züchter eine neue Rasse oder Sorte. Kombinationszüchtung: Durch Kreuzung werden Erbeigenschaften kombiniert (3. Mendel‘sche Regel). Mutationszüchtung: Durch Mutagene werden möglichst viele Mutanten erzeugt. Solche mit gewünschten Merkmalen werden selektiert.

2 WiesenlieschgrasisteinewertvolleFutterpflanze.DerLandwirtlegtWertaufhoheErträge.ErläutereanhandderGrafikdieErgebnissederZüchtungsversuche.Wiesenlieschgras mit vervielfachtem Chromosomensatz (9 n, 10 n) zeigt besonders hohe Erträge. Eine über 10 n hinausgehende Vervielfachung lässt diesen Effekt allerdings vermissen. (Es handelt sich um ein Beispiel der sogenannten Polyploidiezüch-tung.)

3 IneinemZüchtungsinstitutwirdWundgewebe(Kallus)vonZuckerrübenmitUV-Lichtbestrahlt.Zielistletztlich,eineverbes-serteSortezuerhalten.Schreibeauf,welcheZuchtzieledieZüchterverfolgenkönnten.Ziel 1: größerer Rübenkörper Ziel 2: höherer Zuckergehalt Ziel 3: geringere Krankheitsanfälligkeit Ziel 4: keine Verholzung des Rübenkörpers Ziel 5: gute Nährstoffausnutzung

Biowissenschaften und Gesellschaft — Arbeitsblatt: Nachweis der Elternschaft (Seite 108)

1 InderAbbildungobensiehstdudiegenetischenFingerabdrückevonjeweilsdreiMüttern(M1—M3),dreiKindern(K1—K3)unddreiVätern(V1—V3).Informieredichunderkläre,wiemanherausfindenkann,welcheElternzuwelchemKindgehören.Bei dem genetischen Fingerabdruck des Kindes muss jeweils ein Marker von der Mutter und einer von dem Vater stammen. Zu-nächst markiert man im genetischen Fingerabdruck des Kindes alle Marker, die von der Mutter stammen könnten. Die restlichen Marker müssen dann von seinem Vater stammen, man muss also einen Vater finden, der diese Marker alle besitzt.

2 OrdnenuninderAbbildungobendenKindernihreElternzu.DabeibildenjeweilsMutterundVatermitdergleichenNummereinEhepaar(z.B.M1undV1).Gehedabeifolgendermaßenvor:SchreibelinksnebendieBandendesKindesdieZahlderMut-ter,mitderdiejeweiligeBandeübereinstimmt,undrechtsdieZahldesVaters.K1: M1 = 1, M2 = 1, M3 = 3 Übereinstimmungen

Mutter ist also M3, eine Überprüfung mit V3 bestätigt dies.

K2: M1 = 3, M2 = 0, M3 = 2 Übereinstimmungen Mutter M1 ist also am wahrscheinlichsten, eine Überprüfung mit V1 bestätigt dies.

K3: M1 = 0, M2 = 3, M3 = 1 Übereinstimmungen Mutter ist also M2 , V2 kann allerdings nicht der leibliche Vater sein.

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M1 M2 M3 V1 V2 V3K1 K2 K3

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3

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1

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1

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2

22

2

2

2

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Biowissenschaften und Gesellschaft — Arbeitsblatt: Selektionsbabys in Deutschland? (Seite 109)

1 NenneviergenerelleEntscheidungsmöglichkeitenzuderFrage,obdieAnwendungderPIDzurAuswahlvonRetter-Geschwis-ternauchinDeutschlanderlaubtwerdensollte.Mögliche Optionen sind: a) Die Auswahl eines Embryos mit genetisch erwünschtem Material sollte grundsätzlich verboten werden. b) Die Auswahl eines Embryos mit genetisch erwünschtem Material sollte erlaubt sein, wenn sie der Gesundheit und dem Wohl- ergehen der sich aus dem Embryo entwickelnden Person dient. c) Die Auswahl eines Embryos mit genetisch erwünschtem Material sollte erlaubt sein, wenn dies der Gesundheit und dem Wohl- ergehen der sich aus dem Embryo entwickelnden oder einer anderen Person dient. d) Die Auswahl eines Embryos mit genetisch erwünschtem Material sollte generell erlaubt sein. (Anmerkung: Nach diesem Schritt sollen sich die Schülerinnen und Schüler für nur eine der Handlungsoptionen a), b), c) oder d) entscheiden und nur mit ihr die weitere Analyse durchführen.)

2 NotieredieWerteausdemWertepool,diefürdichamwichtigstensind(nichtmehralsfünf).individuelle Lösung

3 NenneeinederinAufgabe1genannteEntscheidungsmöglichkeit,dieambestenmitdeinenWertenvereinbaristundsetzemitdieserindeinemHeftdieethischeAnalyse(sieheoben3.—6.)fort.individuelle Lösung Aufzählen von Pro- und Contra-Argumenten a) Pro: Die Merkmale des Kindes werden der Natur bzw. Gott überlassen. Contra: Bei Familien mit schweren Erbkrankheiten können Kinder mit diesen Erbkrankheiten geboren werden. b) Pro: Bei Familien mit schweren Erbkrankheiten können Kinder ohne diese Erbkrankheiten geboren werden und ein „normales“ Leben führen. Contra: Der Mensch verändert die Natur nach seinen Wünschen. c) Pro: Das Neugeborene kann einem anderen Menschen helfen, sodass dieser eine Chance auf Heilung oder Linderung der lebensbedrohlichen oder die Lebensqualität stark einschränkenden Erkrankung hat und ein besseres oder normales Leben ohne Beeinträchtigungen führen kann; dem „Gesundheit-spendenden“ Menschen (bzw. dem Neugeborenen) wird kein Schaden zugefügt). Contra: Der Mensch verändert die Natur nach seinen Wünschen, das Neugeborene dient als „Ersatzteillieferant“ für einen anderen Menschen. d) Pro: Erblich bedingte Krankheiten oder sonstige unerwünschte Merkmale können so uneingeschränkt verhindert werden, um einen optimalen Menschen zu erzeugen, der für sein Leben die besten genetischen Voraussetzungen mitbringt. Contra: Der Mensch verändert die Natur nach seinen Wünschen, durch gewollte Selektion erzeugte Menschen können Vorteile gegenüber den natürlich gezeugten Menschen erhalten.

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12 Evolution des Menschen

12. 1 Evolution des Menschen

Verwandtschaft des Menschen (Seite 112/113)

1 „DerMenschstammtvomAffenab.“Erkläre,warumdieseAussagesonichtstimmt,undkorrigieresie.Der Mensch stammt nicht vom Affen ab, sondern beide haben einen gemeinsamen Vorfahren (vgl. auch Abb. 2, S. 112). Die Aussage in der Aufgabe würde bedeuten, dass der Affe der direkter Vorfahr des Menschen ist.

2 EingewölbterFußistvorteilhaftbeimaufrechtenGehen.ErkläreandiesemBeispieldenZusammenhangvonStrukturundFunktion.Durch die Wölbung des Fußskeletts ergibt sich eine Federung beim Gehen. Dies schont die Wirbelsäule.

Molekularbiologische Belege (Seite 114/115)

1 ErmittlemithilfevonAbb.2dieverwandtschaftlicheNähevonMensch,SchimpanseundGorilla.Mensch, Gorilla und Schimpanse haben die gleiche Schmelztemperatur der DNA. Sie sind deshalb wahrscheinlich eng verwandt. Bei den Hybridisierungsexperimenten erkennt man, dass die Schmelztemperatur von Mensch — Schimpanse höher liegt. Dies lässt darauf schließen, dass es mehr Gemeinsamkeiten in der DNA zwischen Mensch und Schimpanse als zwischen Mensch und Gorilla gibt. Der Mensch ist also mit dem Schimpansen näher verwandt als mit dem Gorilla.

2 BeimProteinvergleichkönnennichtalleDNA-Unterschiedeerfasstwerden.Begründe.Der genetische Code ist degeneriert, d. h. es gibt mehr Tripletts als Aminosäuren, sodass zum Teil eine Aminosäure durch mehrere Tripletts codiert wird. Oft ist es die dritte Stelle, bei der es mehrere Möglichkeiten gibt. So ist es möglich, dass eine Punktmutation der DNA keine Auswirkung auf die Aminosäuresequenz hat.

3 WerteAbb.3aus.ÜbernimmdazudenStammbaumrechtsindeinHeftundergänzedieArten.s. Abbildung

Die Entwicklung zum Menschen (Seite 116/117)

1 OrdneineinerTabelledeninAbb.2genanntenArtenwichtigeEntwicklungsschrittezu.siehe Tabelle

2 Homo erectuswanderteausAfrikanachAsienundEuropaaus.BeschreibeEigenschaften,dieihmdieseLeistungermög-lichten.Sowohl die Verwendung von Werkzeugen und Feuer, als auch die Intelligenz der Gattung Homo, ermöglichte das Erschließen von neuen Nahrungsquellen und das Zurechtkommen in neuer Umwelt. So konnte sich Homo erectus über viele Kontinente ausbreiten.

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Weizen Reis Katzenhai Mensch Rhesusaffe

Orrorin tugenensis Ardipithecus ramidus Australopithecus anamensis Australopithecus afarensis Australopithecus africanus

aufrechterGang

Paranthropus boisei kräftigesGebiss

Homo erectus VerwendungvonWerkzeugenundFeuer,JägerundSammler,großesGehirn

Homo neanderthalensis WeiterentwicklungvonWerkzeugen,sehrgroßesGehirn

Homo sapiens sehrgroßeIntelligenz,KunstundMusik

12_Loesungen_Evolution.indd 40 08.04.2016 14:35:53



Die Herkunft des Menschen (Seite 118/119)

1 VergleichediebeidenHypothesenzurAusbreitungdesmodernenMenschen(Abb.2).Nach der Out-of-Africa-Hypothese entstand der moderne Homo sapiens vor weniger als 200 000 Jahren in Afrika. Von dort aus brei-tete er sich vor ca. 100 000 Jahren über die ganze Erde aus. Das multiregionale Modell hingegen geht davon aus, dass in mehreren Gebieten Afrikas, Europas und Asiens unabhängig voneinander aus Homo erectus (bzw. Homo egaster) der moderne Mensch entstanden sein soll.

2 VergleichedieErgebnissederAnalyseindenUnterschiedendermitochondrialenDNA(Abb.3)mitdemAusbreitungsweginAbb.1.Einer genetischen Distanz von 0,2 entsprechen ca. 100 000 evolutiv getrennte Jahre. Die Afrikaner weisen eine genetische Distanz von 0,2 gegenüber den übrigen Menschen aus, vor 100 000 Jahren wanderten die Menschen also aus Afrika aus. Sie gelangten vor etwa 60 000 Jahren (genetische Distanz 0,12) nach Eurasien und etwas später nach Australien, vor 35 000 Jahren nach Amerika (0,07).

3 DieOut-of-Africa-HypothesewirdvonAnhängernrassistischerBewegungenimmerwiederinfragegestellt.ErläuteremöglicheGründe,weshalbdieHypothesevondiesenGruppierungenabgelehntwird.Die Out-of-Africa-Hypothese besagt, dass der moderne Mensch vor ca. 200 000 Jahren aus den dort ansässigen Hominiden hervor-gegangen ist. Dies bedeutet, dass der Ursprung aller heute lebenden Menschen in Afrika liegt. Dies spricht gegen die Vorstellun-gen rassistischer Bewegungen, wie z. B. die Annahme der „reinen arischen Rasse“ der Nationalsozialisten.

Evolution des menschlichen Verhaltens (Seite 120/121)

1 NenneGründe,warumdasKindchen-oderdasPartnerschemainderWerbunggenutztwerden.Beide Schemata sprechen Instinkte in uns an. Für Kinder will man alles tun, was diese schützt oder ihnen Freude macht; ein attraktiver möglicher Geschlechtspartner macht das zu verkaufende Produkt auch attraktiver, weil positive Gefühle geweckt werden.

2 Diskutiere,inwiefernVerhaltensweisenzurAggressionskontrollenützlichoderauchschädlichseinkönnen.Verhaltensweisen zur Aggressionskontrolle sind nützlich, weil sie ein geregeltes Zusammenleben ermöglichen. Sie können schäd-lich sein, wenn Aggressionen permanent unterdrückt werden und nie abgebaut werden können. Gesundheitliche Folgen können Verspannungen sein. Im schlimmsten Fall kann die betroffene Person ihre Aggressionen gegen sich selbst richten.

Kulturelle Entwicklung (Seite 122/123)

1 UnsereGetreidesortenstammenursprünglichausderRegiondes„fruchtbarenHalbmonds“imVorderenOrient.ErkläredenZusammenhang.In der Region des fruchtbaren Halbmonds begannen Menschen mit Ackerbau und Viehzucht. Dies ermöglichte eine starke Bevölkerungszunahme und Auswanderungen, bei denen die Menschen ihre Tiere und Nutzpflanzen mitnahmen und weiter- züchteten.

2 InAsienundAfrikaistderAnteilvonerwachsenenMenschenmitLactose-UnverträglichkeitdeutlichhöheralsinEuropa.Erkläre.Da in Asien und Afrika Milchviehhaltung seltener ist als in Europa, tritt dort bei Erwachsenen eine Lactose-Unverträglichkeit auch häufiger auf. Die Milchviehhaltung in Europa sorgte über viele Generationen dafür, dass in Europa allele Gene, die eine Lactose-Verträglichkeit bewirken, im Genpool häufiger wurden.

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Der Mensch beeinflusst die Evolution (Seite 124/125)

1 ErstelleeinBeziehungsgefüge(ähnlichArbeitsbuch2,Seite15,Abb.3)zumTreibhauseffektmitdenUmweltfaktoren:Lufttem-peratur,MethankonzentrationinderLuft,CO2-KonzentrationinderLuft,GrößederarktischenundantarktischenEisfläche,Permafrostböden,GrößedertropischenRegenwälder,GrößederWolkenunddieStrahlungsenergie,dieaufderErdeinWärmeumgewandeltwird.KennzeichnedurchPfeiledieWechselwirkungenzwischendenUmweltfaktoren.siehe Abbildung (durchgezogene Linie: verstärkend; gestrichelt: abschwächend

Der Mensch verändert Flora und Fauna — Neobiota (Seite 126/127)

1 NennesämtlicheimTexterwähntenMöglichkeiten,wieNeobiotainunsereLebensräumegelangtsind.Aussetzen, Flucht aus Gefangenschaft, Autoverkehr, Schiffsverkehr, Schifffahrtskanäle, Verunreinigung in Vogelfutter oder Saatgut

2 Erläutere,weshalbinvasiveArteneineGefahrfüreineangestammteBiozönosedarstellenkönnen.Sie können Krankheiten einschleppen, an die die eiheimischen Lebewesen nicht angepasst sind.

Extra: β-Thalassämie auf Zypern (Seite 129)

ZurzeitistZypernkeinMalariagebietmehr.ImVerlaufdesKlimawandelsistesmöglich,dassMalariainZypernwiederEinzughält.VersetzedichindieLageeinesZypriotenunderstelleeinenPlan,wiedeinerAnsichtnachinZukunftmitderErbkrank-heitβ-Thalassämieumgegangenwerdensoll.Es wird erwartet, dass die Schüler die Komplexität der Fragestellung erkennen, diese thematisieren und bemerken, dass es nicht nur eine vertretbare Lösung gibt.

Zukunft der Menschheit (Seite 130/131)

1 LautAbb.1istdieZukunftderMenschheitungewiss.ErstelleeineListederBereiche,indenenwirdieZukunftverant-wortungsvollmitgestaltenkönnen.Bereich Umwelt: Müll vermeiden, Müll trennen, bewusstes Kaufverhalten (regionale Produkte, Transportwege meiden, Bioprodukte, fairer Handel…), Handys und Elektroschrott richtig entsorgen, nachhaltig kaufen und leben, Wasser sparen. Bereich Bildung: sich informieren über Verkaufswege und Produkte, Informationen weitergeben, Diskussionen führen, Argumente sammeln Bereich soziales Miteinander: anderen helfen, Respekt einüben, Toleranz schaffen, Kleidung, Bücher etc. nicht wegswerfen, son-dern bei sozialen Einrichtungen abgeben, sich bei Hilfsorganisationen engagieren

2 „ArtenschutzhatfürdieweitereEvolutiondesMenschenkeineBedeutung.“NimmStellungzudieserAussage.Evolution geschieht weiterhin – auch ohne Artenschutz. Artenschutz gewährleistet aber, dass wir Menschen Pflanzen und Tiere nicht ausrotten. Möglicherweise können zum Beispiel in Pflanzen Stoffe entdeckt werden, die für unsere Gesundheit wichtig sind oder die Umweltprobleme lösen könnten. Insofern hat der Artenschutz durchaus Bedeutung für die Evolution der Menschen.

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GrößedestropischenRegenwaldes

Wolkengröße

GrößederPermafrostböden

MengedespolarenEises

Lufttemperatur

CO2-KonzentrationinderLuft

inWärmeumgewandelteSonnenenergie Methankonzentration

inderLuft




Material: Biologische Anthropologie (Seite 132/133)

1 StelleeinenZusammenhangzwischenAbb.1unddemTextmaterialher.Die Abbildung zeigt Resistenzen gegen Pneumokokkenerreger in Europa. Auffällig ist, dass in Deutschland, Polen und Italien die Resistenzen schon weit ausgebreitet sind. Die Informationen im Text besagen, dass wir oft unbewusst Antibiotika zu uns nehmen, zum Beispiel wenn Käse damit behandelt wurde. Das könnte die hohe Quote der Resistenzen erklären, selbst wenn nicht bei jeder Erkältung Antibiotika verschrieben werden und auf die richtige Einnahmedauer geachtet wird.

2 Abb.1zeigtamBeispieldesErregersvonLungen-undMittelohrentzündungen,dassz.B.imOstenEuropasdieAntibiotika-resistenzennochstärkeralsimzentralenEuropaverbreitetsind.RecherchieremöglicheGründe.Laut medizinischer Berichte sind in den früheren Ostblockstaaten Penicilline sehr unkritisch genommen worden, das heißt, häufi-ger als notwendig und nicht ausreichend lange. Ein weiterer möglicher Grund ist, dass die Antibiotika zu alt waren. Dann sind sie weniger wirksam, die Bakterien werden nicht in genügender Anzahl bekämpft und können Resistenzen entwickeln.

3 FormuliereHypothesen,inwiefernAntibiotikaresistenzenEinflussaufdieEvolutionnehmen.Antibiotikaresistenzen können in mehrfacher Hinsicht Einfluss auf die Evolution nehmen: Wissenschaftler sind gezwungen, Krankheitserreger immer weiter zu erforschen und neue Antibiotika zu entwickeln. Infolge der neuen Resistenzen haben sich nur Bakterien mit einem veränderten Erbgut vermehrt. Wenn Antibiotika nicht mehr wirken, können wir Menschen an Krankheiten sterben, die Jahrzehnte als bekämpfbar galten.

4 FormulieremöglicheGründefürdenAnstiegderstressbedingtenErkrankungen.Mögliche Ursachen könnten sein: zunehmende Lärmbelästigung; erhöhte Arbeitszeiten; Reizüberflutung (visuell, akustisch, durch Medien etc.); fehlende Erholungsräume; Doppelbelastung Beruf und Familie (besonders bei Frauen); fehlende Mechanismen zum Stressabbau; geändertes Freizeitverhalten; Kampf oder Flucht ist als Reaktion nicht mehr möglich

5 LeiteausdemTextSymptomefürstressbedingteKrankheitenab.Symptome sind: Herzerkrankungen durch ständige Überlastung, Muskelverspannungen, weil die Ruhephasen fehlen, Magen-Darm-Probleme wegen fehlender Verdauungsleistung, Magengeschwüre, Bluthochdruck, …

6 ErmittleanhandeinerAnalysedesStammbaumsderKE-Familie,nachwelchemErbgangdieMutationimFOXP2-Genvererbtwird(s.Seite62—63).Es handelt sich um einen autosomal-dominanten Erbgang.

7 AnalysieremithilfederCodesonne(s.Seite49,Abb.2),umwelcheArtderMutationessichbeiderMutationdesFOXP2-GensbeiderKE-Familiehandelt(s.Seite52).m-RNA nicht mutiert: UAU UUU CGC CUC CAC AUA AS-Sequenz nicht mutiert: Tyr Phe Arg Glu His Ile m-RNA mutiert: UAU UUU CGC CUC CGC AUA AS-Sequenz mutiert: Tyr Phe Arg Glu Arg Ile Es handelt sich um eine Punktmutation, bei der ein Nucleotid ersetzt wurde (Austausch von Thymin gegen Cytosin). Dies hat zur Folge, dass eine Aminosäure in der Aminosäuresequenz ausgetauscht wird (Histidin gegen Arginin). Es handelt sich also um eine misssense-Mutation.

8 BeschreibeanhandderAbb.5dasExperiment,dasPawlowdurchführte.Pawlow zeigte zunächst einem hungrigen Hund Futter (unbedingter Reiz), dieser reagierte sofort mit Speichelfluss (unbedingter Reiz/unbedingter Reflex). In einem zweiten Versuche koppelte Pawlow den unbedingten Reiz mit einem neutralen Reiz (Glocke). Der neutrale Reiz alleine löst keinen Speichelfluss aus. Die Kopplung der beiden Reize (Futter und Glockenton) führt zu Spei-chelabsonderung. Nach mehrfacher Wiederholung der Versuche wird dem Hund nur noch der Glockenton, ohne Futter, angeboten. Allein der Glockenton löst nun die Speichelabsonderung aus. Der neutrale Reiz ist zum bedingten Reiz geworden.

9 FormuliereeineallgemeingültigeRegelzumLernengemäßderKlassischenKonditionierungunterVerwendungderBegriffe„neutralerReiz“,„bedingterReiz“,„unbedingterReflex“und„bedingterReflex“.unbedingter Reiz → unbedingte Reaktion neutraler Reiz → löst keine Reaktion aus unbedingter Reiz gekoppelt mit neutralem Reiz → löst Reaktion aus Nach mehrfacher Wiederholung: unbedingter Reiz (nun zum bedingten Reiz geworden) → löst Reaktion aus

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Evolution des Menschen — TESTE DICH SELBST (Seite 134/135)

1 NennedieMerkmalevonPrägung.Dieser Lernvorgang ist zeitlich begrenzt, muss in einer sensiblen Phase stattfinden und hat eine angeborene Grundlage.

2 Begründe,warumsichHospitalismusnichtmehrodernurinAnsätzentherapierenlässtundältereKinderpatientendieseSymptomenichtzeigen.Prägung findet in einer sensiblen Phase statt (erste Lebensmonate bis zweites Lebensjahr), danach lässt sich die Prägung nicht wiederholen und es findet auch keine „Umprägung“ mehr statt. Ist die Prägung schon abgeschlossen, zeigen ältere Patienten ohne Bezugsperson diese Symptome nicht.

3 ErkläreamBeispielvonLucy,warumMosaikfundefürdieEvolutionstheorievongroßerBedeutungsind.Mosaikformen belegen die Evolutionstheorie, nach der sich aus Lebewesen infolge von Mutation, Selektion und Isolation neue Merkmale und irgendwann eigene Arten entwickelt haben.

4 FormulierefürdieBehauptung„DerMenschstammtvomAffenab”einekorrekteAussage.Die Aussage legt nahe, dass wir uns aus den jetzigen Affen entwickelt haben. Das ist eine Vorstellung, die nicht in das Weltbild mancher Menschen passt. Korrekter wäre die Formulierung: Die jetzigen Affen und der jetzige Mensch haben gemeinsame Vor-fahren

5 NennemindestensvierUnterschiedeimKörperbauvonMenschundSchimpanse.siehe Tabelle

6 ErkläredasPrinzipderDNA-HybridisierunganhandderDenaturierungstemperaturen(Abb.2).Bei der DNA-Hybridisierung wird die Eigenschaft der DNA genutzt, dass diese sich bei bestimmten Temperaturen in Einzelstränge trennt (Denaturierung). Sinkt die Temperatur wieder, lagern sich die Einzelstränge wieder zusammen (Renaturierung). Man lässt zur Überprüfung der Verwandtschaft zwei Einzelstränge unterschiedlicher Arten (z. B. Mensch und Schimpanse) miteinander renaturieren (man spricht hier auch von Hybridisierung). Dabei bilden sich nur bei komplementären Basen Wasserstoffbrücken aus. Je mehr Basen also nicht komplementär sind, desto weniger Wasserstoffbrücken bilden sich aus. Je näher zwei Arten miteinander verwandt sind, desto mehr Wasserstoffbrücken bilden sich aus. Man misst nun die Temperatur, bei der sich die hybridi-sierten Stränge wieder voneinander trennen. Je höher die Temperatur zur Denaturierung ist, desto näher verwandt sind die beiden Arten. Mensch und Schimpanse (86,4 °C) sind also näher verwandt als Mensch und Gorilla (85,8 °C).

7 Erläutere,inwieferndieAbholzungundBrandrodungdestropischenRegenwaldszueinererhöhtenCO2-KonzentrationinderLuftführt.Durch die Brandrodung des tropischen Regenwalds wird vermehrt CO2 bei der Verbrennung in die Atmosphäre freigesetzt. Darü-berhinaus wird durch die Abholzung des Regenwalds weniger Fotosynthese betrieben. Bei der Fotosynthese wird CO2 aus der Luft aufgenommen, sodass sich die CO2-Konzentration in der Luft verringert. Dieser Effekt verringert sich, wenn grüne Pflanzen im Regenwald vernichtet werden. Darüber hinaus geben Pflanzen große Mengen Wasser bei der Transpiration in die Atmosphäre ab. Dieses Wasser bildet Wolken, die die Aufwärmung der Atmosphäre durch die Sonneneinstrahlung verhindern. Auch dieser Effekt verringert sich durch die Abholzung im Regenwald.

8 Erkläre,inwiefernKohlenstoffdioxidzumKlimawandelbeiträgt.Kohlenstoffdioxid ist ein Treibhausgas, das zum stärkeren Aufheizen der Erdatmosphäre durch Sonneneinstrahlung beiträgt..

9 ErläuteredenZusammenhangzwischendemvermehrtenCO2-AusstoßunddemAbsterbenderSteinkorallenintropischenRiffen.Kohlenstoffdioxid ist wasserlöslich. Somit löst es sich auch in den Ozeanen. Durch das Lösen von CO2 in Wasser entsteht Koh-lensäure. Der pH-Wert des Wassers sinkt. Bei niedrigem pH-Wert sind die Steinkorallen nicht mehr in der Lage, ihre Kalkschicht aufzubauen und sterben ab.

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Mensch Schimpanse

Beckenschüsselförmig Beckenlänglich

Wirbelsäuledoppelts-förmig Wirbelsäuleeinfachgebogen

keineausgeprägtenEckzähne ausgeprägteEckzähne

keinÜberaugenwulst Überaugenwülste

großerHirnschädel(großesGehirnvolumen

kleinerHirnschädel(kleinesGehirnvolumen)




10DiskutiertinKleingruppenMöglichkeiten,mitdemzunehmendenStressumzugehen.SammelteureLösungen.Mögliche Stresshemmer wären Sport, bewusst eingebaute Ruhephasen, Suche nach Stille, Entzug der medialen Überlastung … (In immer mehr Schulen gibt es „Räume der Stille“.)

11BeurteiltdieverschiedenenVorschläge,indemihrdieeinzelnenKrankheitssymptomenennt,aufdiedieseStressabbautippswirken.Sport mindert Aggression und baut Schadstoffe ab, Yoga hilft bei Verkrampfung und entspannt den Körper durch Dehnungen, Meditationen entspannen den Geist und helfen Probleme richtig zu gewichten. (Aber wer durch eine sitzende Tätigkeit einen verspannten Rücken hat, der wird durch Meditation im Sitzen nicht geheilt werden.)

12ErläutereaneinemBeispiel,inwiefernIsolationalsEvolutionsfaktordieAusbildungvonVerhaltensweisenbeeinflusst.Schon in pfälzischen Dörfern, die nicht so abgeschieden wie manche Bergdörfer im Süden Deutschlands sind, gibt es verschiede-ne Dialekte und unterschiedliche Rituale bei z. B. Kerwefesten. Einmal gelebtes Verhalten, das sich bewährt hat, wird weitergege-ben, ausgefeilt und irgendwann festgeschrieben. Es unterscheidet sich dann von Verhaltensweisen an anderen Orten.

13DiskutieremöglicheProblemeundmöglicheChancen,diesichdurchunserekulturelleVielfaltunddenAustauschverschiede-nerVolksgruppenergeben.Mögliche Probleme: Verständnisschwierigkeiten, Fremdenfeindlichkeit, Angst um die eigene Identität und um kulturelle Errun-genschaften. Mögliche Chancen: neue Sichtweisen, Bereicherung der Kultur, Lösung festgefahrener Probleme, Bewusstwerden der eigenen Identität, …).

14BewertedieTendenzinTeilenderBevölkerung,altesBrauchtumlebendigzuhalten.Brauchtum schafft Identität. Zu schnelle Veränderungen und zu viele neue Einflüsse ängstigen manche Menschen. Gewohnte Verhaltensweisen sind vertraut und geben Sicherheit. Das führt einerseits zur Abgrenzung, andererseits ist es für jede Kultur wertvoll, wenn kulturelle Errungenschaften in Erinnerung bleiben, auch wenn sie nicht mehr im Alltag gepflegt werden Ein inter-essantes Beispiel sind die Mittelaltermärkte.

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Evolution des Menschen — Basiskonzept: System (Seite 136/137)

1 Begründe,warumkomplexeSystemestabilersind.Komplexe Systeme sind stärker vernetzt. Tritt eine Störung ein — befindet sich also ein Loch im Netz — ist das System als Ganzes aufgrund der „Feinmaschigkeit“ noch relativ stabil.

2 LangeZeitistauchvonmanchenWissenschaftlerndieKlimaerwärmunggeleugnetworden.FindedafüreinemöglicheErklä-rung.Die Klimaerwärmung ist über Jahrzehnte auch in wissenschaftlichen Kreisen geleugnet worden. Ein Grund liegt im dynamischen Gleichgewicht: Man argumentierte, dass es immer schon wärmere und kältere Phasen gegeben hätte, das seien natürliche Schwankungen, die nicht von Menschen verursacht worden seien.

3 OrdnefolgendeFachinhaltedesBasiskonzeptsSystemdenverschiedenenOrganisationsebenenzu:Herz-Kreislauf-System,VerhalteneinesSäuglings,Zellatmung,Mitose,Räuber-Beute-Beziehung,Balzverhalten.Herz-Kreislauf-System — Organismus Verhalten eines Säuglings — Organismus Zellatmung — Zellorganell Mitose — Zelle Räuber-Beute-Beziehung — Ökosystem Balzverhalten — Population




Evolution des Menschen — Arbeitsblatt: Vergleich der Skelette von Schimpanse und Mensch (Seite 138)

1 CharakterisierediebeidenSkelettestichwortartig(Tabelle).UnterstreicheAnpassungenandasBaumlebengrün,Anpassun-genandenaufrechtenGangrot(grün=B,rot=A).

Evolution des Menschen — Arbeitsblatt: Untersuchung von Primatenschädeln (Seite 139)

1 StellemithilfedesSchulbuchsfest,welcheSchädelabgebildetsind.ErgänzedieAngabeninderTabelleanhanddereinzelnenAbbildungen.

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Schimpanse Mensch

Wirbelsäulec-förmig(B)Deutung:tragendeBogen-Sehnen-Konstruktion

doppelt-s-förmig(A)Deutung:aufrechterGang

Becken hoch,flach,schmal(B)breit,schaufelartig(A)Deutung:BeckenträgtEingeweideundFetus

Gliedmaßen

ArmelängeralsBeine(B)Klammerhand,Greiffuß(B)Beineangewinkelt(B)Deutung:hangelndesKlettern,SchwerpunktvorderKörper-achse

BeinelängeralsArme(A)DaumenopponierbarBeinegestreckt(A)Deutung:WerkzeuggebrauchSchwerpunktinderKörperachse

Schädel

Hirnschädelflach;Überaugenwülste;SchnauzefliehendesKinnHinterhauptslochhinterSchädelschwerpunkt(B)Deutung:Hirnvolumenum400cm³;starkeNackenmuskulatur

HirnschädelgroßundgewölbtHinterhauptslochetwaimSchädelschwerpunkt(A)Deutung:Hirnvolumenum1400cm³,Kopfausbalanciert

GebissstarkeEckzähne,passenin„Affenlücke“,Zahnbogenu-förmigDeutung:GebissalsWaffe

Eckzähnenichtgrößer;Zahnbogenv-förmigDeutung:nichtmehralsWaffe„benötigt“

Merkmal A Schimpanse B Australopithecus C Neandertaler D Homo sapiens

1. Schnauzenbildung stark schwächer gering keine

2. Eckzähne auffallend unauffällig unauffällig unauffällig

3. Hirnschädelhöhe (HSH)incm

2,8 2,9 4,2 4,2

4. Gesichtsschädelhöhe (GSH)incm

6,8 4,7 4,6 4,0

5. HSH:GSH 0,58 0,62 0,91 1,05

6. durchschnittliches Hirngewicht(HG)ing

um400 um500 um1440 um1400

7. durchschnittlichesKör- pergewicht(KG)inkg

um45 um28 um60 um70

8. relativesHirngewicht (HG:KG)in%

0,009(0,9%) 0,018(1,8%) 0,024(2,4%) 0,02(2%)


© Ernst Klett Verlag GmbH, Stuttgart 2016 | www.klett.de | Alle Rechte vorbehalten Natura 7 — 10 Biologie Arbeitsbuch 3 Rheinland-Pfalz, LösungenGrafik: JörgMair,München

Evolution des Menschen — Arbeitsblatt: Punkte aus der kulturellen Evolution (Seite 140)

1 OrdnefolgendeBegriffe,NamenundDatenein:$

vor

5000

J.

vor 6000 J.

40 v. Chr.

vor 20000 J.

vor 5000 J.

438 v. Chr.

Christi Geburt

Computer Ast

rona

ut

Mähdrescher1950

Gentechnologie

Peterskirche1560

PontduGard

Eiffelturm1889

Druckpresseum1500

384bis322v.Chr.384bis322v.Chr.

Parthenon

Langhaus

Höhlen

Rundhaus

vor4500Jahren

Steinzeitjäger

Australopithecusvor3,3Mio.Jahren

Feuervor500000Jahren

Pyramiden

römischerOffizier

Bro

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1931

ChristophKolumbus1492

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Evolution des Menschen — Arbeitsblatt: Blick in die Zukunft der Menschheit (Seite 141)

1 Sowirdesweitergehen,wenndie1970festgestelltenEntwicklungstendenzenanhalten.Erkläre.Die Bevölkerung wird weiter steil anwachsen; die Rohstoffvorräte werden rapide abnehmen, die Umweltverschmutzung stark zunehmen. Zunächst können die Nahrungsmittel pro Kopf gesteigert werden, wenn aber die Rohstoffe fehlen, bricht auch die Nahrungsversorgung zusammen.

2 BeschreibedieEntwicklungderMenschheitnachdemstabilisiertenWeltmodell.NenneUnterschiedezumStandardlauf.Bei stabilem Bevölkerungswachstum und moderater Industrieproduktion könnte die Umweltverschmutzung und der Rohstoffab-bau besser kontrolliert werden und die Nahrungsmittelproduktion wäre gesichert.

3 DiskutiertVorschlägefürdieZukunftsplanungderMenschheit.z. B. Geburtenplanung, Energieeinsparung, regenerative Energiegewinnung, Rohstoffeinsparung, dauerhafte Produkte, Abfallver-meidung, neue Methoden des Recycling

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NATURA 7 – 10 - Minio Browser · Zahnreinigung vermieden werden. ... , wie in Folge des Fütterns...

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