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1 Zelle und Stoffwechsel 9NATURA_LB 7/8 BW_049243

[zu SB S. 20 /21]

1 Ermittle mithilfe der Maßstäbe in den Ab‑bildungen 1 und 2 und mit einem Lineal den Vergrößerungsfaktor der Zellen. Um den Vergrößerungsfaktor zu berechnen, muss man die Länge des Maßstab-Balkens messen und mit der angegebenen Größe ins Verhältnis setzen. Dabei müssen die Schüler wissen: 1 mm = 1000 µm. Abb. 1 (Hautzelle): Vergrößerung 1200-fach Abb. 2a (Nervenzelle): Vergrößerung 400-fach Abb. 2b (Muskelzelle): Vergrößerung 60-fach Abb. 2c (Knorpelzelle): Vergrößerung 450-fach

Lösungen

$ 2 Beschreibe Gemeinsamkeiten und Unter‑schiede der Zellen in den Abbildungen 1 und 2. Stelle einen Bezug von Struktur und Funktion her. Gemeinsamkeiten: Bei Haut-, Nerven-, Muskel- und Knorpelzellen ist jeweils ein Zellkern erkennbar, sowie eine Umrandung, die man als Zellmembran bezeichnet. Innerhalb der Zellmembran liegt bei allen das Zellplasma. Unterschiede: Die Hautzellen sind kompakt gebaut, ohne Ausläufer, und liegen lückenlos

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So können Sie mit dem Thema arbeiten

Einstieg/Motivation Leitfragen• Was ist eine Zelle?• Wie sind Zellen aufgebaut?Methodenauswahl• Die Schülerinnen und Schüler betrachten die eigene Haut unter einem Vergrößerungsglas

und beschreiben, was sie sehen (Mögliche Antworten: Linien, Rillen, „Fingerabdruck“). Die Schülerinnen und Schüler sollen Vermutungen äußern, was sie sehen könnten, wenn man ein noch viel stärkeres Vergrößerungsglas oder ein Mikroskop nähme. Die Schülerinnen und Schüler nennen ihr Vorwissen zum Aufbau der Haut. (Mögliche Schüler‑ antworten: Linien und Fingerabdrücke werden größer, schließlich könnte man Zellen sehen.)

• Alternativ oder ergänzend wird eine Folie mit Abbildung 1 aus dem Schülerbuch S. 20 behan‑delt oder die Abbildung der Korkzellen von Robert Hooke (s. Praktische Tipps, Lehrerband, S. 10).

Erarbeitung • Anhand eines Modells einer Zelle (käuflich oder gebastelt) (alternativ Abb. 3 auf S. 21 im Schülerbuch „Bau einer tierischen Zelle“) beschreiben die Schülerinnen und Schüler zunächst mit eigenen Worten den Aufbau einer Zelle und erarbeiten sich die Funktionen der Zellbe‑standteile mithilfe des Textes im Schülerbuch S. 20/21.

Sicherung • Mikroskopisches Bild einer tierischen Zelle (s. Schülerbuch S. 20): Die Schülerinnen und Schü‑ler vergleichen das Bild mit der Schemazeichnung (Abb. 3) im Schülerbuch S. 21.

• Die Schülerinnen und Schüler erstellen (eventuell als Hausaufgabe) aus selbst gewählten Materialien ein Modell einer Zelle (s. Praktische Tipps, Lehrerband S. 10).

• Filmeinsatz: „Die wunderbare Welt der Zellen“ (s. Literatur‑ und Medienhinweise, Lehrerband S. 10).

Vertiefung • Die Schülerinnen und Schüler mikroskopieren Fertigpräparate verschiedener tierischer Zellen oder betrachten Bilder verschiedener Zellen und vergleichen den Aufbau und die Funktion.

• Thematisierung der verschiedenen Ebenen: Zelle — Gewebe — Organe mithilfe des Textes im Schülerbuch S. 21 und anhand des Arbeitsblatts „Von der Zelle zum Organismus“, Lehrerband S. 11 (Hinweis: Sie können diese Gliederung auch bereits im Einstieg thematisieren.)

• Verdeutlichung der Größenverhältnisse auf zellulärer Ebene (s. Zusatzinformation, Lehrer‑band S. 12).

• Bearbeitung der Aufgaben 1 und 2 im Schülerbuch S. 21.

Kompetenzerwerb Kompetenzbereiche: Der Schwerpunkt liegt auf dem Fachwissen. Die Schülerinnen und Schüler lernen den Aufbau von Organismen (Geweben) aus Zellen sowie Bestandteile einer Zelle und die jeweilige Funktion kennen. In der Sicherungsphase kann der Bereich Bewertung im Rahmen einer Modellkritik geübt werden. Die Vertiefungsphase fördert den Kompetenzbereich Erkennt-nisgewinnung, indem die Schülerinnen und Schüler im Hinblick auf das Basiskonzept Struktur und Funktion Gemeinsamkeiten und Unterschiede verschiedener tierischer Zellen erarbeiten.Basiskonzept: Struktur und Funktion

Unser Körper besteht aus Zellen [SB S. 20/21]

1. 1 Ein Blick in die Welt der Zellen

1 Zelle und Stoffwechsel

10 NATURA_LB 7/8 BW_049243 Foto: Ullstein Bild

Film: Nielson, L.: Die wunderbare Welt der Zellen (Planet Schule: Wunderwelt Zellen) dazu: www.planet‑schule.de/wissenspool/der‑kern‑des‑lebens/inhalt/unterricht.html

Literatur- und Medienhinweise

Modell einer ZelleSie finden im Schülerbuch auf Seite 35 Anregun‑gen/mögliche Materialien zum Bau eines Zell‑ modells („Herstellen eines räumlichen Zellmo‑dells"). Hier kann anstelle einer durchsichtigen Plastikschale als „Zellhülle“ beispielsweise auch ein mit Pappmaché beklebter Luftballon verwen‑det werden, der nach dem Trocknen teilweise aufgeschnitten wird. Die Zellmodelle können von den Schülerinnen und Schülern in Form einer kleinen Ausstellung präsentiert werden. Dies spart gegenüber Einzelpräsentationen im Ple‑num Zeit und ermöglicht Diskussionen in Klein‑gruppen beim „Durchwandern“ der Ausstellung. Im Anschluss daran bietet sich eine Modellkritik an. Das biologisch korrekteste Modell oder auch das kreativste Modell könnte prämiert werden.

Historischer Einstieg in das Thema ZellenAls Alternative zu dem auf der vorhergehenden Seite vorgestellten Unterrichtseinstieg bietet sich auch eine historisch orientierte Einführung ins Thema an. Nach einer kurzen Information zu

der Person Robert Hookes und seinen Forschun‑gen zeigen Sie Ihren Schülerinnen und Schülern das mikroskopische Bild eines Korkscheibchens, wie es Robert Hooke sehen und zeichnen konn‑te. Die Schülerinnen und Schüler sollen zunächst beschreiben, was sie erkennen und anschließend Hypothesen aufstellen, worum es sich bei den Strukturen handeln könnte (s. auch Zusatzinfor‑mation und Schülerbuch S. 43).

Praktische Tipps

Die Entdeckung der Zellen• Die Entwicklung des Lichtmikroskops im

17. Jahrhundert ermöglichte die genauere Untersuchung von biologischen Objekten und führte so schließlich zur Erkenntnis, dass organische Gewebe aus vielen Zellen zusam‑mengesetzt sind. Der Begriff „Zelle” geht auf den englischen Gelehrten Robert Hooke (1635 — 1703) zurück, welcher bei der mikro‑skopischen Betrachtung von Korkscheiben feststellte, dass diese aus unzähligen kleinen Einheiten bestehen. Hooke bezeichnete diese Einheiten als „Zellen“. Obwohl es sich bei den von Hooke beschriebenen Zellen lediglich um die Wände der schon abgestorbenen verkork‑ten Zellen (Korkzellen) handelte, setzte sich der Begriff „Zelle“ durch und wurde wenig später auf lebende Zellen übertragen.

• Im 19. Jahrhundert konnten der Zoologe Theo-dor Schwann sowie der Botaniker Matthias Schleiden zeigen, dass alle lebenden Gewebe aus Zellen aufgebaut sind. Es setzte sich die Erkenntnis durch, dass alle Zellen durch Tei‑lung bereits vorhandener Zellen entstehen.

Warum sind Zellen meist mikroskopisch klein?• Mycoplasmen, eine Gruppe von Bakterien,

sind mit einer Größe von 0,1 bis 1 μm im Durch‑messer die bisher kleinsten erforschten Zellen. Zellen können nicht unbegrenzt klein sein, da genug Platz für ausreichend DNA, Enzyme und Zellorganellen sein muss. Andererseits können Zellen auch nicht unbegrenzt groß werden, da sonst das Verhältnis zwischen Oberfläche und Volumen zu ungünstig wird, um noch eine ausreichende Versorgung des Zellinneren durch die Plasmamembran zu ermöglichen: Es müssen Nährstoffe, Abfallstoffe sowie Stoff‑wechselgase durch die Membran hinein und hinaus transportiert werden. Die Menge, der die Membran passierenden Stoffe, ist aber pro Quadratmikrometer und Sekunde begrenzt.

• Die meisten Bakterien weisen einen Durch‑messer von 1 bis 10 μm auf, Eukaryotenzellen einen zwischen 10 und 100 μm. Die menschli‑che Eizelle ist etwa 110 bis 140 μm groß und kann gerade noch mit dem menschlichen Auge erkannt werden (s. auch Lehrerband S. 12).

Zusatzinformation

1 „Korkzellen aus Hookes Werk Micrographia“

aneinander. Diese Struktur ist wichtig, um die Funktion als Abschlussgewebe zu erfüllen: Ab-grenzung des Körpers gegenüber der Umwelt. Die Nervenzelle hat einige Ausläufer in ver-schiedener Richtung. Diese Struktur ist wichtig, um mit vielen anderen Nervenzellen in Kontakt zu sein und in einem Nervennetz Informatio-nen zu verarbeiten. Ergänzender Hinweis: Die vielen schwarzen Punkte sind Zellkerne von Gliazellen, die die Nervenzelle umgeben. Die Muskelzellen der Arterien sind lang ge-

streckt und spindelförmig. Auch die im mikros-kopischen Bild rund erscheinenden Zellen sind länglich, nur eben im Querschnitt fotografiert. Durch ihre Form passen sie im Muskelgewebe gut ineinander. Da sie länglich sind, können sie sich gut zusammenziehen. Die Knorpelzellen liegen meist zu zweit nebeneinander, ansons-ten sind sie in eine Grundsubstanz eingebettet und berühren sich nicht. Diese Grundsubs-tanz ermöglicht die dämpfende Funktion des Knorpels.

11© Ernst Klett Verlag GmbH, Stuttgart 2017 | www.klett.de | Alle Rechte vor-behalten.Von dieser Druckvorlage ist die Vervielfältigung für den eigenen Unterrichtsgebrauch gestattet. Die Kopiergebühren sind abgegolten.

Illustratoren: Wolfgang Herzig, Essen; Stefan Leuchtenberg, Augsburg; Jörg Mair, München; Ingrid Schobel, Hannover;

Von der Zelle zum Organismus

Lebewesen wie das Pantoffeltierchen oder das grüne „Augentier‑chen“ Euglena sind Einzeller. Sie bestehen aus nur einer einzigen Zelle, die Nahrung aufnimmt, sich bewegt, wachsen und sich ver‑mehren kann. Wie du weißt, sind die Menschen, Tiere und Pflanzen dagegen aus vielen verschiedenen Zelltypen aufgebaut, die jeweils eine ganz bestimmte Aufgabe erfüllen. Damit der vielzellige Orga‑nismus als Einheit funktionieren kann, sind seine Zellen auf ver‑schiedenen Organisationsebenen angeordnet: Zellen mit gleicher Funktion sind in vielzelligen Organismen zu einem sogenannten Gewebe verbunden. Verschiedene Gewebe bilden zusammen eine Funktionseinheit, ein Organ, mehrere Organe arbeiten im Organis‑mus zusammen.

1 Unterstreiche die verschiedenen Organisationsebenen eines vielzelligen Organismus im Text und schreibe ihre Bezeich‑nungen geordnet auf die Beschriftungslinien (1 — 4).

2 Notiere jeweils eine kurze Definition der verschiedenen Orga‑nisationsebenen auf den Beschriftungslinien unter 1 — 4.

3 Schneide die Bilder unten aus und klebe sie entsprechend ihrer Organisationsebene rechts an die passende Stelle (1 — 4).

4 Finde für jedes Bild eine Bildbezeichnung. Notiere diese jeweils über die aufgeklebten Bilder.

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Pantoffeltierchen Euglena

049114 Natura, Abb. S162049124_G011_06

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12 NATURA_LB 7/8 BW_049243NATURA_LB 7/8 BW_049243 Illustratorin: Nora Wirth, Frankfurt

ARBEITSBLATT ÜberschriftLösungen 1 text

PraktischeTipps text

ARBEITSBLATT Von der Zelle zum OrganismusLösungen 1 und 3

Zelle, Gewebe, Organ, Organismus

2 Zelle: kleinste lebende Einheit vielzelliger Organismen Gewebe: besteht aus gleichartigen Zellen Organ: besteht aus verschiedenen Geweben Organismus: gesamtes Lebewesen

4 Muskelzelle, Muskelgewebe, Herz, Mensch

Praktische Tipps OrgansystemeDas Thema „Organisationsebenen” wird auf dem Arbeitsblatt „Der Mensch als System“, Lehrerband S. 31, noch einmal aufgegriffen und um die Ebene „Organsysteme” erweitert.

Veranschaulichung der Größenverhältnisse Die Größenverhältnisse auf zellulärer Ebene sind für Schülerinnen und Schüler oft nur schwer vorstellbar. Zur Verdeutlichung können Sie auf dem Boden des Klassenzimmers mit Klebeband ein Quadrat mit einer Seitenlänge von einem Meter mal einem Meter aufkleben. Entsprechend der Abbildung im Schülerbuch auf Seite 30 entspräche dies dann dem Finger. Die Zelle entspräche dann einem Quadratmillimeter, ausgeschnitten aus Millimeterpapier, der neben das Klebebandquadrat gelegt wird.

Zusatzinformation Größenvergleich verschiedener Strukturen

Kompetenzerwerb Kompetenzbereiche „Schwerpunkt Fachwissen“ sowie „Schwerpunkt Erkenntnisgewinnung“: Die Schülerinnen und Schüler lernen die biologischen Organisationsebenen eines Lebewe‑sens kennen. Basiskonzepte: „Struktur und Funktion“ sowie Kompartimentierung“: Die unterschiedlichen biologischen Organisationsebenen erfüllen jeweils bestimmte Funktionen. Der Organismus kann in verschiedene Organisationsebenen (Kompartimente) eingeteilt werden, und er wird erst durch die funktionierende Zusammenarbeit der verschiedenen Ebenen lebensfähig.

10-9

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10-6

10-5

10-4

(1 nm)

(1 µm)

Atome

kleinere Moleküle

Lipide

submikroskopischerBereich

Dur

chm

esse

r in

m

STED-Mikroskop

10-3

(1 mm)

Proteine

Ribosomen

Viren

Mitochondrium

menschliche Nervenzelle

menschliche Eizelle

GrünalgenPflanzenzelle

Euglena

Froschei

Hühnerei

Paramecium

Coli-Bakterium

Hefezelle

Lichtmikroskop

Auge

Elektronenmikroskop



Pflanzliche Zellen [SB S. 22/23]


Einstieg/Motivation Leitfragen• Wie ist eine Pflanzenzelle aufgebaut? • Wie unterscheiden sich Tier‑ und Pflanzenzelle voneinander?Methodenauswahl• Fotos einer Pflanze im Regen, im Sturm, daneben die Abbildung des Blattabschlussgewebes.

Die Schülerinnen und Schüler sollen erklären, inwiefern durch die Struktur des Abschlussge‑webes gewährleistet wird, dass die Blätter zum Beispiel starke wetterbedingte Belastungen aushalten. (Mögliche Schülerantwort: Die Zellen greifen wie ein Puzzle ineinander, ergeben so eine dichte Schicht und halten besonders gut zusammen.)

• Im Anschluss daran sollen die Schülerinnen und Schüler Hypothesen aufstellen, welche strukturellen Voraussetzungen die Zellen eines Abschlussgewebes noch aufweisen müssen, um mechanischen Belastungen standhalten zu können. (Mögliche Schülerantwort: Sie brau‑chen eine stabile Hülle; s. auch Praktische Tipps, Lehrerband S. 14).

Erarbeitung • Die Schülerinnen und Schüler beschreiben mithilfe eines käuflichen Modells eine Pflanzen‑zelle, benennen die wichtigsten Zellbestandteile und beschreiben Unterschiede im Aufbau von Tier‑ und Pflanzenzellen. Alternativ zum Modell: Abbildungen von Tier‑ und Pflanzenzelle (s. Schülerbuch S. 21, 23).

• Bei Verwendung eines dreidimensionalen Modells kann dieses von den Schülerinnen und Schülern als Skizze ins Heft übertragen und anschließend mit Beschriftungen der Zellbe‑standteile versehen werden.

• Bestandteile, die die tierische Zelle nicht hat, können die Schülerinnen und Schüler mithilfe des Schülerbuches S. 22/23 ergänzen, einschließlich der Funktionen der Zellbestandteile (s. auch Aufgabe 1 des Schülerbuchs S. 23).

• Weitere Möglichkeit: Die Schülerinnen und Schüler können Steckbriefe zu den verschiede‑nen Zellbestandteilen erstellen.

• Bearbeitung des Arbeitsblatts „Welcher Zellbestandteil fehlt?“ (s. Lehrerband S. 15).

Sicherung • Präsentation der Steckbriefe und Korrektur der Schülerlösungen zum Arbeitsblatt „Welcher Zellbestandteil fehlt?“ (s. Lehrerband S. 15).

• Bearbeitung des Zusätzlichen Arbeitsblatts „Der Aufbau des Lichtmikroskops“ (s. Daten auf DVD, Lehrerband S. 14).

Vertiefung • Die Schülerinnen und Schüler mikroskopieren Pflanzengewebe, fertigen biologische Zeich‑nungen an und beschreiben die Unterschiede (s. Zusatzinformation, Lehrerband S. 14).

• Die Schülerinnen und Schüler bearbeiten die Aufgabe 2 und 3 im Schülerbuch S. 23.• Recherche‑Auftrag: Die Schülerinnen und Schüler informieren sich über den Aufbau einer

Pilzzelle („echte“ Pilze = Eumycota) und vergleichen diese mit Tier‑ und Pflanzenzelle (s. Zusatzinformation, Lehrerband S. 14).

Kompetenzerwerb Kompetenzbereiche: Der Schwerpunkt liegt auf dem Fachwissen und der Erkenntnisgewin-nung. Die Schülerinnen und Schüler wenden ihr Vorwissen über Zellen an und stellen Hypo‑thesen bezüglich der Struktur einer Zelle (des Abschlussgewebes) auf. Die Schülerinnen und Schüler vergleichen den Aufbau von Tier‑ und Pflanzenzelle. Basiskonzept: Struktur und Funktion

[zu SB S. 22 /23]

1 Vergleiche pflanzliche und tierische Zellen. Erstelle dazu eine tabellarische Übersicht über die Organellen.

Zellorganell Tierzellen Pflanzenzellen

Zellkern ja ja

Zellmembran ja ja

Zellplasma ja ja

Mitochondrien ja ja

Chloroplasten nein ja (in grünen Zellen)

Vakuole nein ja

Zellwand nein ja

Lösungen

0

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Verschiedene Gewebe und PflanzenzelltypenDauergewebe: die Zellen sind ausdifferenziert, oftmals sind die Zellen tot und enthalten Luft oder Wasser.• Grundgewebe (Parenchym): erfüllt vielfältige

Funktionen, da die Zellen wenig spezialisiert sind. Parenchymzellen sind groß und dünn‑wandig; zwischen den Zellen gibt es viele Interzellularräume. Beispiele: Speicherparenchyme speichern organische Reservestoffe; Hydrenchyme spei‑chern Wasser in Pflanzen, die an trockenen Standorten wachsen; Aerenchyme ermögli‑chen bei Pflanzen in sumpfigen Gebieten und Wasserpflanzen den Gasaustausch unterge‑tauchter Pflanzenteile; Chlorenchyme sind chloroplastenreich und auf Fotosynthese spezialisiert.

• Abschlussgewebe: grenzt die Pflanze zur Um‑welt hin ab. Beispiele: primäres Abschlussgewebe (Epi‑dermis) bei krautigen Pflanzen sowie bei krautigen Teilen der Holzpflanzen; sekundäres Abschlussgewebe (Kork) infolge sekundären

Dickenwachstums von Wurzeln oder Sprossen; tertiäres Abschlussgewebe (Borke) bildet sich z. B. an Baumstämmen.

• Festigungsgewebe: enthält abgestorbene Zellen mit verdickten Wänden. Beispiele: Sklerenchym in Teilen von Pflanzen, die ausgewachsen sind, als Fasern in stark beanspruchten Pflanzenteilen, als sogenannte Steinzellen beispielsweise in harten Schalen von Früchten.

• Leitgewebe: dient dem Transport von Flüssig‑keiten und gelösten Stoffen. Beispiele: Phloem mit Siebzellen oder Siebröhrengliedern, Zellen enthalten keinen Zellkern, sind meist kurzlebig. Sie dienen dem Transport von Stoffwechselprodukten; Xylem mit abgestorbenen Zellen, von denen nur die verholzten Zellwände übrig sind, dienen dem Flüssigkeitstransport, Transpirationssog.

Bildungsgewebe (Meristeme): bestehen aus teilungsaktiven Zellen, welche permanent den gesamten Zellzyklus durchlaufen. Die Zellen sind eher klein und besitzen dünne Zellwände.

Zusatzinformation

Spielerische WiederholungFür einen eher spielerischen Stundeneinstieg können Sie Namen verschiedener Zellbestand‑teile (Zellplasma, Chloroplast, Zellkern, Vakuole, Zellmembran) jeweils auf einen Karton schrei‑ ben, diese Kartons laminieren und in einen Schuhkarton („Zelle“) mit Griffloch legen. (Diese „Blackbox‑Zellen“ sollten mehrfach vorhanden sein, damit in angemessenen Gruppengrößen gearbeitet werden kann). Die Schülerinnen und Schüler ziehen ohne hinzusehen eine Karte aus der Box und erklären ihren Gruppenmitgliedern die jeweilige Funktion ihres Zellbestandteils.

Stabilität von Pflanzenzellen und TierzellenDie Hypothesenbildung zum Stundeneinstieg können Sie unterstützen, indem Sie eine mit Wasser gefüllte, verschlossene Plastiktüte und eine ebenfalls wassergefüllte, durchsichtige Kunststoffdose nebeneinander präsentieren. Die Tüte entspricht der Tierzelle, die Kunststoffdose der Pflanzenzelle. Durch das vereinfachte Modell einer Pflanzenzelle können Sie auf das Vorhan‑densein und die Funktion einer festen Zellwand bei Pflanzenzellen hinweisen. Beachten Sie aller‑dings die Grenzen des Modells. Echte Zellwände weisen im Gegensatz zur starren Kunststoffdose eine gewisse Flexibilität auf.

Praktische Tipps

• Zusätzliches ARBEITSBLATT „Der Aufbau des Lichtmikroskops“, Kapitel 1: Die Zelle, 1. 1 Ein Blick in die Welt der Zellen

Daten auf DVD &

2 Ermittle die Länge der pflanzlichen und tierischen Zellen auf den Seiten 20 und 22 mithilfe der abgebildeten Maßstäbe und eines Lineals. Vergleiche. Berechnung: Gemessene Länge in Mikrometer wird geteilt durch den Vergrößerungsfaktor. Je nach der vom Schüler ausgewählten Zelle können die Ergebnisse abweichen: S. 16 Abb. 1 (Hautzelle) ca. 18 µm; Abb. 2a (Ner-venzelle) ca. 45 µm; Abb. 2b (Muskelzelle) bis zu 633 µm; Abb. 2c (Knorpelzelle) ca. 40 µm. S. 18 Abb. 1 (Blattzelle) ca. 240 µm; Abb. 3a (Zwiebelhäutchen) ca. 267µm; Abb. 3b (Blatt-abschlussgewebe) ca. 160 µm. Vergleich: Die Größe menschlicher Zellen liegt in einem ähnlichen Größenbereich mit Ausnahme der Muskelzelle, deren Länge (aufgrund ihrer Funktion sich zusammenzuzie-hen) außergewöhnlich groß ist. Zusatzinfo: Die

$ winzigen, im Bild nicht sichtbaren Ausläufer einer Nervenzelle können viele Zentimeter lang sein. Pflanzenzellen sind meist deutlich größer als tierische und menschliche Zellen.

3 Beschreibe Gemeinsamkeiten und Unter‑schiede der Zellen in Abbildung 1 und 3 und stelle einen Bezug zu deren Funktion her. Abb. 1: Viele grüne, runde Chloroplasten zeigen, dass diese Zellen Fotosynthese betreiben. Abb. 3a und 3b: Die Zellen besitzen keine Chloroplasten. Sie sind lückenlos miteinander verbunden und bilden jeweils als Abgrenzung der Zwiebelschuppe bzw. des Blattes das Abschlussgewebe (Epidermis). Insbesondere beim Blattabschlussgewebe sieht man, dass die Zellen fest ineinander verzahnt sind. Als wellenartige Struktur kann man die aufgela-gerte Kutikula erahnen. Beides verringert die Durchlässigkeit, insbesondere die Verdunstung.

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Illustratoren: Wolfgang Herzig, Essen; Otto Nehren, Achern

Welcher Zellbestandteil fehlt?

Nicht nur in tierischen Zellen, auch in Pflanzenzellen arbeiten verschiedene Zellbestandteile zusammen. So sorgt beispielsweise die Zellwand für die Stabi‑lität der Zelle, in der Vakuole werden Wasser und darin gelöste Stoffe gespeichert, und in den Chloro‑plasten wird Stärke hergestellt. Bei einigen der abgebildeten Pflanzenzellen hat sich ein Fehler eingeschlichen — es fehlt jeweils ein Zellbestandteil. Findest du heraus, welcher?

Spiel-Vorbereitung Klebe das Arbeitsblatt auf Pappe. Die Pflanzenzellen schneidest du aus, ebenso die kleinen Zell‑Chips.

Spielbeschreibung Ihr spielt in Gruppen von 2 Personen. Die ausge‑schnittenen Pflanzenzellen werden gemischt und verdeckt auf einen Stapel gelegt. Anschließend wird reihum eine Pflanzenzelle gezogen, die offen in die Mitte gelegt wird. Wer am schnellsten den feh‑lenden Zellbestandteil erkennt und nennt, bekommt einen Zell‑Chip. Variation: Um einen Zell‑Chip zu bekommen, musst du nicht nur den Zellbestandteil, sondern auch seine Funktion richtig benennen. Sieger ist, wer die meis‑ ten Zell‑Chips erspielt hat.

16 NATURA_LB 7/8 BW_049243 Illustrator: Stefan Leuchtenberg, Augsburg


ARBEITSBLATT ÜberschriftLösungen 1 text

PraktischeTipps text

H ARBEITSBLATT Welcher Zellbestandteil fehlt?Lösungen Obere Reihe von links nach rechts:

vollständige Zelle — ohne Zellkern — ohne Zellplasma untere Reihe: ohne Membran — ohne Vakuole — ohne Zellwand — ohne Chloroplasten

Praktische Tipps Spiel im PlenumSie können die auf dem Arbeitsblatt abgebildeten Pflanzenzellen auch vergrößern, sodass sie an der Tafel gut erkennbar sind und das Spiel im Plenum spielen.

Zusatzinformation Chloroplasten verschiedener Pflanzenarten (einige Beispiele)

ProtoplasmabewegungMithilfe des Protoplasmas hält die Zelle ihren Stoffwechsel aufrecht. Dazu müssen die im Protoplasma enthaltenen Stoffwechselprodukte transportiert werden. Dies geschieht durch Fibrillen, die sich ähnlich wie Muskelfibrillen verkürzen können. Die dadurch hervorgerufene Plasmabewegung kann in einer Minute einen halben Millimeter betragen. So legt ein Chloro‑plast zusammen mit dem Protoplasma in einer Stunde das 6000‑fache seiner Länge zurück.

Kompetenzerwerb Kompetenzbereiche „Schwerpunkt Fachwissen” sowie „Schwerpunkt Kommunikation”: Die Schülerinnen und Schüler festigen spielerisch ihr Wissen über den Aufbau und die Bestand‑teile von Zellen.Basiskonzept „Struktur und Funktion": Die unterschiedlichen Zellbestandteile erfüllen unter‑schiedliche Aufgaben entsprechend ihres Aufbaus.

030106 Arbeitsblätter Zellbiologie, Abb. S162030106_G024_01030106 Arbeitsblätter Zellbiologie, Abb. S162030106_G024_02Rotalge Grünalge030106 Arbeitsblätter Zellbiologie, Abb. S162030106_G024_03

030106 Arbeitsblätter Zellbiologie, Abb. S162030106_G024_04030106 Arbeitsblätter Zellbiologie, Abb. S162030106_G024_05

Schraubenalge

Chlorella Moosblättchen

030106 Arbeitsblätter Zellbiologie, Abb. S162030106_G028_02030106 Arbeitsblätter Zellbiologie, Abb. S162030106_G028_03

Amöboide Bewegung Zirkulation Rotation030106 Arbeitsblätter Zellbiologie, Abb. S162030106_G028_01

Chloroplast



Methode: Umgang mit dem Mikroskop [SB S. 24]

Methode: Zeichnen [SB S. 26]

[zu SB S. 25]

1 Vergleiche Abbildung 3 mit dem mikroskopi‑schen Bild (s. Seite 22, Abb. 3a). Beschreibe, welche Fehler gemacht wurden. Die Zeichnerin hat nicht das Gesehene gezeich-net, sondern folgende Fehler wurden gemacht: 2a: kein Zellkern, keine Vakuole eingezeich-net. Die obere und untere Zellreihe sind nicht versetzt zur mittleren Zellreihe angeordnet. Sie haben anstelle der Spitzen Einbuchtungen. 2b: kein Zellkern, keine Vakuole eingezeichnet. Die Zellen sind rechteckig, alle gleich lang, nicht versetzt angeordnet. 2c: Die Zellreihen sind nicht versetzt zueinan-der gezeichnet. Es stoßen an mehreren Ecken vier Zellen aufeinander.

Lösungen

$ 2 Betrachte ein Kopfhaar von dir und deinem Nachbarn unter dem Mikroskop. Wende dazu die Tipps von Seite 24 an. individuelle Lösung

3 Mikroskopiere ein Fertigpräparat, z. B. einen Blutausstrich. Fertige eine Zeichnung an. individuelle Lösung

4 Stelle selbst ein Präparat (s. Seite 26), z. B. einen Stängelquerschnitt einer beliebigen Pflanze. Fertige eine Übersichgtszeichnung an und ergänze durch Strukturen, die bei starker Vergrößerung sichtbar werden. individuelle Lösung

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Einstieg/Motivation Leitfragen• Wie ist ein Lichtmikroskop aufgebaut?• Wie gehe ich beim Mikroskopieren von Zellen vor?• Wie fertigt man eine mikroskopische Zeichnung an?Methodenauswahl• Präsentation eines Lichtmikroskops: Die Schülerinnen und Schüler sollen die Vorgehensweise

nennen, die beim Mikroskopieren wichtig ist. Sammeln von Vorwissen über die korrekte Hand‑habung von Mikroskopen.

• Präsentation einer Abbildung eines mikroskopierten Präparats, z. B. Schuppenblätter einer Kü‑chenzwiebel (s. Literatur‑ und Medienhinweise, Lehrerband S. 18). Die Schülerinnen und Schüler sollen wichtige Punkte beim Zeichnen von mikroskopischen Präparaten nennen.

Erarbeitung • Die Schülerinnen und Schüler lesen die Methoden‑Seite „Umgang mit dem Mikroskop“ im Schülerbuch S. 24.

• Die Schülerinnen und Schüler erarbeiten den Bau und die Funktion des Mikroskops mithilfe des Arbeitsblatts „Bestandteile des Lichtmikroskops und ihre Funktion (s. Lehrerband S. 19).

• Die Schülerinnen und Schüler machen erste Übungen mit dem Lichtmikroskop (s. Praktische Tipps, Lehrerband S. 18), bevor sie Präparat auf S. 25 im Schülerbuch mikroskopieren.

• Die Schülerinnen und Schüler erarbeiten die Regeln für eine mikroskopische Zeichnung mithilfe des Schülerbuchs S. 25.

• Die Schülerinnen und Schüler bearbeiten die Aufgaben 1 bis 4 im Schülerbuch S. 25.

Sicherung • Die Schülerinnen und Schüler nennen Bestandteile und ihre Funktion an einem echten Lichtmikro‑skop.

• Besprechung der Lösung von Aufgabe 1 im Schülerbuch S. 25.• Vergleich der Zeichnungen der Schülerinnen und Schüler mit Bildern der Präparate, die bei den

Aufgaben 2 bis 4 mit einem Fotoapparat (durch die Lehrkraft oder die Schülerinnen und Schüler) aufgenommen wurden.

Vertiefung • Die Schülerinnen und Schüler machen einen Mikroskop‑Führerschein (s. Zusätzliches Arbeits‑blatt „Der Mikroskop‑Führerschein“, Daten auf DVD, Lehrerband S. 18). Der Mikroskop‑Führer‑schein kann in einen theoretischen und einem praktischen Teil unterteilt werden (s. Praktische Tipps, Lehrerband S. 20).

• Bearbeitung des Zusätzlichen Arbeitsblatts „Der Aufbau des Lichtmikroskops“ (s. Daten auf DVD, Lehrerband S. 18).

• Besprechung, wie man die Gesamtvergrößerung einer Kombination aus Okular‑ und Objektiv‑vergrößerung berechnet (s. Zusatzinformation, Lehrerband S. 20).

• Die Schülerinnen und Schüler führen eine Internetrecherche zur Geschichte des Lichtmik‑roskops durch und erstellen Plakate, die dann z. B. in einem Galerierundgang präsentiert werden (s. Zusatzinformationen, Lehrerband S. 18).

18 NATURA_LB 7/8 BW_049243

http://www.lichtmikroskop.net/aufbau‑bestandteile/http://www.mikroskopieren.de/artikel/mikroskopteile.htm


Umgang mit dem LichtmikroskopDie Schülerinnen und Schüler erklären sich gegenseitig an einem echten Lichtmikroskop die Bestandteile und ihre Funktionen, nachdem sie sich die Bestandteile des Lichtmikroskops und ihre jeweiligen Funktionen theoretisch erarbei‑tet haben. Die Schülerinnen und Schüler können sich dabei gegenseitig mithilfe der Abbildung im Schulbuch S. 24 kontrollieren. Lassen Sie auch eine Schülerin bzw. einen Schüler den richtigen Transport eines Lichtmikroskops demonstrieren, um das Herunterfallen der Mikroskope bzw. der Okulare zu verhindern.

Erste Übungen mit dem MikroskopLassen Sie die Schülerinnen und Schüler zu‑nächst einen Zeitungsschnipsel mikroskopieren,

damit sie die Vorgehensweise beim Mikroskopie‑ren üben können, ohne sich auf die Anfertigung eines Präparats zu konzentrieren. Alternativ können die Schülerinnen und Schüler auch einen Filzstiftpunkt auf einem Objektträger mikrosko‑pieren.

Hilfen beim MikroskopierenFertigen Sie Hilfekärtchen zu den verschiedenen Problemen beim Mikroskopieren an (z.B. Objekt zu dunkel bzw. zu hell). Legen Sie die Kärtchen auf dem Lehrerpult aus. Auf der Rückseite soll‑ten Sie die Lösungen für das jeweilige Problem notieren. So können die Schülerinnen und Schü‑ler während des Mikroskopierens selbstständig nach einer Lösung für ihr Problem suchen, bevor sie die Lehrkraft fragen.

Praktische Tipps

Die Geschichte des LichtmikroskopsDas erste Lichtmikroskop wurde zu Beginn des 17. Jahrhunderts vom holländischen Händler Zacharias Jansen (um 1588 — um 1631) gebaut. Das Mikroskop besaß zwei Linsen, die am vor‑deren und hinteren Ende einer Röhre befestigt waren. Im Gegensatz zu einer Lupe war dies das erste Lichtmikroskop mit einem zusammen‑gesetzten optischen System. Es vergrößerte Objekte bis zum 50‑fachen. Die Linsen wiesen jedoch zu dieser Zeit meist Mängel auf: Häufig waren sie nicht gleichmäßig geschliffen, besa‑ßen Einschlüsse oder hatten eine ungünstige Krümmung, sodass die Mikroskope schlechte Ergebnisse lieferten. Starke Vergrößerungen wa‑ren nicht möglich, da sich die Abbildungsfehler durch die zwei Linsen vervielfachten.

Fünfzig Jahre später gelang es dem Niederländer Antoni Van Leeuwenhoek (1632 — 1723) Mikros‑kope zu bauen, die wesentlich bessere Ergeb‑nisse lieferten. Er verwendete nur eine einzige, winzige Linse, die dafür von besserer Qualität

war. Die Linse wurde zwischen zwei Messing‑platten befestigt. Die Objekte wurden mit einer Halterung vor die Linse geklemmt. Leeuwenhoeks Mikroskop glich einer Platte, die man dicht vor das Auge halten musste. Mit diesem sogenann‑ten Lupenmikroskop konnten Vergrößerungen bis zum 270‑fachen erreicht werden, was die Leistung der zusammengesetzten, mehrlinsigen Lichtmikroskope bei Weitem übertraf.

In den nächsten 200 Jahren veränderten sich die Mikroskope nicht wesentlich. Erst im 19. Jahrhun‑dert begann der deutsche Ingenieur Carl Zeiss (1846 — 1945) damit, die Linsen zu verbessern, die er in dann in die von ihm konstruierten Mikros‑kope einsetzte. Zeiss stellte später den Glasspe‑zialisten Otto Schott (1851 — 1935) ein, der einen großen Beitrag zur Verbesserung der optischen Qualität der Mikroskop‑Linsen leistete. Mit dem technologischen Fortschritt und der verbesser‑ten mehrlinsigen Optik entstanden schließlich Mikroskope, wie wir es heute kennen.

Zusatzinformation

• Zusätzliches ARBEITSBLATT „Der Mikroskop‑Führerschein“, Kapitel 1: Zelle und Stoffwechsel, 1. 1 Ein Blick in die Welt der Zellen

Daten auf DVD &


Illustrator: Jürgen Wirth, Dreieich

Bestandteile des Lichtmikroskops und ihre Funktion

Der Bau eines Lichtmikroskops ist sehr komplex. Bevor man das Mikroskop zum ersten Mal bedient, sollte man sich intensiv mit den Bestandteilen des Lichtmikroskops und deren Funktion vertraut machen.

1 Ordne den jeweiligen Funktionen den Namen der zugehörigen Bestandteile eines Lichtmikroskops zu, indem du die Lücken im Text ausfüllst. Verwende die folgenden Begriffe: die Blende, der Feintrieb, der Fuß, der Grobtrieb, der Kondensor, die Lichtquelle, das Objektiv, der Objektivrevolver, der Objekttisch, das Okular, das Stativ, der Tubus.

2 Schneide die Kärtchen mit den Bestandteilen des Lichtmikro‑skops und ihrer Funktion aus und klebe sie mit einem Klebe‑streifen an die entsprechende Stelle eines Lichtmikroskops, ohne es dabei zu beschädigen.

0

0

Am Kondensor befindet sich

_______________________ .

Damit kann man die optimale Belichtung zur Betrachtung des Objekts einzustellen. Durch Öffnen und Schließen wird die Lichtmenge verändert. Als Folge wird die Betrachtung des Objekts optimiert.

Am oberen Ende des Mikroskops sitzt

_______________________ .

Dieser Bestandteil ist ein leeres Rohr (lat. tubus = Röhre), das das Okular aufnimmt.

Der _______________________ des Lichtmikroskops dient sei‑nem sicheren Stand.

Unter dem Kondensor sitzt _____________________ , deren

Helligkeit sich über einen Beleuch‑tungsregler einstellen lässt.

Am Einstellrad befindet sich neben dem Grobtrieb auch ____________________ . Dieser Bestandteil dient dazu, den Objekttisch etwas nach oben oder unten zu bewegen. Dabei bewegt sich der Objekttisch nur um wenige Millime‑ter. Durch das Einstellen des optimalen Abstands zwischen Objekt und Objektiv erhält man ein scharfes Bild.

Die __________________________ befindet sich oben im Tubus. Dieser Bestandteil ist beim Mikrosko‑pieren dem Auge am nächsten (lat. oculus = Auge). Er enthält Linsen, mit denen man das Bild vom Objektiv vergrößert ansehen kann. Er kann ausgetauscht werden, denn es gibt ihn — genau wie die Objektive — mit verschiedenen Vergrößerungsfaktoren.

Am Einstellrad befindet sich neben dem Feintrieb auch ____________________ . Dieser Bestandteil dient dazu, den Objekttisch mehrere Zentimeter nach oben oder unten zu bewegen. Durch das Einstellen des optimalen Abstands zwi‑schen Objekt und Objektiv erhält man ein scharfes Bild.

Das ____________________ ist eine sehr starke Lupe mit winzigen Linsen. Im Licht‑ mikroskop befinden sich mehrere davon mit verschiedenen Vergrößerungsfaktoren.

Der ________________________ befindet sich unterhalb des Objektivs und oberhalb der Lampe. Auf diesem Bestandteil des Lichtmikroskops wird der Objektträger, eine kleine Glasplatte, mit Stahlfedern festgeklemmt.

Der ________________________ dient dazu, die verschiedenen Objektive auszuwählen. Man kann das gewünschte Objektiv durch Drehen und Einrasten wählen.

Unter dem Objekttisch befindet sich _______________________ . Durch diese Lupe wird das Licht der Lampe zu einem Lichtkegel gebündelt. Dadurch gelangt mehr Licht der Lampe auf das Objekt.

Der ___________________________ dient als Halterung für Tubus, Objekt‑tisch und Objektivrevolver. Zum Tragen fasst man das Mikroskop hier an.

20 NATURA_LB 7/8 BW_049243 Illustratoren: Jürgen Wirth, Dreieich; Wolfgang Herzig Essen


ARBEITSBLATT Bestandteile des Lichtmikroskops und ihre FunktionLösungen 1 Die korrekte Reihenfolge lautet:

die Blende, der Tubus, die Lichtquelle, der Fuß, der Feintrieb, das Okular, der Grobtrieb, das Objektiv, der Objekttisch, der Objektivrevolver, der Kondensor, das Stativ.

2 siehe Abbildung

Praktische Tipps Der Mikroskop-Führerschein• Lassen Sie Ihre Schülerinnen und Schüler einen sogenannten „Mikroskop‑Führerschein”

erwerben. Dies kann in Partnerarbeit geschehen. Der eine Partner ist der Prüfling, der andere der Prüfer. Die Prüfung kann in einen theoretischen und einen praktischen Teil ge‑gliedert werden. Beim theoretischen Teil können die Schülerinnen und Schüler beispiels‑weise an einem Lichtmikroskop die Bestandteile und je nach Gestaltung der Prüfung auch ihre Funktion benennen. Auch zusätzliche Fragen sind denkbar (s. Zusätzliches Arbeitsblatt „Der Mikroskop‑Führerschein“, s. Daten auf DVD, Lehrerband S. 18).

• Der praktische Teil kann so gestaltet sein, dass die Schülerinnen und Schüler die Arbeits‑schritte beim Mikroskopieren demonstrieren (s. Schülerbuch S. 24).

Modell einer ZelleSie finden im Schülerbuch auf Seite 27 Anregungen und mögliche Materialien zum Bau eines Zellmodells („Räumliches Zellmodell”). Hier kann anstelle einer durchsichtigen Plastikschale als „Zellhülle“ beispielsweise auch ein mit Pappmaché beklebter Luftballon verwendet wer‑den, der nach dem Trocknen teilweise aufgeschnitten wird. Die Zellmodelle können von den Schülerinnen und Schülern in Form einer kleinen Ausstellung präsentiert werden. Dies spart gegenüber Einzelpräsentationen Zeit und ermöglicht Diskussionen in Kleingruppen beim „Durchwandern“ der Ausstellung. Im Anschluss daran bietet sich eine Modellkritik an.

Zusatzinformation VergrößerungenObjektive und Okulare gibt es mit verschiedenen Vergrößerungsfaktoren. Durch Multiplikation der beiden Vergrößerungsfaktoren von Okular und Objektiv ergibt sich die Gesamtvergröße‑rung der mikroskopischen Abbildung.

Objektive und Okulare mit ihrer jeweiligen Vergrößerung:

Objektiv Okular

10‑fach x 15‑fach = 150‑fach




Objektiv

Grobtrieb

Fein-trieb

Objektträger

Kondensormit Blende

Objekttisch

Okular Tubus

Fuß

Stativ

Lichtquelle

Beleuchtungsregler

Objekt-revolver

= Gesamtvergrößerungx



Praktikum: Mikroskopieren von Zellen [SB S. 26/27]

[zu SB S. 26 /27]

1 Mikroskopiere das Präparat bei stärkster Vergrößerung. Fertige eine große Zeichnung von drei sich berührenden Zellen an und beschrifte sie. Zeichnung individuell vom Objekt abhängig (Wasserspetst vgl. S. 24, Abb. 1) In beiden Fällen sieht man deutlich die umgrenzende Zellwand, Chloroplasten im Zellplasma und den Zellkern.

2 Mikroskopiere das Zwiebelhäutchen. Erstelle eine Übersichtszeichnung des Gewebes und eine detaillierte Zeichnung von drei benach‑barten Zellen. Achte dabei auf die Zeichenre‑geln von Seite 25. siehe Abbildung oben im Schülerbuch Seite 25.

3 Fertige ein Präparat der roten äußeren Epidermis einer Zwiebelschuppe an (Abb. 2c). Der rote Farbstoff ist in den Vakuolen gespei‑chert. Fertige eine Zeichnung an und verglei‑che die Sichtbarkeit von Vakuole, Zellplasma und Zellkern mit dem Präparat aus Aufgabe 2. Bei den roten Epidermiszellen sieht man, dass die rote Vakuole den Zellraum weitgehend ausfüllt. Das durchsichtige Zellplasma ist nur selten bzw. nur als dünne Schicht zwischen Va-kuole und Zellwand zu sehen. Der Zellkern ist seltener sichtbar, wenn er vom roten Farbstoff verdeckt wird.

4 Mikroskopiere das Präparat mit und ohne Färbung. Vergleiche. Die Zellen und ihre Strukturen sind im ange-färbten Präparat deutlicher zu erkennen: Der Zellkern ist dunkelblau gefärbt, das Plasma hellblau. Das Ergebnis ist ähnlich dem Mikro-

Lösungen

foto der mit einem anderen Arbstoff an gefärb-ten Mundschleimhautzellen im Schülerbuch, Seite 29, Abb. 1. Bei zu hoher Farbstoffkonzen-tration kann es vorkommen, dass der blaue Farbstoff Zellen überdeckt. Als Abhilfe kann man ggfs. klares Wasser mit Haushaltspapier unter dem Deckglas durchziehen.

5 Zeichne eine Zelle. Beschrifte die Bestand‑teile. Individuelle Lösung. Beschriftet: Zellkern, Zellplasma, Zellmembran (an der Grenze des angefärbten Plasmas).

6 Vergleiche deine Zeichnung mit dem Bau einer tieren Zelle (Abb. 3, Seite 21). Individuelle Lösung.

7 Das Mikroskop kann immer nur auf eine hauchdünne Ebene scharf gestellt werden. Man spricht auch von einem optischen Schnitt. Der Rest der Zelle bleibt unscharf. Lege meh‑rere optische Schnitte gedanklich durch das Zellmodell und skizziere das Ergebnis. Schätze die Anzahl solcher einzelnen Schnitte ab, die notwendig sind, um ein zutreffendes Bild von der räumlichen Beschaffenheit des Modells zu bekommen. Meist genügen vier bis fünf Schnitte, um z. B. zu erkennen, dass sich der Zellkern und die Chloroplasten in einer Pflanzenzelle im rand-ständigen Zellplasma befinden. Bei Tierzellen reichen evtl. drei Schnittebenen aus, um die Verteilung und Anordnung der erkennbaren Organellen richtig zu erkennen.


Einstieg/Motivation Leitfrage• Wie sehen pflanzliche und tierische Zellen unter dem Mikroskop aus?MethodenauswahlAnschauungsobjekte: z. B. Moospflänzchen, Wasserpest (s. Schülerbuch S. 26).Die Schülerinnen und Schüler sollen die Vorgehensweise nennen, die beim Herstellen von Präparaten wichtig ist. Sammeln von Vorwissen über die korrekte Herstellung von Präparaten.

Erarbeitung • Die Schülerinnen und Schüler sollen arbeitsteilig zunächst grüne pflanzliche Zellen und nichtgrüne pflanzliche Zellen mikroskopieren (s. Schülerbuch S. 26).

• Mikroskopie von Mundschleimhaut‑ oder Leberzellen (s. Praktikum Schülerbuch S. 26/27 sowie Praktische Tipps, Lehrerband S. 22).

• Anfertigen und Beschriften von biologischen Zeichnungen der Präparate (s. auch Aufgaben 2 bis 6 im Schülerbuch S. 26/27).

Sicherung Vergleich der Beschriftung der mikroskopischen Zeichnungen.

Vertiefung • Bau eines Zellmodells nach Schülerbuch S. 27 (s. auch Praktische Tipps, Lehrerband S. 10).• Bearbeitung der Aufgabe 7 im Schülerbuch S. 27.• Bearbeitung des Arbeitsblatts „Das Pantoffeltierchen“ (s. Lehrerband S. 23).• Mikroskopie eines Heuaufgusses, Bestimmung der zu beobachtenden Einzeller mithilfe von

Bestimmungsbüchern (s. zusätzliche Arbeitsblätter „Leben im Wassertropfen”, „Heuaufguss — gesucht wird …”, Daten auf DVD, Lehrerband S. 22).

22 NATURA_LB 7/8 BW_049243 Fotos: Klett‑Archiv (Aribert Jung), Stuttgart; Okapia (Herve Conge/ISM), Frankfurt; Corbis (Dr. Robert Calentine/Visuals Unlimited), Berlin; Corbis (Dr. Gladden Willis/Visuals Unlimited), Berlin

Weitere Präparate• Leberzellen:

Als Alternative zu Mundschleimhautzellen kön‑nen Sie auch Leberzellen mikroskopieren lassen. Sie benötigen dazu eine frische Schweineleber vom Schlachter, allerdings werden nur winzige Stücke benötigt. Zur Herstellung des Präparats wird ein stecknadelkopfgroßes Stück Leber auf einen Objektträger gelegt und mit Deck‑gläschen vorsichtig gequetscht. Ein Anfärben mit Methylenblau ermöglicht kontrastreichere Bilder, ist aber nicht unbedingt nötig. Die Vor‑gehensweise zum Anfärben wird am Beispiel der Mundschleimhautzellen im Schülerbuch S. 27 beschrieben.

• Blut: Auf der Web‑Seite des Deutschen Roten Kreu‑zes (s. Literatur‑ und Medienhinweise) finden Sie Anregungen und Materialien zu Schüler‑

versuchen rund um das Thema Blut, darunter auch eine Anleitung zur Mikroskopie von Blut. Die Mikroskopie von Eigenblut (bzw. Schüler‑blut) im Unterricht ist nicht zulässig, da nicht ausgeschlossen werden kann, dass Schülerin‑nen und Schüler mit dem Blut ihrer Klassen‑kameraden in Berührung kommen. Es besteht unter anderem die Gefahr einer Übertragung von Hepatitis B, C oder HIV. Informationen zu den Sicherheitsbestimmungen finden Sie beispielsweise in der „Richtlinie zur Sicherheit im Unterricht“ der Kultusministerkonferenz (s. Literatur‑ und Medienhinweise). Tierisches Blut darf im Unterricht verwen‑det werden, sofern es von gesunden Tieren stammt. Sie können dies vom Metzger oder Schlachthof beziehen. Ansonsten bietet es sich an, entsprechende Fertigpräparate zu verwenden.

Praktische Tipps

Mikroskopische DimensionenZusatzinformation

www.drk‑blutspende.de/spenderservices/schuelerversuche.phpwww.kmk.org/fileadmin/veroeffentlichungen_beschluesse/1994/1994_09_Sicherheit‑im‑Unterricht.pdfwww.seminare‑bw.de/site/pbs‑bw/get/documents/KULTUS.Dachmandant/KULTUS/Seminare/semi‑nar‑reutlingen‑rs/pdf/nwa‑tag‑2008‑leben‑im‑heuaufguss.pdf (Stand 07.12.2013)www.sichere‑schule.de

• Zusätzliches ARBEITSBLATT „Leben im Wassertropfen“, Kapitel 1: Zelle und Stoffwechsel, 1. 1 Ein Blick in die Welt der Zellen

• Zusätzliches ARBEITSBLATT „Heuaufguss — gesucht wird …“, Kapitel 1: Zelle und Stoffwechsel, 1. 1 Ein Blick in die Welt der Zellen


Daten auf DVD &

Moosblättchenzellen Wasserpest Mundschleimhautzellen Leberzellen


Illustrator: Otto Nehren, Achern Foto: Okapia (Roland Birke), Frankfurt

Das Pantoffeltierchen

Neben den vielzelligen Lebewesen wie Menschen, Tieren oder Pflanzen gibt es Lebewesen, die nur aus einer einzigen Zelle bestehen. Ein solches Lebewe‑sen ist das Pantoffeltierchen, das mit einer Länge von 0,1 bis 0,3 mm recht groß für einen Einzeller ist. Pantoffeltierchen leben im Süßwasser, also in Flüssen, Seen, Teichen, Tümpeln und sogar in Was‑serpfützen. Mithilfe seiner Wimpern bewegt es sich im Wasser fort. Durch die Anordnung und Bewegung der Wimpern dreht sich das Pantoffeltierchen dabei um seine eigene Achse, sodass es sich regelrecht im Wasser „vorwärtsschraubt“. Auf bestimmte Stoffe (chemische Reize) und unterschiedliche Tempera‑turen reagieren diese Einzeller. Stoßen sie auf ein Hindernis, ändern sie die Richtung. Pantoffeltierchen besitzen einen großen und einen kleinen Zellkern. Die Vakuolen befördern durch pulsierende Bewe‑gungen überschüssiges Wasser aus dem Zellinneren nach außen.

1 Mikroskopisches Bild eines Pantoffeltierchens 2 Schema eines Pantoffeltierchens mit Weg eines Verdauungspartikels

Als Nahrung dienen vorwiegend Bakterien, die mithilfe von Wimpern am Zellmund in die Einzeller eingestrudelt werden. Die Nahrung wird in kleine Bläschen eingeschlossen. Diese Nahrungsbläschen wandern durch das Zellplasma, dabei wird die Nah‑rung verdaut. Die Nährstoffe werden dann aus den Bläschen in das Zellplasma abgegeben. Nahrungs‑reste werden über den Zellafter ausgeschieden. Pantoffeltierchen vermehren sich durch Querteilung, sodass der Zellmund auf die Tochterzellen verteilt wird.

1 Beschrifte das Pantoffeltierchen mithilfe der folgenden Begriffe: großer und kleiner Zellkern; Nahrungsbläschen; pulsierende Vakuole; Zellmund; Wimpern; Zellmembran; Zellplasma; Bereich des Zellafters.

2 Vergleiche stichwortartig den Aufbau des Pantoffeltierchens mit der Grundstruktur einer tierischen Zelle und einer pflanzlichen Zelle. Nenne Gemeinsamkeiten und Unterschiede.

3 Obwohl es nur aus einer Zelle besteht, ist das Pantoffeltierchen ein komplettes Lebewesen. Beschreibe in deinem Heft am Beispiel des Pantoffeltierchens die Kennzeichen der Lebewesen.

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NATURA_LB 7/8 BW_04924324


ARBEITSBLATT Das PantoffeltierchenLösungen 1 Von oben nach unten

Wimpern, Zellmembran, Zellplasma, Nahrungsbläschen, großer Zellkern, kleiner Zellkern, Zellmund, pulsierende Vakuole, Bereich des Zellafters.

2 Gemeinsamkeiten: Zellkern, Zellplasma, Zellmembran, bei Pflanzenzelle: Vakuole Unterschiede: ein kleiner und ein großer Zellkern; Vakuole pulsiert im Gegensatz zur Vakuole der Pflanzenzelle, Wimpern, Zellmund‑ und Zellafter, keine Chloroplasten und keine Zellwand wie bei einer Pflanzenzelle.

3 Pantoffeltierchen bewegen sich selbstständig mithilfe ihrer Wimpern fort (Kennzeichen: Bewegung). Sie nehmen Nahrung über den Zellmund auf und scheiden Abfallstoffe durch den Zellafter aus. Die Nahrung wird für den Baustoffwechsel und zur Energiegewinnung benötigt (Kennzeichen: Stoffwechsel). Pantoffeltierchen vermehren sich durch Zellteilung (Kennzeichen: Fortpflanzung / Vermehrung) und wachsen anschließend wieder zu ihrer Ausgangsgröße heran (Kennzeichen: Wachstum). Sie reagieren auf äußere Reize, wie z. B. Berührungsreize (Kennzeichen: Reizbarkeit). Pantoffeltierchen bestehen aus einer Zelle (Kennzeichen: Lebewesen sind aus Zellen aufgebaut).

Praktische Tipps Weitere Beispiele zum Thema „Einzeller“Als weiteres Beispiel zum Thema Einzeller eignet sich Euglena, das grüne „Augentierchen“ (Abbildung s. Lehrerband S. 11). Euglena weist einige Ähnlichkeiten mit Pflanzenzellen auf: Der Einzeller besitzt, wenn er unter Lichteinfluss lebt, Chloroplasten, wodurch er Fotosyn‑these betreiben kann. Ein Fotorezeptor ermöglicht ihm die Wahrnehmung von Licht, sodass Euglena durch eine Bewegung zur Lichtquelle hin die Fotosyntheserate steigern kann. Der Einzeller besitzt zwar keine echte Zellwand, allerdings befinden sich unter seiner Zellmem‑bran Proteinplatten, die eine sogenannte „Pellicula“ bilden. Euglena findet sich wie das Pantoffeltierchen in Tümpeln, Teichen und Pfützen. Alternativ kann auch ein Heuaufguss angesetzt werden. Informationen hierzu finden Sie beispielsweise auf dem zusätzlichen Arbeitsblatt „Leben im Wassertropfen“, s. Daten auf DVD, Lehrerband S. 22 und unter: http://www.seminare‑bw.de/site/pbs‑bw/get/documents/KULTUS.Dachmandant/KULTUS/Seminare/seminar‑reutlingen‑rs/pdf/nwa‑tag‑2008‑leben‑im‑heuaufguss.pdf (Stand 07. 12. 2013)

Zusatzaufgabe Vergleiche das Pantoffeltierchen als Einzeller mit dem Vielzeller Mensch im Hinblick auf die Kennzeichen der Lebewesen. Lege dazu eine Tabelle an.

Kennzeichen der Lebewesen

Pantoffeltierchen (Einzeller) Mensch (Vielzeller)

Fortpflanzung / Vermehrung

durch Zellteilung (ungeschlechtlich)

geschlechtliche Fortpflanzung

Bewegung mithilfe von Wimpern aufrechter Gang auf zwei Beinen, Bewegung durch Zusammenspiel von Skelett und Muskulatur

Reizbarkeit reagiert auf Berührung, bestimmte Stoffe und Temperatur

Aufnahme von Reizen mithilfe der Sinne (Sehsinn, Hörsinn, Geruchssinn, Geschmackssinn, Tastsinn), Verarbeitung der Reize über das Nervensystem

Stoffwechsel Nahrungsaufnahme über den Zellmund, Verdauung in Nahrungsbläschen, Ausschei‑dung über Zellafter

Nahrungsaufnahme über Mund und Verdauungs‑ system, Ausscheidung über den After

Wachstum / Entwicklung

wächst nach der Teilung auf die Ausgangsgröße heran

entwickelt sich und wächst von der befruchteten Eizelle zum Erwachsenen heran




Einstieg/Motivation Leitfrage Was geschieht (auf Zellebene), wenn Lebewesen wachsen?Methodenauswahl• Fotosequenz Befruchtete Eizelle — Baby — Kleinkind — Schulkind — Erwachsener (s. auch

Zusatzinformation, Lehrerband S. 26). Die Schülerinnen und Schüler sollen erkennen, dass es bei der Bildsequenz um Wachstum geht. Der Begriff „Wachstum” muss hier erklärt werden. Die befruchtete Eizelle weist auf die Zellebene hin und damit auf die Notwendigkeit von Zellteilungen.

• Anschließend bietet sich das Sammeln von Vorwissen und Ideen an, wie die Teilung von Zellen erfolgt. (Mögliche Schülerantworten: Die Zellen müssen wachsen, sonst sind sie nach der Teilung viel zu klein. Die Zellen schnüren sich in der Mitte durch.) Siehe hierzu auch Prak‑tische Tipps, Lehrerband S. 26.

Erarbeitung • Die Schülerinnen und Schüler beschreiben die Abb. 2 im Schülerbuch S. 29 und nennen die Anzahl an entstandenen Zellen nach beispielsweise 2, 3, 4 und 5 Teilungsvorgängen.

• Die Schülerinnen und Schüler lernen Beispiele für Wachstum bei Pflanzen und Tieren mithilfe des Schülerbuchs S. 28 kennen und beschreiben, dass das Wachstum von Vielzellern auf Zellteilung und Zellwachstum beruht.

• Die Schülerinnen und Schüler bearbeiten Aufgaben 1 und 2 im Schülerbuch S. 29.• Die Schülerinnen und Schüler beschreiben die Abb. 3 im Schülerbuch S. 29 und nennen die

Erkenntnis des Zellkern‑Experiments. Sie lesen den Text zur Bedeutung des Zellkerns auf S. 28 im Schülberbuch und fassen die Aufgaben des Zellkerns zusammen.

Sicherung Besprechung der Schülerlösungen zu den Aufgaben 1 und 2 im Schülerbuch S. 29.

Vertiefung • Recherche zur Erneuerung von Gewebe: Welche Gewebe erneuern sich? Eventuell Kurzvorträge zu verschiedenen Gewebetypen (s. auch Zusatzinformation „Narbenbildung” Lehrerband S. 26).

• Arbeitsblatt „Wachstum einer Bakterienkultur“, Lehrerband S. 27.

Wachstum und die Bedeutung des Zellkern [SB S. 28/29]

[zu SB S. 28 /29]

1 Vergleiche das Wachstum von Pflanzen und Tieren mithilfe von Abb. 2. Pflanzen und Tiere wachsen, indem sich ihre Zellen durch Zellteilung vermehren und dann größer werden. Die Größe eines Organismus nimmt dann zu, wenn seine Zellen an Größe zunehmen. Da die Größe, die Zellen erreichen können, begrenzt ist, ist eine Vermehrung von Zellen durch Teilung unverzichtbar, um die Größenzunahme des ganzen Lebewesens zu erklären.

Lösungen

0 2 Vor jeder Zellteilung wird der Zellkern geteilt. Begründe, warum dieser Schritt notwendig ist. Nur mit einem Zellkern kann eine Zelle neue Zellbestandteile bilden und wachsen. Der Zell-kern wird auch für Zellteilung und Vererbung benötigt. Daher muss der Zellkern geteilt bzw. verdoppelt werden, bevor eien Zelle sich teilt. Nur so bekommt jede Tochterzelle einen Zellkern.

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26 NATURA_LB 7/8 BW_049243 Illustratoren: Jörg Mair, München; Otto Nehren, Achern

Zum StundeneinstiegSie können im Rahmen des Stundeneinstiegs die Schülerinnen und Schüler in Form einer Skizze darstellen lassen, wie sie sich die Teilung von Zellen vorstellen. In der Erarbeitungsphase kann dann der Vergleich und die Diskussion der Vorstellungen erfolgen sowie daran anschlie‑ßend das Überprüfen der Schülervorstellungen mit den im Schülerbuch dargestellten Vorgängen (Abb. 2 auf S. 29).

ComputereinsatzEs bietet sich bei ausreichend Zeit an, in der Erarbeitungsphase (oder als Hausaufgabe) die Schülerinnen und Schüler u. a. mithilfe des Computerprogramms Excel eine ideale Vermeh‑rungskurve für Zellen erstellen zu lassen. Der

Verlauf einer solchen Kurve ist auf dem für die Vertiefungsphase vorgeschlagenen Arbeitsblatt „Wachstum einer Bakterienkultur“ (s. Lehrerband S. 27) zu finden. Dazu müssen die Schülerinnen und Schüler in Excel eine Spalte mit Anzahl der Teilungen oder Zeiteinheiten (30 min, 60 min, 90 min usw.) erstellen. Diese Werte werden in der Grafik auf der x‑Achse dargestellt. Eine weitere Spalte enthält die zum jeweiligen Teilungszeitpunkt vorhandene Zellanzahl. Diese Werte finden sich nachher auf der y‑Achse wie‑der. Aus den Werten kann mit Excel dann eine Kurve generiert werden. Sie können diese ideale Vermehrungskurve anschließend im Unterricht diskutieren und Faktoren erarbeiten, die die Teilung von Zellen beeinflussen und begrenzen (s. auch Zusatzinformation, Lehrerband S. 28).

Praktische Tipps

NarbenbildungBei der Heilung von Verletzungen verschließen Bindegewebszellen die Wunden. Sind die Wun‑den geschlossen, stoßen also die Zellen aneinan‑der, beendet eine Kontaktinhibition eine weitere Teilung der Zellen. Eine Narbe entsteht dadurch,

dass viele Kollagenfasern (eine Variante von Bin‑degewebsfasern) eingebaut werden. Diese sind weiß, daher auch die meist weiße Erscheinung einer Narbe. Narben bilden sich mit der Zeit teilweise zurück, allerdings nicht vollständig.

Zusatzinformation

Entwicklungsstadien eines MenschenFrucht-blase Fruchtwasser

Nabel-schnur

Frucht-blase Fruchtwasser

Nabel-schnur

Eizelle 1. Monat 3. Monat 9. Monat

Kind Schulkind Erwachsener


Illustrator: Wolfgang Herzig, Essen

500

0 1/2 1 2 3

2000

3000

4000

5000

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7000

8000

Zahl

der

Bak

teri

en

Zeit (h)0 4 5 6 7 81 2 3

Zahl

der

Bak

teri

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Stationäre Phase

Absterbephase

Zeit (h)

Wachstum einer Bakterienkultur

Bakterien können sich im Labor auf Nährmedien in einer Petrischale vermehren. Bakterien werden gerne als Forschungsobjekte genommen, da sie sich sehr schnell vermehren und man so innerhalb kurzer Zeit viele Bakteriengenerationen untersuchen kann. Zudem sind sie klein und einfach aufgebaut. Unter Idealbedingungen teilen sich die Bakterien etwa alle 30 min ein Mal.

1 Vergleiche die ideale Wachstumskurve einer Bakterienkultur mit der realen Wachstumskurve.

2 Erkläre den Verlauf der realen Wachstumskurve.

3 Stelle eine Vermutung an, was passiert, wenn sich innerhalb eines Organismus die Zellen eines Gewe‑bes immer weiter teilen.

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Die linke Grafik zeigt dir eine ideale Wachstumskurve, also die Kurve, die sich ergibt, wenn man annimmt, dass sich die vorhandenen Zellen bei jedem Teilungs‑vorgang in zwei Tochterzellen teilen und genügend Platz und Nahrung zur Verfügung stehen. Die rechte Kurve zeigt eine reale Wachstumskurve von Bakte‑rien bei begrenzenden Lebensbedingungen.

2 Reale Wachstumskurve einer Bakterienkultur1 Ideale Wachstumskurve einer Bakterienkultur



ARBEITSBLATT Wachstum von Zellen

Lösungen 1 Die Kurven verlaufen zunächst gleich. Bei der idealen Wachstumskurve steigt die Zahl der Zel‑len ständig an. Bei der realen Wachstumskurve verändert sich die Bakterienanzahl irgendwann nicht mehr (statische Phase), schließlich nimmt sie wieder ab (Absterbephase). (Anmerkung: Die Dimensionen der x‑Achse sind unterschiedlich; rechts wird über einen länge‑ren Zeitraum beobachtet).

2 Die Bakterien vermehren sich, solange genügend Platz und Nahrung vorhanden ist. In der statischen Phase halten sich Absterben und Teilung die Waage. Der vorhandene Platz in der Petrischale ist begrenzt und die Nährstoffmenge nimmt ab. Schließlich sterben die Bakterien, weil die Nährstoffe im Medium aufgebraucht sind.

3 Es entstehen übergroße Gewebe oder Geschwulste.

Zusatzinformation Kontrolle des Zellwachstums in vielzelligen Organismen Die Zellteilung bei einzelligen Lebewesen, wie Hefen oder Bakterien, wird vor allem vom Nahrungs‑angebot beeinflusst. Sind genügend Nahrung und Platz vorhanden, wachsen und teilen sich die Zellen fortlaufend.Bei vielzelligen Organismen wird die Teilung einzelner Zellen auch von den chemischen Signalen anderer Zellen reguliert. Hierbei spielen Wachstumsfaktoren und weitere Signalmoleküle, die die Zellen ins umgebende Medium abgeben, eine Rolle. Diese Faktoren und Moleküle können die Zellteilung der Nachbarzellen aktivieren oder hemmen. Durch diese externe Beeinflussung des Zellzyklus wird gewährleistet, dass eine Zelle nur dann wächst und sich teilt, wenn eine neue Zelle ihres Typs benötigt wird, oder sie aufhört sich zu teilen, wenn z. B. die Wunde geschlossen ist und weitere Zellen nicht mehr benötigt werden. Krebs entsteht, wenn die externen sowie die internen zellulären Kontrollmechanismen außer Kraft gesetzt sind. Dies kann beispielsweise durch Mutati‑onen geschehen. Die mutierte Zelle und die von ihr abstammenden Tochterzellen teilen sich dann ohne Kontrolle, wodurch ein Tumor entsteht.Die Mechanismen, die den Zellzyklus steuern und kontrollieren, sind bei Hefen, Tieren und Pflanzen vergleichbar.




Einstieg/Motivation Leitfragen• Sind alle tierischen und alle pflanzlichen Zellen gleich aufgebaut?• Welchen Zusammenhang gibt es zwischen dem Zelltyp und seiner Funktion?MethodenauswahlPräsentieren Sie Abbildungen: Querschnitt durch ein Laubblatt sowie Blattober‑ bzw. unter‑ seite mit verschiedenen Zelltypen: Epidermiszellen und Spaltöffnungen; alternativ können auch Blattquerschnitte mikroskopiert werden (s. Abb. 2, Schülerbuch S. 34 und Abb. 3, Schüler‑buch S. 35).Die Schülerinnen und Schüler sollen den Blattquerschnitt bzw. die Zellen der Ober‑ und Unterseite beschreiben und dabei erkennen, dass Pflanzenzellen einen gemeinsamen Grund‑bauplan besitzen, aber je nach Funktion unterschiedlich gestaltet sind. Beispielsweise besitzen Palisadenzellen eine große Anzahl an Chloroplasten, Epidermiszellen ähneln Puzzlestücken, Schließzellen bilden Spaltöffnungen und sind entsprechend geformt.

Erarbeitung • Die Schülerinnen und Schüler lesen den Text im Schülerbuch S. 30/31 und bearbeiten die Auf‑ gabe 1, Schülerbuch S. 31.

• Die Schülerinnen und Schüler führen eine Computerrecherche zu den verschiedenen Zell‑ typen und deren Aufgaben in den unterschiedlichen Organsystemen des Menschen bzw. in Tieren und in verschiedenen Pflanzen durch (s. Praktische Tipps „Hinweis zur Recherche” und Zusatzinformation, Lehrerband S. 30).

Sicherung • Besprechung der Schülerlösungen zu Aufgabe 1 im Schülerbuch S. 31.• Vorstellung der Ergebnisse der Computerrecherche (Plakate, Präsentationen) eventuelle

Ergänzungen aus dem Plenum aufnehmen.

Vertiefung • Die Schülerinnen und Schüler bearbeiten die Aufgabe 2 im Schülerbuch S. 31.• Bearbeitung des Arbeitsblatts „Möhren‑Klon“, Lehrerband S. 31.• Thematisierung von Stammzelltherapien beispielsweise bei Leukämie, s. Zusatzinformation

„Wissenswertes über Stammzellen”, Lehrerband S. 30.• Die Schülerinnen und Schüler lesen den Text zum Biologischen Prinzip Kompartimentierung

und erläutern das Prinzip am Beispiel eines Restaurants (Aufteilung in mehrere Räume: Küche, Vorratsraum, Gästebereich; in jedem Raum finden unterschiedliche Vorgänge statt: Vorbereiten der Gerichte, Bevorratung der Speisen, Verzehr der Speisen).

[zu SB S. 30 /31]

1 Beschreibe die Zellen in den Abbildungen 2 und 3. Nenne Vorteile, die die jeweilige Form für die Aufgabe dieser Zellen hat. Darmepithelzellen: Die Zellen sind in der Aufsicht fast rechteckig. Sie liegen eng an-einander, die Zellmembranen der einzelnen Zellen berühren sich. Oben (auf der Seite zum Darminhalt) sind viele kleine Ausstülpungen zu erkennen. Vorteil: Form und Anordnung der Zellen entsprechen einem typischen Ab-schlussgewebe, das den Darm gegenüber dem Darminhalt abgrenzt und den unkontrollierten Stoffaustausch zwischen Körper und Darmin-halt verhindert. Durch die Ausstülpungen wird die Oberfläche der Membran zum Darminhalt vergrößert. Dadurch können mehr Nährstoffe aus der Nahrung über die Membran in die Zellen aufgenommen werden. Knorpelzellen: Zwei Zellen liegen eingebettet in eine Grundsubstanz. Vorteil: Die stoßdämpfen-de Funktion des Knorpel wird vor allem durch die Grundsubstanz ermöglicht. Blutzellen: Weiße Blutzellen: großer Zellkern mit ungewöhnlicher Form, viele kleine Bläs-

Lösungen

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Zellen — Gewebe — Organe — Lebewesen [SB S. 30/31]

chen (Vesikel) im Zellplasma. Vorteil: Bei der Abwehr von Krankheitserregern können die Inhalte der Bläschen abgegeben werden. Rote Blutzellen: rundlich bzw. „dropsförmig“, kein Zellkern erkennbar. Vorteil: Durch die Form kann leicht Sauerstoff aufgenommen werden. Da Rote Blutzellen nach wenigen Wo-chen abgebaut werden, benötigen sie keinen Zellkern. Zellen der glatten Muskulatur: Form spin-delförmig langgestreckt. Vorteil: Durch die Spindelform fügen sich die Muskelzellen der inneren Organe passgenau zu einem Gewebe zusammen. Durch die Länge der Zellen können sie sich gut zusammenziehen (und wieder entspannen). Blattzellen mit Chloroplasten: Typischer Auf-bau mit Zellwand, Vakuole, Zellkern, Zellplas-ma und Chloroplasten. Vorteil: Die Chloroplas-ten ermöglichen die Fotosynthese. Zellen des Blattabschlussgewebes: Die Zellen sind in der Aufsicht rechteckig und liegen eng aneinander. Die Zellwände sind dick. Oben ist eine grau dargestellt Schicht (Kutikula) auf-


www.schule‑bw.de/unterricht/faecher/biologie/medik/exp/klonen/karotte/start.htmlLiteratur- und Medienhinweise

Wissenswertes über Stammzellen • Einsatzmöglichkeiten:

Behandlung von Krebserkrankungen, insbe‑sondere Leukämien

• Verwendung von embryonalen Stammzellen oder adulten Stammzellen:

– Embryonale Stammzellen haben eine hohe Teilungsrate. Daher ist bei einem medizinischen Einsatz die Gefahr der Tumorbildung erhöht.

– Stammzellen, die nach der Geburt im Körper vorhanden sind, bezeichnet man als adulte Stammzellen. Sie finden sich beispielsweise im Knochenmark, in Nabelschnur und Nabel‑schnurblut, in der Haut und im Gehirn.

– Embryonale Stammzellen weisen eine hohe Differenzierungsfähigkeit auf, sie sind pluripo‑tent, allerdings nicht mehr totipotent, denn sie können keinen kompletten Organismus mehr bilden.

– Eine befruchtete Eizelle ist totipotent, genau‑so wie die Zellen der ersten Teilungsstadien.

– Adulte Stammzellen haben eine begrenzte Differenzierungsfähigkeit.

– In Deutschland dürfen menschliche Embry‑ onen nicht zur Gewinnung embryonaler Stammzellen zerstört werden. Es ist aller‑dings eingeschränkt möglich, an importierten Stammzellen zu forschen.

Zusatzinformation

Hinweis zur RechercheBei der Internetrecherche zu den verschiede‑nen Zellbestandteilen und deren Aufgaben in den unterschiedlichen Organen sollte sich jede Gruppe auf ein Organsystem beschränken. Die Ergebnisse können von den Gruppen im Plenum vorgestellt werden. Für die Recherche bei Pflanzen geben Sie kon‑kret Pflanzenarten vor, die Angepasstheiten an bestimmte Lebensbedingungen aufweisen, z. B. Seerose, Oleander oder Kaktus.

Wurzelnder WeidenzweigSie können in der Vertiefungsphase die Diffe‑ renzierungsfähigkeit pflanzlicher Zellen nicht nur mithilfe des Arbeitsblatts „Möhren‑Klon“ (s. Lehrerband S. 31) erarbeiten, sondern auch am Realobjekt betrachten. Sie können dazu den Schülerinnen und Schülern als Langzeithausauf‑gabe den Auftrag geben, frische Weidenzweige ins Wasser zu stellen. Die Weidenzweige bilden bei ausreichend Feuchtigkeit, also „in feuchten Böden", recht schnell Wurzeln. Bei dieser Aufgabe erkennen die Schülerinnen und Schüler, dass differenzierte Pflanzenzellen im Unterschied zu den meisten tierischen Zellen wieder zu teilungsfähigen Zellen werden, die sich auch zu anderen Zelltypen (Wurzelzellen) differenzieren können.

Praktische Tipps

gelagert. Vorteil: Die Zellen grenzen das Blatt nach außen ab. Sie verhindern bzw. verringern den unkontrollierten Stoffaustausch. Drüsenzellen: In den Zellen sieht man viele kleine Inhaltsstoffe. Vorteil: Diese Inhaltsstoffe können abgegeben werden. Zellen der Leitungsbahn: Röhre mit siebartig durchlöcherten Unterteilungen. Vorteil: Die Röhrenform ermöglicht den Transport von in Wasser gelösten Fotosyntheseprodukten durch die Pflanze. Dei Unterteilungen sind durchläs-sig und geben zugleich Stabilität.

2 Wenn man die Wurzelspitze einer krautigen Pflanze quer schneidet, kann man im Mikro‑skop unterschiedliche Gewebe erkennen. Er‑kläre, welche Gewebetypen du erwartest und welche Funktionen diese erfüllen müssen. Zu erwarten ist ein eng schließendes Ab-schlussgewebe, das die Wurzel nach außen begrenzt. Die Oberfläche sollte vergrößert sein, um Wasser und darin gelöste Mineralstoffe besser aufnehmen zu können (s. Wurzelhaarzellen). Wie in den meisten Pfalnzenorganen ist ein Grundgewebe zu erwarten, das Struktur gibt (s. Rindenzellen). Innen ist Leitungsgewebe zu erwarten, durch das Wasser und darin gelöste Minteralstoffe zu den Blättern transportiert werden.

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Illustrator: Wolfgang Herzig, Essen

Möhren-wurzel

kleineGewebestückchen

Zellhaufen

Reagenzglas mitNährmedium

Pflanze wirdin die Erdegepflanzt

Möhren‑Klon

Im Jahr 1950 konnten der Botaniker F. C. Stewart und seine wissenschaftlichen Mitarbeiter zeigen, dass aus sogenannten somatischen Zellen („Körperzellen“) einer Möhre, also Zellen, die eigentlich nicht der Fortpflan‑zung dienen, neue Pflanzen entstehen können. Im Folgenden ist das Experiment von Stewart dargestellt.

1 Beschreibe die Durchführung des in der Abbildung dargestellten Experiments und formuliere einen Ergebnissatz.

2 Erkläre, was dieses Experiment über die Differenzierungsfähigkeit der Möhrenwurzelzellen und von Pflanzenzellen im Allgemeinen aussagt.

3 Inwiefern könnte sich der Mensch die Erkenntnisse über die Differenzierungsfähigkeit von Pflan‑zenzellen zunutze machen? Nenne ein mögliches Beispiel.

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1 Das Experiment von F. C. Stewart

NATURA_LB 7/8 BW_04924332 Illustrator: Stefan Leuchtenberg, Augsburg


ARBEITSBLATT Möhren-KlonLösungen 1 Aus einer Möhrenwurzel werden kleine Gewebestücke geschnitten und in ein Reagenz‑

glas mit einem Nährmedium gegeben. Die Zellen beginnen sich zu teilen und bilden einen zunächst undifferenzierten Zellhaufen (Embryoid). Aus diesem bildet sich ein kleines Pflänzchen, das nach Umpflanzen in Erde zu einer erwachsenen Möhrenpflanze wird. (Anmerkung: Man spricht hier von einem Embryoid und nicht von einem Embryo, da es sich um somatische Zellen handelt.) Ergebnis: Aus somatischen Zellen der Möhre kann sich eine neue Pflanze entwickeln.

2 Möhrenwurzelzellen sind in der Lage, sich zu teilen. Die dabei gebildeten Zellen können sich zu verschiedenen Zelltypen entwickeln und so schließlich eine komplette Möhren‑pflanze bilden. Allgemein: Pflanzenzellen haben also ihre Differenzierungsfähigkeit nicht verloren.

3 Herstellung von Klonen aus Zellen einer Pflanze, die besondere Eigenschaften besitzt. Einsatz z. B. bei Hybriden.

Praktische Tipps Das Möhrenexperiment im praktischen UnterrichtDas auf dem Arbeitsblatt vorgestellte Experiment lässt sich prinzipiell auch als Praktikum im Unterricht durchführen, allerdings ist der Aufwand nicht unerheblich und eher für Schüle‑rinnen und Schüler der Kursstufe geeignet. Sie benötigen dazu ein Gewebekultur‑Kit (z. B. Schlüter‑Biologie) und müssen unter sterilen Bedingungen arbeiten. Die Nährmedien für eine solche Gewebekultur enthalten Phytohormone, die die Bildung eines Gewebekallus induzieren. Dieser Aspekt wird aus Gründen der didaktischen Reduktion auf dem Arbeitsblatt vernachlässigt und kann bei Bedarf im Unterricht kurz besprochen werden. Weitere Informationen und Unterrichtsmaterialien zum Thema „Gewebekultur” finden Sie beispielsweise unter http://www.schule‑bw.de/unterricht/faecher/biologie/medik/exp/ klonen/karotte/start.html

Zusatzinformation Klonen von WirbeltierenDa bei ausgewachsenen Wirbeltieren keine natürliche Klonbildung stattfindet, versucht der Mensch eine Klonierung durch experimentellen Eingriff.

Kompetenzerwerb Kompetenzbereich „Schwerpunkt Erkenntnisgewinnung”: Die Schülerinnen und Schüler wer‑ten ein Experiment zur Differenzierungsfähigkeit von Pflanzenzellen (in diesem Fall Möhren‑wurzelzellen) aus und erweitern ihr Wissen über die Differenzierung von Zellen.Basiskonzepte „Variabilität und Angepasstheit” sowie „Reproduktion”: Die Schülerinnen und Schüler erklären, dass Zellen in ihrem Wachstum und ihrer Entwicklung an verschiedene Umweltfaktoren angepasst sind und auf veränderte Bedingungen entsprechend reagieren können.

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Zelle und Stoffwechsel - asset.klett.de · aneinander. Diese Struktur ist wichtig, um die Funktion...

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