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Die „roten Fäden“ durch die Biologie Grundwissen: 5.-10. Klasse Version 12.10.10

Stoffwechsel

Oberfläche

Stoffe und Teilchen

Information

Evolution ..............

Fortpflanzung

Energie

Stoffwechsel

Oberfläche

Stoffe und Teilchen

Information

Evolution ..............

Fortpflanzung

Energie

Evolution

Stoffwechsel

Energie

Fortpflanzung

Information

Evolution ..............

Information

..............

Fortpflanzung

Energie

Stoffe und Teilchen

..............

..............

Stoffe und Teilchen Stoffwechsel

Stoffwechsel

..............

Stoffe und Teilchen

Information

Evolution ..............

Fortpflanzung

Energie

GW Bio 5-10 SINUS Bayern Lauf / Hersbruck 2

Teilchenmodell Alle Stoffe bestehen aus kleinen Teilchen, die sich in Größe und Masse unterscheiden.

Teilchen ist ein Sammelbegriff für Atome, Moleküle, ... . Zwischen den Teilchen ist nichts.

Die drei Aggregatzustände: fest – flüssig – gasförmig

(Beispiel Wasser : Eis – flüssiges Wasser – Wasserdampf )

Jeder Körper besitzt

eine Masse (Einheit: [g], [kg]) ein Volumen (Einheit: [cm3], [l])

Reinstoffe erkennt man an ihren Eigenschaften (z.B. Siedetemperatur, Löslichkeit, ......).

bestehen aus untereinander gleichen Teilchen.

Stoffgemische

bestehen aus unterschiedlichen Reinstoffen (Beispiel: Zuckerwasser ist ein Gemisch aus

dem Reinstoff Zucker und dem Reinstoff Wasser) und damit aus verschiedenen Teilchen.

lassen sich aufgrund der unterschiedlichen Eigenschaften der Reinstoffe wieder

voneinander trennen (Beispiel: Filtration, Salzgewinnung durch Abdampfen).

Luft ist ein Gasgemisch und besteht aus Stickstoff, Sauerstoff, Kohlenstoffdioxid und Edelgasen

Gasnachweise

Glimmspanprobe: Glimmender Holzspan + Sauerstoff Holzspan entzündet sich

Kalkwasserprobe: klares Kalkwasser + Kohlenstoffdioxid milchige Trübung

Naturwissenschaftliches Arbeiten

Stoffe und Teilchen

Naturbeobachtung

Problem / Frage

Vermutung / Hypothese

Versuch Durchführung: ....................

Beobachtung: ....................

Erklärung: ....................

Vermutung war richtig

Bestätigung neue

Vermutung ?

Vermutung war falsch

Wärme

Stoffebene Teilchenebene


Evolution (Geschichte des Lebens)

Entwicklung von den ersten einzelligen Lebewesen vor knapp 4 Milliarden Jahren bis zur

Vielfalt der heute lebenden Arten.

Evolutionstheorie nach Darwin

Mutation Zufällige Veränderung der Erbinformation (z.B. durch Röntgen- oder UV-

Strahlung), die bei einem Lebewesen zu veränderten Eigenschaften führen kann.

Art Alle Lebewesen, die sich miteinander fortpflanzen und dabei fruchtbare

Nachkommen hervorbringen, gehören zu einer Art.

Systematische Begriffe Verwandtschaftsgrad nimmt mit abgestufter Ähnlichkeit zu:

Klasse – Ordnung – Familie – Art

Beispiel: Säugetiere – Raubtiere – Katzen – Löwe

Homologe Organe

sind bauplangleiche, teilw. funktionsverschiedene Organe.

Verwandtschaft!

Beispiel: Vogelflügel und Menschenarm

Analoge Organe

sind bauplanverschiedene, aber funktionsgleiche Organe.

keine Verwandtschaft

Ursache: Angepasstheit an gleiche Umweltbedingungen

Beispiel: Vogelflügel und Insektenflügel

Prokaryoten und Eukaryoten

Evolution

Pflanzenzelle (Chloroplasten und

Mitochondrien)

Tierzelle (nur Mitochondrien)

Pilzzelle (nur Mitochondrien)

eukaryotische Einzeller (Mitochondrien, teilw. zusätzlich Chloroplasten)

z.B. Euglena

prokaryotische Einzeller (Bakterien) (weder Mitochondrien noch Chloroplasten)

Eukaryoten mit Zellkern

Prokaryoten ohne Zellkern

verschiedene Nachkommen

(durch Mutationen und

geschlechtl. Fortpflanzung)

Überproduktion an Nachkommen

Fortpflanzung

natürliche Selektion:

wegen der Konkurrenz überleben nur

die an die jeweiligen Umweltbedingungen

am besten Angepassten einer Art

Änderung der Umweltbedingungen

Abänderung der Art

bzw. Entstehung neuer Arten


Information ist immer an einen Informationsträger (z.B. elektrisches Signal, Hormon, DNA) gebunden.

Nervensystem Gehirn + Rückenmark + Nervenfasern

Reiz-Reaktions-Schema

Hormonsystem

Hormonsystem Nervensystem

Informations-

weitergabe

Hormone (chemische Botenstoffe)

über die Blutbahn

elektrische Impulse über

Nervenzellen und Synapsen

Wirkungsdauer länger anhaltend kurz

Wirkungsort Zielzellen mit Rezeptoren (z.B. Herzmuskelzellen mit Adrenalinrezeptor)

angeschlossene Zielzellen (z.B. Muskel- oder Drüsenzellen)

„Technischer

Vergleich“

Radio

Meldung an alle, die auf Empfang

eingerichtet sind

Telefon

direkte aber energieaufwändige

Verbindung zwischen Sender

und Empfänger

Genetische Information

Der Informationsträger ist die DNA. Sie enthält die Anweisung für den Bau eines Lebewesens

und für die Steuerung seiner Lebensvorgänge.

Ein Gen ist ein Abschnitt der DNA. Ein bzw. mehrere Gene tragen die Information für den

Bau eines Proteins.

Information

Umwandlung in elektr. Signale

Sinneszelle

Reaktion

elektrische

Weiterleitung

Sinnesnerv

elektrische

Weiterleitung

Bewegungsnerv

Verarbeitung im

ZNS

Muskel

Reiz:

Schallwellen

Rezeptoren

(Sinneszellen)

Reize

ZNS

(Gehirn + Rückenmark)

sen

sori

sch

e

Ner

ven

bah

n

moto

risc

he

Ner

ven

bah

n

Peripheres Nervensystem

animalisch vegetativ

(willkürlich) (unwillkürlich)

Effektoren

Reaktion

innere Organe,

Muskeln,

Drüsen

Skelett-

muskeln

Fang

!


Immunsystem

Resistenz Unempfindlichkeit von Bakterien gegen bestimmte Stoffe (oft Antibiotika)

Oberflächenvergrößerung

Viele Vorgänge in Natur und Technik werden durch Vergrößerung der Oberfläche verbessert.

Beispiele: - Darmzotten: Aufnahme der Nährstoffteilchen ins Blut

- Lungenbläschen: Gasaustausch

Schlüssel-Schloss-Prinzip Beispiele: - Hormonsystem: Hormon / Rezeptor an der Zielzelle

- Synapse: Transmitter / Rezeptor an der Zielzelle

- Immunabwehr: Antigen-Antikörper-Reaktion ( Immunsystem)

- Verdauung: Enzym-Substrat-Komplex

Gegenspieler-Prinzip:

Beispiele: - Muskel: Beuger-Strecker

- vegetatives (=autonomes) Nervensystem: Sympathicus - Parasympathicus

Struktur und Funktion

„fressen“

Killerzellen: töten

infizierte Zellen

Unterschiedliche

Abwehrzellen

Gedächtnis-

zellen

spezifische

Antikörper

Abgeschwächte

Krankheitserreger

1. Verteidigungslinie (unspezifisch):

Haut, Schleimhäute, Sekrete

Vermehrung

Riesenfresszellen

Antigen

keine

Vermehrung

„fressen“

„fressen“

Krankheitserreger

2. Verteidigungslinie (unspezifisch):

Riesenfresszellen

3. Verteidigungslinie (spezifisch):

Abwehrzellen (B- /T-Zellen),

Abwehrstoffe (Antikörper)

„verklumpen“ „verklumpen“

„fressen“ aktivieren

spezifische

Antikörper


Nahrungsbestandteile

Nährstoffnachweise: Stoffe zeigen typische Reaktionen

Stärke: Iod (braun) + Stärke Blaufärbung

Eiweiß: Hitze oder Säurezugabe Gerinnung

Fett: Fettfleckprobe

Enzyme

Proteinmoleküle die den Auf-, Um- und Abbau aller von der Zelle benötigten Moleküle

durchführen. Chemisch betrachtet funktionieren Enzyme als substrat- und wirkspezifische

Bio-Katalysatoren.

Verdauung

Zerlegung der Nährstoffteilchen in kleinere Bestandteile, um die Aufnahme ins Blut zu

ermöglichen:

Stoffwechsel

Nahrung

Nährstoffe weitere Nahrungsbestandteile

Ballaststoffe Vitamine Mineralsalze Wasser Kohlenhydrate z.B. Stärke,

Traubenzucker

Fette Eiweiß/Proteine

Fett-Molekül

Protein-Molekül (Ausschnitt)

Stärke-Molekül (Ausschnitt)

Wasser-Molekül

Lymphgefäß

Blutgefäß

Dickdarm

Wasserentzug

und Ausscheidung

Dünndarm

Verdauung

und Resorption

Magen

Vorverdauung

Mundraum

Vorbereitung

und Vorverdauung

Aminosäure

Einfachzucker-Molekül

(z.B. Glucose)

Fettsäure

Glycerin

Bauch-

speicheldrüse


Stoffwechsel

Aufnahme von Stoffen z.B. von Nährstoffe,

Umwandlung von Stoffen zum Aufbau und für die Energieversorgung des Körpers und

Ausscheidung von Abfallstoffen

Fotosynthese ( Chloroplasten) Wasser + Kohlenstoffdioxid Sauerstoff + Traubenzucker

Zellatmung

( Mitochondrien) Traubenzucker + Sauerstoff Kohlenstoffdioxid + Wasser

Es gibt verschiedene Formen von Energie, die sich ineinander umwandeln lassen.

Z.B.:

Lichtenergie

Wärme, Bewegung

energiereiche Stoffe

Traubenzucker

energiearme Stoffe Wasser, Kohlenstoffdioxid

Wärme,

ATP

Abbau ohne Sauerstoff

(anaerob)

weitere Abbauprozesse

Gärung

Alkohol oder Milchsäure

Abbau mit Sauerstoff

(aerob)

Zellatmung

Lichtenergie

Fotosynthese

Energie

Energie

in Nährstoffen

Bewegungsenergie,

Wärme

Lageenergie

des Wassers elektrische Energie


Ungeschlechtliche Fortpflanzung ( Klone ) ( Mitose)

Ein Lebewesen erzeugt Nachkommen, die untereinander identisch sind (z.B. Kartoffelknolle).

Geschlechtliche Fortpflanzung ( Evolution) ( Meiose)

Zwei Lebewesen erzeugen Nachkommen, die untereinander etwas verschieden sind.

Bedeutung ungeschlechtliche Fortpflanzung

und Wachstum

geschlechtliche Fortpflanzung

Halbierung des Chromosomensatzes zur

Erhaltung der arttypischen Chromosomenzahl

Schaffung genetischer Vielfalt

Ergebnis Zwei identische / erbgleiche

(Tochter)zellen mit doppeltem

Chromosomensatz (2n)

Vier erbungleiche Zellen (Spermien bzw. Pollen)

mit einfachem Chromosomensatz (1n)

Geschlechtszellen (=Keimzellen): Eizelle: unbewegliche, weibl. Geschlechtszelle

Spermium: bewegliche, männl. Geschlechtszelle

Pollen: unbewegliche, männl. Geschlechtszelle

Begattung Übertragung der Spermien in den weiblichen Körper

Befruchtung Verschmelzung des Kerns des Spermiums /

des Pollens mit dem Kern der Eizelle

Fortpflanzung

2n

Mitose in Körperzellen Meiose in Urgeschlechtszellen

Befruchtung

einer Eizelle

1n

2n

Verdopplung der

Einchromatid-Chromosomen

2n

Körperzelle

2n

Trennung der

Zweichromatid-Chromosomen

in Einchromatid-Chromosomen

1n

Trennung der


1n

Verdopplung der

Einchromatid-Chromosomen

2n

Urspermienzelle

2n

Trennung der homologen


1n


Embryo

Organismus, der sich aus der befruchteten Eizelle entwickelt

Larve

Jugendform mit besonderen Organen, die dem erwachsenen Tier fehlen

Metamorphose

Verwandlung der Larve zum erwachsenen Tier, wobei eine Gestaltänderung durch

Rückbildung, Umwandlung und Neubildung von Organen erfolgt.

Unvollkommene Verwandlung (z.B. Heuschrecken)

Die Insektenlarve entwickelt sich durch mehrere Wachstums-

häutungen allmählich zu einem geschlechtsreifes Tier (Imago).

Vorteil: alle Stadien können vor Feinden flüchten

Vollkommene Verwandlung (z.B. Schmetterlinge, Käfer, Fliegen)

Mit der vorletzten Wachstumshäutung der Insektenlarve wird eine

Puppe (keine Nahrungsaufnahme) gebildet, in der die Verwandlung

der Larve zu einem geschlechtsreifen Tier (Imago) stattfindet.

Vorteil: keine Nahrungskonkurrenz zwischen Larve und Imago

Blüte

Bestäubung

Übertragung von Pollen auf die Narbe

Samen

Embryo im Ruhezustand, der von Vorratsstoffen umgeben ist ( Keimung junge Pflanze)

Frucht

Die Frucht entsteht nach der Befruchtung meistens aus dem Fruchtknoten und enthält die

Samen bis zur Reife.

Kelchblatt

Blütenblatt

Staubbeutel mit Pollen

Staubfaden

Fruchtknoten

Griffel

Narbe

Samenanlage mit Eizelle

Blütenboden

Blüte

Staubgefäß

Stempel


Biosphäre Gesamtheit der Ökosysteme unserer Erde

Ökosystem Biotop (Lebensraum) + Biozönose (Lebensgemeinschaft)

Population Lebewesen einer Art, die im gleichen Gebiet leben und

und eine Fortpflanzungsgemeinschaft bilden

Organismus besteht aus verschiedenen Organen (z. B. Muskeln, Herz, Auge, ..)

Organe bestehen aus verschiedenen Geweben (z.B. Muskel aus Muskelgewebe, Nervengewebe, ..)

Gewebe bestehen aus vielen gleichen Zelltypen (z.B. Muskelgewebe aus vielen Muskelzellen)

Zellen sind die kleinsten, lebensfähigen Einheit der Lebewesen z.B: Muskelzellen, …)

Zellorganellen sind membranumschlossene Untereinheiten einer Zelle,

die bestimmte Aufgaben erfüllen. Zellkern (enthält die Chromosomen)

Chloroplasten (Ort der Fotosynthese)

Mitochondrien (Ort der Zellatmung)

Teilchen z.B. DNA-Molekül

Kennzeichen des Lebens

Bewegung Stoffwechsel Aufbau aus Zellen

Wachstum Fortpflanzung Information (Aufnahme, Verarbeitung, Weitergabe)

Zelle

kleinste, lebensfähige Einheit der Lebewesen.

Skelett ( Organismus) ein Kompromiss aus Stützfunktion, Schutz wichtiger Organe und Beweglichkeit:

Schädel und Wirbelsäule

Schultergürtel (Schlüsselbein und Schulterblatt)

Brustkorb (Brustbein und Rippen)

Beckengürtel

Armskelett (Oberarm-, Elle/Speiche, Handwurzel-, Mittelhand-, Fingerknochen)

Beinskelett (Oberschenkel-, Schien-/Wadenbein, Fußwurzel-, Mittelfuß-, Zehenknochen)

Gelenke: bewegliche Verbindungsstellen zwischen Knochen;

Muskeln ( Organ)

bewegen die Knochen. können sich nur zusammenziehen, aber nicht aktiv dehnen

(Gegenspielerprinzip von Beuger und Strecker).

Organisationsebene

Chloroplasten

tierische Zelle

Zellkern mit DNA

Cytoplasma

Zellwand

Vakuole Zellmembran

ion

Informa

pflanzliche Zelle Bakterium

Zellwand

ringförmige DNA

Zellmembran

Submikroskopische Ebene

CO2

Makroskopische Ebene

Mikroskopische Ebene


Offener Blutkreislauf ( Organ)

Das Blut fließt nicht wie beim geschlossenen Blutkreislauf in Gefäßen (Adern) zu den

Organen, sondern umspült diese frei.

Doppelter geschlossener Blutkreislauf ( Organ)

Kennzeichen der 5 Wirbeltierklassen ( Organismus)

Körperbedeckung bzw. -temperatur Fortpflanzung Atmung

Fische Haut mit

Knochenschuppen

wechsel-

warm

Larven mit Dottersack

(Nährstoffspeicher)

Kiemen

Amphibien Haut mit Schleimschicht;

stark durchblutet

wechsel-

warm

meist Eiablage und Larvenentwick-

lung im Wasser; Metamorphose

Kiemen (Larve);

Lunge

Reptilien Haut mit Hornschuppen

oder -platten

wechsel-

warm

nährstoffreiche Eier

meist mit weicher Schale

Lunge

Vögel Federn aus Horn gleich-

warm

nährstoffreiche Eier

mit harter Kalkschale

Lunge

Säugetiere Haare (Fell) aus Horn gleich-

warm

Weibchen mit Milchdrüsen zum

Säugen der Jungen

Lunge

Kennzeichen der Gliederfüßer ( Organismus)

Gliederfüßer Wirbeltiere zum Vergleich

Skelett Außenskelett aus Chitin Innenskelett und Wirbelsäule aus Kalk

Nervensystem Bauchmark Rückenmark

Blutkreislauf offener Blutkreislauf und Röhrenherz geschlossenen Blutkreislauf

Augen meist Facettenaugen Linsenaugen

Körper-

gliederung

Körper aus Segmenten mit

sechs (Insekten), acht (Spinnen)

oder zahlreichen Gliedmaßen (Krebse)

Kopf, Rumpf,

meist vier fünfgliedrige Gliedmaßen

Pflanzenkörper ( Organismus)

Spross Blüte Fortpflanzung

Blätter Ernährung (Fotosynthese)

Stängel / Stamm Transport

Wurzel Aufnahme von Wasser und Mineralsalzen

Speicherung von Nährstoffen

Verankerung im Boden

Kapillaren (Haargefäße):

feinste Blutgefäße zwischen Arterien

und Venen für den Stoffaustausch

Venen:

Blutgefäße, die das Blut zum

Herzen hintransportieren Herz

Arterien (Schlagadern):

Blutgefäße, die das Blut vom

Herzen wegtransportieren

Körperzelle

Lungenbläschen

Körperkreislauf

Lungenkreislauf


Ökologie

Umweltfaktor abiotischer Faktor: z.B. Licht, Temperatur, Wasser, Boden

biotischer Faktor: z.B. Artgenossen, Nahrungspflanze, Feinde, Krankheitserreger,

Parasiten, artfremde Nahrungskonkurrenten

ökologische Potenz (=Toleranzbereich)

Fähigkeit eines Organismus, Schwankungen eines Umweltfaktors bei natürlicher Konkurrenz

zu ertragen

Räuber-Beute-Beziehungen

Konkurrenzausschlussprinzip ( Evolutionstheorie nach Darwin)

Arten, die um die selben Ressourcen konkurrieren, können auf Dauer nicht im gleichen

Lebensraum existieren.

Bioindikatoren (= Zeigerorganismen)

Lebewesen, die bestimmte Umweltbedingungen anzeigen

z.B.: Brennnessel zeigt mineralstoffreiche Böden an

Symbiose

Beziehung zwischen artverschiedenen Lebewesen zum gegenseitigen Nutzen

Parasitismus

Beziehung zwischen artverschiedenen Lebewesen zum Nutzen der einen Art und zu Lasten der

anderen

Population

Beute

Population

Fressfeind

+

-

Ökologie

= Wechselwirkungen der Lebewesen untereinander und zu ihrer Umwelt

Organismus

Population

Ökosystem

Biotop + Biozönose

Ökologie

= Wechselwirkungen der Lebewesen untereinander und zu ihrer Umwelt

Umwelt

Art

ökologische

Nische

Umweltansprüche

Umwelt-

faktoren

Protein-

Molekül (Ausschnitt)

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