Biologie für Gymnasien - asset.klett.de · NATURA Biologie für Gymnasien bearbeitet von Helmut Moßner Gerhard Sailer Johann Staudinger Bayern für die Jahrgangsstufe 8 Lösungen

NATURA Biologie für Gymnasien

bearbeitet von

Helmut Moßner Gerhard Sailer Johann Staudinger

Bayernfür die Jahrgangsstufe 8

Lösungen

Ernst Klett Schulbuchverlage

Stuttgart • Leipzig

8

Zu diesem Buch

Schülerbuch Seite 3

Dein Bio-Buch lernst du kennen, wenn du die folgende Aufgabe löst. Suche in der angegeben Reihenfolge die Seiten auf. Je nach Seitentyp wählst du aus den Überschriften im Buch den unten angegebenen Buchstaben aus.Lösung:58 Material: Vielzeller96 Praktikum: Beobachtungen am Regenwurm94 Info: Regenwürmer sind Boden-

bewohner60 Leitthema: Organisationsebenen28 Lexikon: Vielfalt der Bakterien130 Impulse: Der Mensch — auch ein Kultur-

wesen

10 Methoden: Experimentieren92 Impulse: Leben im Korallenriff151 Lexikon: Methoden der Empfängnis-

verhütung

65 Praktikum: Untersuchung an der Honigbiene104 Material: Pflanze, Tier oder was sonst?70 Impulse: Insektenflug122 Info: Unsere nächsten Verwandten152 Info: Reproduktionsmedizin und p

ränatale Diagnose114 Info: Analogie und Homologie

Der Lösungssatz lautet: Lernen mit Natura

Methoden


Lege eine Sammlung mit verschiedenen Larvenhäuten an. Versuche die gefundenen Arten mithilfe eines Bestimmungsbuches zu bestimmen.

— Larvenhäute (Exuvien) findet man von Ende April bis Mitte September. Die meisten Exuvien sind fest an Pflanzenstängel gekrallt und befinden sich etwa einen halben Meter über der Gewässeroberfläche. In Bestim-mungsbüchern findet man häufig Hinweise zum Schlüpfort und zur Schlüpfperiode. Mit einer Lupe oder einem Binokular kann man meist die Gattung gut bestimmen. Bestim-mungsschlüssel finden sich in den meisten Bestimmungsbüchern. Exuvien lassen sich in durchsichtigen Filmdosen gut aufbewah-ren, nachdem man die Funde 2 Tage lang bei geöffnetem Deckel getrocknet hat.


Gehe in eine Bücherei und untersuche, wie sie organisiert ist. Welche Sachgruppen gibt es? Wie sind sie untergliedert? Welche Signatur tragen die Regale, welche die darin befindli-chen Bücher?

— Viele öffentliche Bibliotheken Süddeutsch-lands sind gleich organisiert. Die Allgemeine Systematik ist in Sachgruppen gegliedert, die mit Großbuchstaben von A bis Z ge-kennzeichnet sind; nicht verwendet sind die Buchstaben I und J.

Die Sachgruppe A ist Allgemeines. Hier sind die Nachschlagewerke zu finden.

Weitere, für biologische Recherchen wichtige Sachgruppen sind U (Naturwissenschaften), V (Medizin) und W (Technik). Die Kennbuch-staben sind an den Regalen an auffälliger Stelle gut sichtbar und groß angeschrieben.

Innerhalb einer Sachgruppe gibt es eine mehrstufige Untergliederung, die mit Klein-buchstaben beginnt und schließlich Ziffern erhält. Diese Untergliederungen stehen an den einzelnen Regalbrettern.

Es bedeutet in den Naturwissenschaften Ua Allgemeines, Ub Astronomie, Uc Physik, Ud Chemie, Ue Geowissenschaften und Uf Biologie, Ug Botanik, Uh Zoologie und Uk Humanbiologie. Insekten sind beispielsweise unter Uhn 11, Säugetiere unter Uhn 24 zu finden.

Die Bücher tragen als Signatur die Kategorie, unter der sie eingruppiert sind, ergänzt um eine Abkürzung des Autors oder der Buchrei-he. Für Natura findet man „Nat“.

Kläre durch Recherchieren:a) Welche der abgebildeten Tiere leben als

Larve im Wasser und als erwachsenes Insekt außerhalb des Wassers?

— Die Larven der Mosaikjungfer leben in kleineren, stehenden Gewässern, aber auch in größeren Baggerseen. Die Larve benötigt zur Entwicklung im Allgemeinen zwei Jahre. Rückenschwimmer überwin-tern als Vollinsekt. Zu Beginn des Früh-jahrs paaren sich die Insekten. Die Eier werden meist im April in weiche Pflanzen-teile eingestochen. Danach sterben die Imagines. Bis zum Herbst häuten sich die Larven fünf Mal.

b) Was versteht man unter Tracheenatmung? Recherchiere im Schulbuch!

— Dieses besondere Atmungssystem ist das Tracheensystem. Seine Atemöffnun-gen sind seitlich an den Hinterleibsringen als kleine Poren (Stigmen) zu erkennen. Eine Schutzvorrichtung aus Chitinhär-chen dient als Staubfilter. Von jedem Stig-ma aus führen Luftröhren, die Tracheen, ins Körperinnere. Diese besitzen dünne, elastische Wände, die den Gasaus-tausch mit den einzelnen Körperzellen ermöglichen. Eingelagerte Chitinspiralen verhindern ein Zusammendrücken bzw. Zusammenfallen der feinen Röhren. Das Ein- und Ausatmen erfolgt durch beson-

2 Methoden

dere Muskeln, die den Hinterleib abwech-selnd abflachen und verkürzen, sowie durch die Eigenelastizität der Tracheen. Die Wirkungsweise ist die gleiche wie bei einem Blasebalg. Zusätzlich unterstützen noch Bein- und Flügelbewegungen die Atmung.

c) Wie atmen die abgebildeten Insekten im Wasser?

— Großlibellenlarven, wie die abgebildete blaugrüne Mosaikjunger, besitzen im Enddarm eine Kiemenkammer. Die mit einem Tracheolennetz durchzogenen Kiemenplättchen ragen in diese Kammer hinein. Durch rhythmische Kontraktionen des Abdomens wird das Wasser aus-getauscht. Im Gegensatz dazu besitzen Kleinlibellenlarven am Abdomenende drei Kiemenblättchen, die als Ruder einge-setzt auch der Fortbewegung dienen. Die Larven des Gelbrandkäfers sind Luftatmer. Die Stigmen sind, bis auf die beiden letzten des Hinterleibsegmentes, verschlossen. Die beiden geöffneten Stigmen sind mit wasserabstoßenden Haarkränzen umgeben. Diese durchsto-ßen das Wasseroberflächenhäutchen, sodass die Luft in den beiden Tracheen-längssträngen erneuert werden kann. Die beiden Hinterleibsanhänge (Cerci) sind dagegen mit hydrophilen Borsten besetzt, sie durchstoßen die Wassero-berfläche nicht. Die Larven hängen dadurch bei der Atmung am Wasserober-flächenhäutchen. Der adulte Käfer nimmt unter den Flügeldecken einen großen Luftvorrat mit. Durch den Luftvorrat ist der Schwerpunkt des Käfers etwas zum Kopf hin verschoben. Kommt der Käfer an die Wasseroberfläche, nimmt er dort automatisch die Atemstellung ein. Am Hinterleibsende durchdringen wasserab-stoßende Haarsäume das Oberflächen-häutchen des Wassers. Die Hinterbeine werden in abgespreizter Stellung von un-ten gegen das Wasseroberflächenhäut-chen gestemmt, wodurch diese Stellung stabilisiert wird. Die Flügeldecken werden etwas angehoben. Dadurch entsteht am Hinterende ein Spalt, durch den die Luft mittels Atembewegungen erneuert werden kann. Die Stigmen der Trache-en münden alle in den Raum unter den Flügeldecken, sodass der Luftvorrat wäh-rend des Tauchens einige Zeit ausreicht. Der Rückenschwimmer (Notonecta) hängt zur Atmung in seiner charakteristi-schen Stellung mit dem Bauch nach oben am Wasseroberflächenhäutchen. Mit den beiden vorderen Beinpaaren stützt er sich von unten gegen das Oberflächen-häutchen, nur Klappen am Hinterleibs-ende gelangen an die Luft, sodass der gesamte Atemluftvorrat erneuert werden kann. Auf der Bauchseite befinden sich zwei Reihen von unbenetzbaren Borsten

in zwei längs verlaufenden Rinnen, die die Luft festhalten. Am Grunde dieser Rinnen befinden sich Tracheenöffnungen, so-dass Sauerstoff aus diesem Vorrat beim Tauchen zur Atmung genutzt werden kann. Die Bauchseite bekommt einen größeren Auftrieb als die Rückenseite, sodass das Tier auf den Rücken kippt.

d) Ordne die abgebildeten Wasserinsekten bestimmten Ordnungen zu, z. B. Libellen, Zweiflügler, Wanzen etc.

— Wasserläufer, Rückenschwimmer gehören zur Ordnung der Wanzen, die Mosaikjungfer zu den Libellen, der Gelb-randkäfer zu den Käfern.

e) Informiere dich über die Ernährung von Libellenlarven.

— Individuelle Lösungf) Was versteht man unter einer Metamor-

phose. Erkläre den Begriff. Finde heraus, welche der abgebildeten Tiere eine vollständige, welche eine unvollständige Metamorphose durchmachen.

— Unvollständige Metamorphose: Libelle, Wasserläufer, Rückenschwimmer

Vollständige Metamorphose: Gelbrand-käfer

g) Ermittle die Fluggeschwindigkeiten von erwachsenen Insekten. Welches Insekt hält den Rekord?

— Fluggeschwindigkeiten in km/h: Stechmücke: 1,4; Florfliege: 2,2; Stuben-fliege: 8,2; Maikäfer: 11; Kohlweißling: 14; Wanderheuschrecke: 16; Hummel: 18; Hornisse: 22; Honigbiene: 29; Libellen bis 50 km/h


Welches Experiment könnte Aufschluss darüber geben, warum der Wasserläufer nicht untergeht?

— Eine Petrischale wird mit Wasser gefüllt. Man gibt auf die Wasseroberfläche ein Filterpa-pier, auf dieses legt man eine Büroklammer. Mit einer Pinzette drückt man das Filterpapier nach unten. Die Büroklammer schwimmt auf der Wasseroberfläche. Gibt man einen Tropfen Spülmittel zu, so sinkt die Büroklam-mer nach unten. Die Oberflächenspannung kommt dadurch zustande, dass sich die zwischen den Wassermolekülen wirkenden Anziehungskräfte an der Grenzfläche nicht aufheben. Die resultierende Kraft ist senk-recht nach unten gerichtet. Da sich dort aber bereits Wassermoleküle befinden, erscheint die Wasseroberfläche wie eine gespannte elastische Haut.

Der Rückenschwimmer kommt immer wieder an die Wasseroberfläche. Informiere dich über die Atmung von Insekten (s. Seite 66).

— Da der Rückenschwimmer über Tracheen atmet, muss er einen Luftvorrat ins Wasser mitnehmen.

Methoden 3

Plane einen weiteren Versuch, der eine Aus-sage darüber machen soll, welche Beutetier-größe die Libellenlarve bevorzugt.

— Die Attrappengröße wird von 2 mm bis etwa 20 mm variiert. Dazu eignet sich eine schwar-ze Attrappe. Die anderen Parameter bleiben gleich. Man wiederholt jedes Experiment 10-mal und notiert die Zahl der Reaktionen.


Erstelle eine Tabelle mit den systematischen Begriffen der Abbildung auf S. 14 für das Reich der Tiere und der Pflanzen.

— siehe Tabelle

Systematischer Begriff

Reich Pflanzen Tiere

Stamm Blütenpflanzen Wirbeltiere

Klasse Zweikeimblätt-rige

Vögel

Ordnung Asternartige Sperlings-vögel

Familie Korbblütler Meisenvögel

Gattung Kratzdisteln Meisen

Art Ackerkratz-distel

Blaumeise


Fasse die Kennzeichen von Lebewesen und die darin enthaltenen Basiskonzepte in Form einer Mind-Map zusammen.

— siehe Abbildung unten Wende ähnlich wie beim Hund die Basiskon-

zepte auf eine Nutzpflanze, z. B. die Kartoffel, an.

— Die Kartoffel (Organisationsebene Orga-nismus) ist ein krautiges Nachtschatten-gewächs. Die Blätter sind gefiedert. Die Blüten sind 5-zählig (Organisationsebene Organ). Sie wurde im Verlauf der Zeit aus der Stammpflanze, die ursprünglich im Hochland von Peru und Bolivien wuchs, herausge-züchtet (Zeit). Die Knollen enthalten in ihren Speicherzellen (Zellebene) etwa 20% Stärke (Stoffe und Teilchen). Die Vermehrung der Kartoffel erfolgt in der Regel ungeschlecht-lich, indem eine Knolle in den Boden einge-legt wird (Fortpflanzung). Dabei keimen die Knospen („Augen“) der Kartoffel aus und bilden bis zu 50 neue Knollen (Zeit, Struktur und Funktion). Die in der Kartoffel gespei-cherte Stärke wird in Traubenzucker umge-wandelt. Dieser dient als Energielieferant für das Wachstum der jungen Triebe (Stoffe und Teilchen, Energie). Die Triebe wachsen ans Licht und bilden den Spross und die Blätter (Organisationsebene Organ). Diese ergrünen und können nun mithilfe des Sonnenlichtes über die Fotosynthese Traubenzucker bilden (Stoffe und Teilchen, Energie). Dieser wird in die Knollen transportiert und dort als Spei-cherstärke abgelagert (Angepasstheit).

4 Ordnung und Vielfalt

Kennzei-chen der Lebewesen

Zeit Angepasstheit Struktur und Funktion Organistationsebenen

Gestalt Aufbau aus Zellen

Zeit

Angepasstheit

Veränder- barkeit

Fortpflanzung und Vererbung

Information und Kommunikation Zeit Information

und Kommunikation Energie Energie

Stoffe und Teilchen

Regulation

Stoffwechsel

Wachstum und Entwicklung

Angepasstheit

Zeit

Reizbarkeit und Bewegung

Welche Leitthemen wurde bereits in der 5. und 6. Klasse behandelt? Vergleiche dazu auch die Seite 161 im Buch. Suche die Leit-themenseiten in diesem Buch und mache dich mit den dort aufgeführten Basiskonzepten vertraut.

— Leitthemen: Stoffe und Teilchen, Energie, Regulation, Fortpflanzung und Sexualität, Kommunikation, Struktur und Funktion

Bakterien


Ordne den Ziffern der Wachstumskurve jeweils eine Wachstumsphase zu.

— Anlaufphase (1), exponentielle Phase (2), Absterbephase (3)

Berechne wie viele Bakterien nach 10 Ver-mehrungsschritten vorliegen.

— 2×þ = 1024


Stelle in einer Tabelle die möglichen Ernäh-rungsformen der Bakterien zusammen und gib jeweils ein Beispiel an.

— siehe Tabelle

Heterotrophe Ernährung

Autotrophe Ernährung

anaerob aerob photo- autotroph

chemoautotroph

Milch- säurebak-terien

Essigbak-terien

Cyanobak-terien

Schwefel-bakterien

Konstruiere aus den oben angegeben Bakte-rien einen Stoffkreislauf, wie er in der Abb. 26. 2 dargestellt ist.

— siehe Abbildung unten

Schülerbuch Seite 30/31

Material 1: Sicherheitsunterweisung

Sicherheits- und Arbeitsanweisungen für das mikrobiologische und gentechnische Arbeiten

1. Informiere dich, wo sich Verbandskasten, Feuerlöschdecke, Feuerlöscher, Augen-waschflasche und der Not-Aus-Schalter befinden und mache dich mit ihnen vertraut. Feuerschutzpläne und Fluchtwege einprägen.

2. Essen und trinken sowie das Aufbewahren von Nahrungsmitteln im Praktikumsraum ist verboten!

3. Private Gegenstände nicht in den Praktikums-raum bringen.

4. Im Praktikumsraum stets einen geschlosse-nen Arbeitsmantel tragen, beim Verlassen des Raumes den Mantel ausziehen.

5. Auf Sauberkeit und Ordnung am Arbeitsplatz achten, vor Versuchsbeginn alle benötigten Materialien bereitstellen; Arbeitsfläche aus Gründen der Desinfektion möglichst klein hal-ten. Nicht benötigte Geräte und Chemikalien aufräumen. Nicht auf die Tische setzen.

6. Vorsicht beim Arbeiten mit dem Gasbrenner! Brennbare Substanzen nie in die Nähe des Brenners stellen. Lange Haare zusammen-binden!

7. Pipettieren mit dem Mund ist verboten, stets Pipettierhilfen verwenden.

8. Bei Bedarf Handschuhe tragen (z. B. bei Verletzungen). Bei möglicher Gefährdung der Augen (z. B. beim Erhitzen von Flüssigkeiten) Schutzbrille tragen.

9. Chemikalien mit sauberem Spatel aus Vor-ratsgefäß entnehmen, nie mit den Fingern anfassen. Nur soviel Substanz aus dem Vorrat entnehmen, wie benötigt wird: niemals Sub-stanz zurückgeben.

— Zur Entnahme von Chemikalien den Stopfen (Deckel) nach dem Öffnen umgekehrt auf den Tisch legen, danach Flasche sofort wieder verschließen. Stets nur eine Flasche öffnen!

— Achte auf die Gefahrensymbole auf den Chemikalienflaschen und mache dich mit den Symbolen vertraut.

— Chemikalien nur auf Wägepapier abwiegen!10. Steril arbeiten! Einschleppen anderer Mikro-

organismen und von Enzymen (Hände!) muss vermieden werden, ebenso das Ausbreiten der Mikroorganismen im Raum.

— Arbeitsfläche vor und nach dem Arbeiten mit 70%igem Ethanol desinfizieren.

— Luftzug vermeiden: Fenster und Türen wäh-rend des Arbeitens geschlossen halten.

— Nur sauberes und steriles Material verwen-den, Impfösen sorgfältig ausglühen.

— Nährmedien, Reagenzgläser, Pipettenspitzen sterilisieren.

11. Nichts in den Abguss schütten!! Alles Mate-rial, das mit Mikroorganismen in Kontakt war, muss autoklaviert werden.

— Feste Abfälle werden in einem Abfallgefäß mit autoklavierbarer Mülltüte gesammelt.

— Flüssigkeiten werden in einem verschließba-ren Behälter gesammelt. Er enthält Spülmittel zur Desinfektion.

Bakterien 5

Erzeuger (Produzenten) z. B. Cyanobakterien oder

Schwefelbakterien

Zersetzer (Destruenten) z. B. Bakterien im Kompost

Tote Bakterien

Mineralien


Verbessere die unterstrichenen, falschen Aussagen in dein Heft.

— Bakterien sind so klein, dass sie nur mit dem Mikroskop sichtbar werden

— Die kleinen DNS-Ringe sind Plasmide— Die Zellteilungen dauern etwa 20 Minuten— Bakterien, die organische Substanz abbauen

sind heterotroph. Unter autotropher Ernäh-rung versteht man Bakterien, die Fotosynthe-se oder Chemosynthese betreiben

— Unter Gärung versteht man die Energiege-winnung ohne Sauerstoff.

— Bei der Jogurtherstellung bauen die Milch-säurebakterien Milchzucker ab

— Knöllchenbakterien kommen in Schmetter-lingsblütlern (Leguminosen) vor, nicht jedoch in Gräsern

— Knöllchenbakterien binden den Stickstoff der Luft,

— Dieser dient dem Wachstum der Pflanze— Sporen überstehen das Kochen Hat die Freundin eine falsche Aussage über-

sehen?— Übersehene Aussage: Auch am Meeres-

grund sind Bakterien zu finden. So nutzen beispielsweise Schwefelbakterien den ausströmenden Schwefelwasserstoff zur En-ergiegewinnung. Sie sind chemoautotroph.

Zeichne das Grundgerüst in dein Heft und ergänze mit den in der Wortliste angegebenen Begriffe.

— s. Abb. auf Seite 8 Warum ist der Milzbranderreger als Pulver

besonders lange infektiös?— Bacillus anthracis, der Milzbranderreger

erzeugt Endosporen. Unter Mangelbedingun-gen kommt es zur Ausbildung der Sporen. Dabei verliert die Bakterienzelle bis zu 90 % ihres Wassergehaltes, eine Sporenhülle, die im Wesentlichen aus Proteinen besteht, bildet sich aus. Bakteriensporen sind resis-tent gegen Hitze, Austrocknung, Strahlung, Säuren und chemische Desinfektionsmittel. Sie können lange Zeit in ihrem Ruhezustand bleiben und unter geeigneten Bedingun-gen innerhalb von wenigen Minuten wieder auskeimen. Die auskeimende Spore nimmt Wasser auf und tritt aus der Sporenhülle her-vor. Schließlich beginnt die Zelle sich wieder zu teilen. Die kleinen Sporen können über die Bildung von Aerosolen gut verbreitet werden.

Welche Bedingungen finden Bakterien in der menschlichen Lunge vor?

— Beim Einatmen gelangen die kleinen Sporen in die Lunge. Diese besitzt eine große respira-torische Oberfläche, die mit Epithel ausge-kleidet ist. Die Zellen sind stets feucht. Der Schleim kann als Substrat genutzt werden. Die Körpertemperatur beträgt 37 °C was ebenfalls das schnelle Wachstum der Bak-terien begünstigt.

— Mit Mikroorganismen kontaminierte Glas- und autoklavierbare Kunststoffgefäße (Pipetten, Objektträger . . . ) werden in einem Gefäß mit Wasser und Spülmittel gesammelt.

— Nicht mehr benötigte Agarplatten werden in einem autoklavierbaren Plastiksack gesammelt.

12. Der Autoklav darf nur von eingewiesenen Personen (Lehrer!) bedient werden.

13. Vermeide Aerosolbildung: Aerosole werden z. B. bei schnellem Ausdrücken von Pipetten gebildet und breiten sich als Bakteriennebel unkontrolliert im Labor aus.

14. Beim Arbeiten mit Mikroorganismen.— Nach jeder Beendigung eines Arbeitsablaufes

sowie bei Arbeitsunterbrechungen und vor Verlassen des Labors müssen die Hände gewaschen und anschließend mit Sterilium desinfiziert werden.

15. Verschüttete Bakterienkulturen werden sofort mit Desinfektionsmittel (70%iges Ethanol) behandelt. Größere Flüssigkeitsmengen vor-her mit Zellstoff aufnehmen (Handschuhe!), Zellstoff anschließend autoklavieren.

— Kontaminierte Kleidung mit alkoholischem Desinfektionsmittel desinfizieren.

— Kontaminierte Hautstellen mit Sterilium desin-fizieren.

16. Möglichst am Arbeitsplatz keine schriftlichen Arbeiten; Schreiben an einem gesonderten Platz (Sterilität!).

17. Kulturgefäße und Agarplatten mit wasser-unlöslichem Stift beschriften: Bakterien, Datum, Name des Experimentators (An-fangsbuchstabe), eventuell Hinweise auf das Experiment (z. B. Medium)

— Agarplatten werden am Boden (Rand) beschriftet, nicht am Deckel! Deckel könnten ausgetauscht werden.

Weitere Hinweise

Versuchsanleitungen vor Versuchsbeginn genau durchlesen und beachten; bei Unklar-heiten beim Lehrer nachfragen.

Ÿ Bei allen Experimenten sorgfältig Protokoll führen.

Ÿ Bediene nur Geräte, an denen du dich auskennst. Lasse dir vor dem erstmaligen Ge-brauch die Bedienung jedes Geräts erklären.

Ÿ Nach Beendigung der Versuche, Arbeits-platz aufräumen, Gefäße sorgfältig spülen und zum Trocknen abstellen. (Beachte aber Punkt 10 und 11 !!!)

Ÿ Beschädigungen an Experimentiergeräten sofort dem Lehrer melden.

Material 2: Unterschriftenliste

— siehe Arbeitsblatt auf Seite 7

6 Bakterien

Bakterien 7

Unterschriftenliste

An der Sicherheitsbelehrung für das mikrobiologische Praktikum für das

Schuljahr .......................... Datum .......................... habe ich teilgenommen.

Die Sicherheitsbelehrung umfasst folgende Inhalte: 1. Alarmplan2. Verhalten bei Verletzungen und bei Flucht3. Verhalten im Falle eines Brandes4. Allgemeine Sicherheitshinweise5. Umgang mit Chemikalien6. Hygieneplan7. Umgang mit Bakterien: Steriles Arbeiten, Medien, Autoklavieren, Desinfektionstechniken, Beschriftun-

gen.

Name Klasse Unterschrift

© Als Kopiervorlage freigegeben. Ernst Klett Schulbuchverlage, Stuttgart 2006

Wie könnte man sich gegen die Krankheit schützen?

— Milzbrand ist eine Tierkrankheit. Menschli-che Milzbranderkrankungen sind selten. Die Krankheit tritt besonders bei Weidetieren auf. Da die Bakterien mit dem Kot ausgeschie-den werden, finden sie sich vor allem auf Viehweiden. Besonders stark verbreitet ist der Milzbranderreger in den Tropen Afrikas. In Europa und Nordamerika ist Milzbrand in den vergangenen Jahren bei Menschen nicht mehr vorgekommen, bei Tieren nur noch selten. Die Infektion kann glücklicherweise nicht von Mensch zu Mensch übertragen werden. Die meisten Milzbranderkrankungen befallen die Haut. Hier finden sich dunkle, meist schmerzlose Geschwüre, die der Erkrankung „Anthrax“ (Kohle) den Namen gegeben haben. Die Infektion erfolgt über kleine Verletzungen. Der Hautmilzbrand ist oft führt zu langwierigen Erkrankungen, kann aber spontan ausheilen. Diese Form ist mit geeigneten Antibiotika schnell und erfolg-reich zu therapieren, am wirkungsvollsten ist

Ciprofloxacin. Ein Impfstoff gegen Anthrax ist in Deutschland nicht verfügbar. Der beim Mi-litär in den USA eingesetzte Impfstoff schützt vor allem gegenüber der an der Haut ablau-fenden Form. Gegenüber der Lungenform ist der Schutz wahrscheinlich weit geringer. Der beim Militär verfügbare Impfstoff ist schlecht verträglich. Auch müssen regelmäßig einmal jährlich Auffrischungsimpfungen erfolgen. Eine routinemäßige Impfung für große Bevöl-kerungsgruppen ist daher nicht gerechtfer-tigt.

Beim Verdacht, dass Milzbrandbakterien als weißes Pulver in einem Brief zugeschickt wurden, muss der Kontakt mit dem Pul-ver vermieden werden. Vor allem darf das Pulver nicht eingeatmet werden. Man sollte umgehend den Raum verlassen und hinter sich abschließen. Die Hände sollten gründlich gewaschen werden. Polizei und/oder das nächste Gesundheitsamt sollten benachrich-tigt werden.

8 Bakterien

Lösung zu Seite 32, Aufgabe 3

Bakterien

Ernährung

autotroph

chemoautotrophphotoautotroph

heterotrophanaerob

aerob

prokaryotische Zelle

Chromosom

Lebensweise

Destruenten

Symbioten

Parasiten

Lebensräume

Boden

Dickdarm

Haut

Black Smoker

Heiße Quellen

Tiefsee

Salzseen

Vermehrung

exponentiell Zellteilung

systematische Einteilung

Archae- bakterien

Echte Bakterien

Einteilung nach Gestalt Stäbchen

Kokken

Spirillen

Übertrage die Tabelle in dein Heft und ergänze die Tabelle.

Art der Ernährung

Energiequelle Kohlenstoff-quelle

autotroph - fotoauto- troph- chemoautotroph

Licht

Anorganische Verbindung

Kohlenstoffdi-oxidKohlenstoffdi-oxid

heterotroph Organische Verbindung

Organische Verbindung

Kannst du dir vorstellen, dass Leben auf dem Mars existiert? Welche Bakteriengruppe kommt in Frage?

— Nimmt man an, dass Kohlenstoffdioxid und Wasserstoff in der Marsatmosphäre sowie etwas Wasser an der Marsoberfläche vorhan-den sind, sind die Grundvoraussetzungen für das Wachstum der methanogenen Bakterien gegeben. Methanogene Bakterien gehören zu den Archaebakterien. Sie sind Anaero-bier, benötigen also zum Wachstum keinen Sauerstoff. Eine Gruppe dieser Bakterien nutzt das Kohlenstoffdioxid als Substrat, das mit Wasserstoff als Elektronendonator zu Methan reduziert wird. Das Bakterium nutzt die chemische Energie, die bei der Reaktion von Wasserstoff mit Kohlenstoffdioxid frei wird, es ist also chemoautotroph.

CO2 + 4 H2 … CH4 + 2 H2O G°’= 131 kJ

Selbst wenn kein Wasserstoff vorhanden sein sollte, können einige Bakterienstämme das vorhandene Kohlenmonooxid nutzen.

Berechne, wie oft eine Bakterienzelle von 1 µm Durchmesser in eine Tierzelle von 100 µm Durchmesser passt, wenn du an-nimmst, dass die Zellen aus Würfeln beste-hen?

— 100 x 100 x100 = 1 000 000 Zellen Stelle das Wachstum der beiden Bakteri-

enstämme grafisch dar.

Wachstum und Temperatur

Temperatur (in°C)

Die beiden Bakterienstämme haben unter-schiedliche Temperaturoptima, also eine Tem-peratur, bei der sie am besten wachsen. Gib diese Temperaturen an.

— Stamm 1 hat sein Temperaturoptimum bei 25 °C, Stamm 2 bei 40 °C

Begründe mithilfe der beiden Kurven, warum es wichtig ist, Fleisch zu kühlen bzw. einzu-frieren.

— Bei 0 °C wachsen die Bakterien nicht. Stamm 1 zeigt jedoch bereits bei der Temperatur von 5 °C, also Bedingungen wie im Kühlschrank, geringes Wachstum. Je höher die Tempera-tur, desto besser ist das Wachstum bis zum Temperaturoptimum. Stamm 1 ist weniger hitzetolerant als Stamm 2. Bei 50 °C stellen beide Stämme das Wachstum ein.

Ergänze die fehlenden Begriffe in den Käst-chen und benenne die vier Typen der Energie-gewinnung.

— Typ 1: Heterotrophe, aerobe Energiegewinnung (Zellatmung)

— Typ 2: Heterotrophe, anaerobe Energie- gewinnung: Milchsäuregärung

— Typ 3: Autotrophe Energiegewinnung: Fotosynthese

— Typ 4: Chemoautotrophe Energiegewinnung

Bakterien 9

0

10

20

30

40

50

60Stamm 2Stamm 1

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50

Gew

icht

(in

mg/

l)

Bakterium 1

Wasser Kohlenstoffdioxid

Sauerstoff Traubenzucker

Milchsäure

Bakterium 2

Milchzucker

Bakterium 3

Traubenzucker Sauerstoff

Kohlenstoffdioxid Wasser

Licht

Bakterium 4

Traubenzucker Schwefel

Kohlenstoffdioxid Schwefelwasserstoff

Vom Einzeller zum Vielzeller


Handelt es sich um eine Pflanzen- oder Tier-zelle? Begründe.

— Es handelt sich um eine Pflanzenzelle: Es sind ein Chloroplast, eine Vakuole und eine Zellwand vorhanden.

Ordne den Ziffern jeweils ein Zellorganell bzw. einen Zellbestandteil zu.

— 1 Zellkern, 2 DNS, 3 Ribosom, 4 Endoplasma-tisches Retikulum (RE), 5 Golgi-Apparat, 6 Vakuole, 7 Mitochondrium, 8 Chloroplast, 9 Zellmembran, 10 Zellwand, 11 Tüpfel,

Ordne den Buchstaben A—F einen Stoff zu.— A Aminosäuren, B Eiweiß, C Kohlenstoffdio-

xid, D Sauerstoff, E Wasser, F Traubenzucker Benenne anhand der Abbildung die in den Punk-

ten 1, 3, 4, 5, 7 und 8 ablaufenden Vorgänge.— 1: Abschreiben der Erbinformation, — 3: Eiweißsynthese an den Ribosomen: aus

Aminosäuren wird das Makromolekül Eiweiß zusammengesetzt.

— 4: Das ER dient der Synthese von Fetten und dem Transport von Stoffen, z. B. von Eiweiß-molekülen.

— 5: Im Golgi-Apparat werden die vom ER angelieferten Produkte weiterverarbeitet. Man kann den Golgi-Apparat auch mit einer Fertigungs-, Sortier- und Versandeinrichtung vergleichen. Die fertiggestellten Produkte verlassen den Golgi-Apparat auf der Kern abgewandten Seite.

— 7: Die Mitochondrien sind die Orte der Zellatmung, bei der aus Traubenzucker und Sauerstoff Energie gewonnen wird. Diese wird in Form kleiner Transporteinheiten als chemische Energie gespeichert und kann in der Zelle an anderer Stelle für energieauf-wändige Prozesse, z. B. die Synthese der Eiweiße, genutzt werden. Als Abfallprodukte entstehen Kohlenstoffdioxid und Wasser.

— 8: Im Inneren der Chloroplasten findet man ein weiteres Membransystem, das an man-chen Stellen dicht gepackte Stapel erkennen lässt. Hier ist der grüne Blattfarbstoff Chlo-rophyll eingelagert. Dieser kann die Energie des Lichtes auffangen. Die Lichtenergie dient dazu, im Vorgang der Fotosynthese aus Kohlenstoffdioxid und Wasser den energie-reichen Traubenzucker herzustellen. Als Nebenprodukt wird Sauerstoff frei gesetzt.

Erkläre, weshalb die Zelle als ein offenes System bezeichnet wird, das mit der Umwelt in Stoff- und Energieaustausch steht.

— Unter einem System versteht man einen klar begrenzten Ausschnitt des Raumes. Bei of-fenen Systemen ist sowohl ein Stoff als auch ein Energieaustausch mit der Umgebung möglich. Stoffaustausch: Die Zelle nimmt Stoffe (z. B. Wasser, Sauerstoff, Kohlenstoff-dioxid, Mineralsalze) aus der Umgebung auf. Andere Stoffe werden wieder abgegeben (Kohlenstoffdioxid, Sauerstoff, Wasser-dampf, Abfallstoffe).

Energieaustausch: Die Pflanzenzelle ist auf die Lichtenergie angewiesen, um den ener-giereichen Traubenzucker zu synthetisieren. Die tierische Zelle nimmt energiereiche organische Verbindungen auf und verwendet z. B. den energiereichen Traubenzucker als Energiequelle.

Erkläre, woraus der in Punkt 8 der Abbildung abgelagerte Vorrat besteht und warum dieser nachts weniger wird.

— Bei der Fotosynthese entsteht aus Kohlenstoff-dioxid und Wasser Traubenzucker und Was-ser. Die Traubenzuckermoleküle lagern sich zu Stärke zusammen. Diese wird zunächst in den Chloroplasten abgelagert. Diese Stärke versorgt die gesamte Pflanze mit chemischer Energie und Kohlenstoffgerüsten für die Synthese anderer Moleküle, z. B. Cellulose. Etwa die Hälfte in der Stärke gespeicherten Energie wird für die Zellatmung benötigt. Da nachts keine Fotosynthese ablaufen kann, wird ein Teil der Stärke wieder in Traubenzu-cker umgewandelt und veratmet. Ein anderer Teil der Stärke wird enzymatisch in die wasserlösliche Transportform Saccharose umgebaut. Diese wird über die Leitbündel in andere Pflanzenteil transportiert. Ein Teil wird in Speicherzellen von Wurzeln, Knollen, Samen und Früchten wieder in Form des Speicherstoffes Stärke abgelagert.

Für den Aufbau bestimmter Produkte wird En-ergie benötigt. In der Darstellung unten sind Stromkabel eingezeichnet. Wie wird jedoch die Energie in der Zelle tatsächlich transpor-tiert?

— Die in den Chloroplasten und Mitochondrien frei werdende Energie wird zunächst in Form kleiner Transportmoleküle (ATP) gespeichert. ATP wird daher auch als “Energiewährung“ der Zelle bezeichnet. Pro Tag wird das ge-samte ATP im menschlichen Körper ca. 1000 mal auf- und wieder abgebaut.

Fasse zusammen, bei welchen Stoffwech-selvorgängen Energie frei wird, bei welchen jedoch Energie benötigt wird.

— Energiefreisetzung: Fotosynthese, Zellat-mung.

Energieverbrauch: Transport von Wasser in die Zelle, Stoffumbau im ER und im Golgi-Ap-parat, Eiweißsynthese an den Ribosomen.

10 Vom Einzeller zum Vielzeller

Stelle tabellarisch Zylinderzelle und Plas-mazelle einander gegenüber und vergleiche sie in Bezug auf die Zahl bzw. Ausdehnung folgender Zellorganelle: Mitochondrien, Endoplasmatisches Retikulum, Ribosomen.

— siehe nachfolgende Tabelle

Zylinderzelle Plasmazelle

Mitochondrien 18 8

Endoplas-matisches Retikulum

Nicht sehr ausgedehnt

Nimmt großen Raum ein

Ribosomen Geringere Anzahl

Große Anzahl

Äußere eine Vermutung, warum die Zellen solche großen Unterschiede in der Zahl ihrer Organelle aufweisen.

— Für den Transport der Verdauungsprodukte durch die Zylinderzellen wird Energie benö-tigt. Da diese von den Mitochondrien bereit-gestellt wird, ist die Zahl der Mitochondrien in diesem Zelltyp groß. Die Produktion der aus Eiweiß bestehenden Antikörper erfordert eine Vielzahl von Ribosomen. Die Antikörper werden im ER zur Zellmembran transportiert und nach außen abgegeben.

Erstelle eine Mind-Map der Zellbestandteile. Beginne wie unten dargestellt.

— siehe Spalte unten Vergleiche die Aufteilung des Erbguts bei

einer Zellteilung mit der oben dargestellten Verbreitung von Informationen in einem Büro. Arbeite die Gemeinsamkeiten heraus.

— Kopieren: „aus eins mach zwei“, exaktes Duplikat, gleiche Information;

— Verteilen: paralleles Lesen der Information

Warum ist es nötig, das Erbmaterial in der Synthesephase zu verdoppeln?

— Es wird in der Mitose auf zwei Zellen verteilt, die beide die gesamte Information enthalten müssen.

Vergleiche die urprüngliche Mutterzelle vor mit den entstehenden Tochterzellen nach ei-ner Zellteilung hinsichtlich des Erbguts. Stelle die Befunde in einer Tabelle zusammen.

— siehe Tabelle

Mutterzelle Tochterzelle

Chromosomen Zweichroma-tidchromosom

Einchromatid-chromosom

Erbmaterial doppelt einfach

Stelle in einer Tabelle zusammen, welche Teilstrukturen bzw. Organellen in der proka-ryotischen Zelle (Bakterienzelle) und welche in der eukaryotischen Zelle (Pflanzen- bzw. Tierzelle) die unten aufgeführten Funktionen übernehmen:

Vererbung, Eiweißsynthese, Stofftransport, Gewinnung von Energie, Abgrenzung des Zellplasmas nach außen, Festigung der Zelle nach außen, Speicherung der Erbinformation, Zellatmung, Fotosynthese.

— Lösung s. Seite 12

Vom Einzeller zum Vielzeller 11


Zellbestandteile

Ribosomen

ohne Membran

mit Doppel- membran

Zellkern Chloroplasten Mitochondrien

mit Einfachmembran

Endoplasmatisches Retikulum Golgi-Apparat Vakuole Zellplasma

siehe Tabelle


Vergleiche den Weg der Nahrung bei Pa-ramecium und Mensch. Welches Organell entspricht welchem Organ?

— siehe Tabelle

Weg der Nah-rung

Pantoffeltier-chen

Mensch

Nahrungsauf-nahme

Mundfeld Mund

Verdauung Nahrungsbläs-chen

Magen/Darm

Ausscheidung fester Stoffe

Zellafter After

Ausscheidung von Flüssig-keiten

pulsierendes Bläschen

Niere

Pantoffeltierchen teilen sich etwa alle 24 Stun-den. Nach 19 Tagen können theoretisch aus einem Tierchen 500 000 entstehen. Wann wäre eine Million überschritten?

— Da sich ihre Anzahl in 24 Stunden verdop-pelt, werden theoretisch nach weiteren 24 Stunden, also nach insgesamt 20 Tagen, eine Million Tierchen vorhanden sein. Diese Million wird am 21. Tag überschritten.


Welche Vorteile bringt der Zusammenschluss einzelner Zellen zu Kolonien?

— In einer Umwelt, in der viele Fressfeinde nicht viel größer sind als eine Einzelzelle von Gonium, ist der Zusammenschluss zu einer Kolonie von entscheidendem Vorteil: Die enorme Größe verhindert das Gefressenwer-den.

Stelle nach den Abbildungen dieser Seite in einer Tabelle Gemeinsamkeiten und Unter-schiede zwischen Chlamydomonas, Gonium, Eudorina und Volvox zusammen.

— siehe Tabelle

Gattung Zellzahl Anord-nung

Aufgaben der Zellen

Chlamy-domonas

1 einzellig alle Lebens-funktionen

Gonium 4—6 flächig alle Lebens-funktionen

Eudorina 32 flächig alle Lebens-funktionen

Volvox bis 20 000 Hohl- kugel

arbeitsteilig: Ernährung, Bewegung, Fortpflanzung

„Einzeller sind unsterblich“. Begründe diese Aussage anhand der Beispiele.

— Bei der Zellteilung im Verlauf der Fortpflan-zung bleiben keine spezialisierten Zellen zurück, wie z. B. bei Volvox.


Ordne den Ziffern je ein Organell zu und gib dessen Hauptaufgabe an.

— 1 = Augenfleck, 2 = Geißelsäckchen, 3 = Pulsierende Vakuole, 4 = Zellkern, 5 = lange Geißel, 6 = Chloroplast, 7 = Speicherstoffe, 8 = Zellhaut


Bakterienzelle Pflanzenzelle Tierische Zelle

Vererbung Ringförmiges Chromo-som

Zellkern Zellkern

Eiweißsynthese Ribosomen Ribosomen Ribosomen

Stofftransport — Endoplasmatisches Retikulum

Endoplasmatisches Retikulum

Gewinnung von Energie Membraneinstülpung Chloroplast, Mitochon-drium

Mitochondrium

Abgrenzung des Zellplas-mas nach außen

Membran Membran Membran

Festigung der Zelle nach außen

Zellwand Manchmal Schleimhülle

Zellwand —

Speicherung der Erbin-formation

Chromosom und Plasmide

Zellkern mit vielen Chromosomen

Zellkern mit vielen Chro-mosomen

Zellatmung Membraneinstülpung Mitochondrien Mitochondrien

Fotosynthese Membraneinstülpung Chloroplasten —

Definiere den Begriff Organell.— Organelle sind Untereinheiten der Zelle, de-

nen ganz bestimmte Funktionen zugeordnet werden können.

Ordne die Begriffe autotroph und hetero-troph jeweils einer Ernährungsweise zu und beschreibe diese mit einer Wortgleichung.

— Am Licht: Autotrophe Ernährung durch Foto-synthese. Im Dunkeln: Heterotrophe Ernäh-rung durch Aufnahme von Nahrungspartikeln, die in Verdauungsbläschen eingeschlossen werden und im Körper verdaut werden.

Ordne Euglena in ein Reich der Lebewesen ein.

— Euglena gehört zu den „ursprünglichen Euka-ryoten“. Es besitzt einen echten Zellkern, ist aber noch sehr einfach gebaut.

Wende die Kennzeichen des Lebens (s. Seite 20) auf Euglena an.

— Bestimmte Gestalt: Euglenen sind lang herzförmig, schraubenartig verdreht und besitzen 2 Geißeln, eine kurze und eine lange Zuggeißel.

— Aufbau aus Zellen: Euglena besteht aus einer einzigen Zelle.

— Wachstum und Entwicklung: Erreicht Euglena durch Wachstum eine bestimmte Größe teilt sich das Augentierchen. Die Geißeln werden abgebaut, der Kern teilt sich, die Zelle bildet durch Längsteilung zwei kleinere Tochterzel-len.

— Stoffwechsel: Euglena nimmt Stoffe aus der Umgebung auf und gibt andere Stoffe wieder ab. Aufgenommene Nahrung wird verdaut und in körpereigene Stoffe umgewandelt. Trotz des Stoffzuflusses und des Stoffabflus-ses verändern sich die Gestalt und die innere Zusammensetzung des Augentierchens wenig (Fließgleichgewicht).

— Reizbarkeit und Bewegung: Bei gleichmäßi-ger Lichteinstrahlung schwimmen die Eug-lenen in Richtung Lichtquelle. Der Lichtreiz wird von dem Fotorezeptor an der Basis der Schwimmgeißel wahrgenommen. Aufgrund der Geißelbewegung rotiert Euglena bei der

Vorwärtsbewegung ständig um die Längs-achse. Fälllt das Licht von der Seite her ein, wird der Fotorezeptor bei jeder Umdrehung einmal beschattet. Euglena ändert seine Schwimmrichtung so lange, bis der Fotore-zeptor nicht mehr beschattet wird und das Licht von vorn kommt. Auch bei Berührung ändert Euglena die Schwimmrichtung.

— Fortpflanzung und Vererbung: Bevor sich Euglena in zwei Tochterzellen teilt, werden die Chromosomen verdoppelt, jede Zelle erhält eine identische Kopie der Erbinfor-mation (Ungeschlechtliche Fortpflanzung). Manche Augentierchen können sich aber auch geschlechtlich fortpflanzen. Zunächst verschmelzen zwei Euglena-Zellen, dann deren Zellkerne.

— Veränderbarkeit: Von Euglena existieren etwa 150 Arten. Diese sind im Verlauf der Evolution durch Veränderungen (Mutationen) in der Erbinformation entstanden.

Vergleiche die Mitose von Euglena mit der Mitose der anderen Eukaryoten (Normaltyp). Ergänze im Heft die Stellen mit den Fragezei-chen.

— Bei Erreichen einer bestimmten Zellgröße verdoppeln sich die Chromosomen. Es entstehen Zwei-Chromatid-Chromosomen. Diese Phase ist die Synthesephase. Die sich anschließende Trennung der Chromosomen wird als Mitose bezeichnet. Um die 2-Chro-matid-Chromosomen trennen zu können, verkürzen und verdicken sie sich, dies ist die Verpackung. Bei der Normalzelle wandern die Ein-Chromatid-Chromosomen = Chroma-tiden zu den Polen der Zelle, bei Euglena werden sie innerhalb des Zellkerns verteilt. Anschließend entspiralisieren sich die Ein-Chromatid-Chromosomen wieder, es schließt sich die Zellteilung an. Während sich bei Euglena die Tochterzellen trennen, bleiben in Geweben die Tochterzellen miteinander verbunden.

Die Abbildung 58 unten zeigen das Prinzip der Osmose. Beschreibe diesen Vorgang mit eigenen Worten

— Osmose: Das Zellplasma enthält gelöste Salze, ihre Konzentration beträgt 0,9 %. Legt man die Zelle in Wasser mit einer geringeren Salzkonzentration, müsste das Salz aus der Zelle heraus- und Wasser in die Zelle einströ-men. Die Zellmembran wirkt wie eine Barriere, die kleine Poren enthält, durch die zwar die kleineren Wasserteilchen in die Zelle ein-strömen können, die größeren Salzteilchen jedoch nicht aus der Zelle heraus diffundieren können.

Übertrage die Werte der Tabelle in ein Dia-gramm.

— s. Abb. links Erläutere und interpretiere das Ergebnis.— Je geringer die Salzkonzentration im Außen-

medium ist, desto mehr Wasser strömt in die Zelle ein und desto mehr Wasser wird über die pulsierende Vakuole nach außen trans-portiert.


0

0,5

1,0

1,5

2,0

2,5

Förderleistung (ul/min)

Salzkonzentration außen (%)

Versuch 1 Versuch 2 Versuch 3

Sal

zkon

zent

ratio

n au

ßen

För

derl

eist

ung

der

puls

iere

nden

Vak

uole


Zusammenhang zwischen Salzkon-struktion außen und Förderleistung der pulsierenden Vakuole

Welche Folgen hätte es für die Einzeller, wenn keine pulsierenden Vakuolen vorhanden wären?

— Es bestünde die Gefahr, dass die Zelle durch die Wasseraufnahme platzt.

Ein Erwachsener besitzt etwa 5 000 cm Blut. Berechne, wie viele rote Blutzellen im menschlichen Blut vorhanden sind.

— Zahl der roten Blutzellen im Blut: 5000 x 1000 x 5 000 000 = 25 000 000 000 000

Wie viele Zellteilungen pro Sekunde müssen im Knochenmark ablaufen, damit absterbende rote Blutzellen wieder vollständig ersetzt wer-den? Tipp: Rechne die 120 Tage in Sekunden um.

— Bildung der roten Blutzellen pro Sekunde: 25 000 000 000 000 : 20 : 24 : 60 : 60 = 2 411 265

Stelle tierische und pflanzliche Merkmale von Volvox in einer Tabelle zusammen.

— siehe Tabelle

Tierische Merkmale Pflanzliche Merkmale

Orientierung mit Foto-rezeptor und Augen-fleck

Fotosynthese

Fortbewegung durch Geißeln

Zellwände

Plasmabrücken, die Stoff und Energieaustausch ermöglichen

Geschlechtliche und ungeschlechtliche Fortpflan-zung

Begründe, warum die Kugelalge weder in das Pflanzen- noch in das Tierreich eingeordnet wird.

— Bei Volvox handelt es sich um einen ein-fachen Eukaryoten. Volvox unterscheidet sich erheblich von vielzelligen Pflanzen und Tieren. Volvox besteht aus nur zwei verschie-denen Zelltypen. Man kann daher noch nicht von einem echten Vielzeller sprechen, da bei diesen unterschiedliche somatischen Zellen mit ausgeprägter Arbeitsteilung auftreten. Volvox steht damit am Anfang der Evolution der höheren Eukaryoten.

Gib das Reich an, dem Volvox systematisch zugeordnet wird und nenne weitere Vertreter dieses Reiches.

— Reich der ursprünglichen Eukaryoten (Pro-tisten). Weitere Vertreter: Wimpertierchen, Geißeltierchen, Kieselalgen, Schleimpilze, Amöben, Rotalgen, Grünalgen, Braunalgen, Algenpilze.

Erläutere am Beispiel der Kugelalge, was man unter ungeschlechtlicher, was unter ge-schlechtlicher Fortpflanzung versteht.

— Ungeschlechtliche Vermehrung: Bestimmte Zellen, die Fortpflanzungszellen, teilen sich und bilden kleinere Tochterkugeln. Die Toch-terzellen besitzen eine identische Erbinfor-mation wie die Mutterzellen.

Geschlechtliche Vermehrung: Die Fort-pflanzungszellen werden zu Spermien- und zu Eizellen. Männliche Spermienzelle und weibliche Eizelle sowie deren Zellkerne verschmezen. Dabei wird das Erbmaterial der beiden Zellen miteinander kombiniert. Diese wachsen zu neuen Gitterkugeln heran. Durch die Vermischung der Erbanlagen entstehen Nachkommen mit neuen Merkmalskombinati-onen.

Warum spricht man bei Volvox von einem Vielzeller, bei Eudorina dagegen von einer Algenkolonie?

— Bei Eudorina werden die 32 Zellen durch eine Gallerthülle zusammengehalten. Die einzel-nen Zellen können jedoch abgetrennt ohne weiteres überleben. Volvox kann bereits als vielzelliges Individuum angesehen werden, die einzelnen Zellen sind durch Plasmafäden miteinander verbunden. Einzelne Zellen sind nicht mehr überlebensfähig.

Volvox wird als „erste Leiche“ bezeichnet. Ist diese Bezeichnung zutreffend?

— Bei Volvox tritt bereits eine Differenzierung zwischen Körperzellen und Keimzellen auf. Die Körperzellen altern und sterben ab, wenn die Tochterkugeln im Inneren der Mutterku-gel groß genug sind. Die Bezeichnung erste Leiche ist daher gerechtfertigt. Die Zellen einfacher Kolonien sind dagegen potentiell unsterblich, da sie durch Teilung immer wie-der regenerieren können.

Lies die Doppelseite 60/61 „Leitthema Orga-nisationsebenen“. Ordne die unten aufgeführ-ten Begriffe in die richtige Organisationsebe-ne ein.

Organisationsebene: Molekül, Organell, Zelle, Gewebe, Organismus. Einzelne Körperzelle, alle Körperzellen, Chloroplast, Traubenzu-cker, Spermium, Geißel, Zellkern, Volvox, Sauerstoff, Eizelle, Mitochondrium.

— siehe Tabelle unten links Stelle einen Zusammenhang zwischen Ge-

nerationszeit und Körpergröße her, indem du die Grafik unten auswertest. Unter Genera-tionszeit versteht man die durchschnittliche Zeitdauer zwischen der Geburt eines Lebewe-sens und der Geburt seiner Nachkommen.

— Die Tabelle zeigt, dass kleine Organismen eine kürzere Generationszeit besitzen. Grö-ßere Organismen brauchen länger, bis sie die für die Fortpflanzung benötigte Körpergröße erreichen.


Molekül Organell Zelle Gewebe Organismus

Traubenzucker, Sauerstoff

Chloroplast,Geißel

einzelne Körper-zelle, Spermium, Eizelle

— alle Körper-zellen, Volvox



Babuschkas sind Puppen, die wiederum kleinere und noch kleinere Puppen enthalten. Vergleiche diese Puppen mit den Organisati-onsebenen der Lebewesen.

— Lebewesen folgen ebenfalls dem Schach-telprinzip. Der Organismus kann als System aufgefasst werden, in dem wiederum kleinere Untereinheiten bzw. Untersysteme zusam-menwirken bzw. aufeinander abgestimmt sind.

Jede Organisationsebene weist neue Eigen-schaften auf, die in der darunter liegenden Ebene nicht vorhanden waren. Finde dazu passende Beispiele.

— Atom: Beispiel: Wasserstoffatom: kleines Teilchen, Gas

— Molekül: Wasser: Bei Raumtemperatur flüs-sig, hat andere Eigenschaften wie die Atome Wasserstoff und Sauerstoff.

— Organell: Beispiel: Chloroplast: Fotosyn- these möglich, aber allein noch nicht le-bensfähig. Erst durch das Zusammenwirken verschiedener Moleküle im Chloroplasten ist die Fotosynthese möglich.

— Zelle: Kleinste, überlebensfähige Einheit durch Zusammenspiel aller Organellen der Zelle (Mitochondrien, Zellkerm etc.)

— Gewebe: verschiedene Zellen können sich spezialisieren und dadurch wiederum ver-schiedene Aufgaben wahrnehmen. Beispiel: Drüsengewebe produziert Schleim, der die Schleimhäute feucht hält, Muskelgewebe dagegen dient der Kontraktion und damit der Fortbewegung.

— Organe: Durch das Zusammenwirkung ver-schiedener Gewebe kann der Gesamtorga-nismus funktionieren. Beispiel: Ohne Magen ist die Verdauung nicht möglich, ohne Herz funktioniert der Blutkreislauf nicht.

— Organsysteme: Allein mit dem Magen ist die Verdauung nicht möglich, sondern das gesamte Verdauungsystem (Mund, Speise-röhre, Dünndarm, Dickdarm) muss zusam-menarbeiten.

— Organismus: Der Organismus ist mit der Zelle vergleichbar: In der Zelle arbeiten die einzel-nen Organelle zusammen, im Organismus die Organe und Organsysteme.

— Lebensgemeinschaft: Ein Organismus allein kann nicht existieren. Gäbe es keine Pflan-zen, die das Licht der Sonne in organische Stoffe umwandelten (z. B. Traubenzucker), könnten auch Tiere nicht existieren, da sie auf die energiereichen organischen Stoffe als Nahrung angewiesen sind.

Benenne die aufgeführten Bauteile von Pflan-zen und Tieren mit dem richtigen Organisati-onsbegriff: a) Wasserleitungsbahn, Zellkern, Kohlen-

stoffdioxid, Wurzel, Endoplasmatisches Retikulum, Spross.

b) Bizeps-Muskel, Niere, Geschlechtsorga-ne, Sauerstoff, Stäbchen der Netzhaut, Netzhaut, Nervensystem.

— siehe Tabelle unten Gibt es über die Lebensgemeinschaft hinaus

weitere Organisationsebenen?— Als weitere Organisationsebenen gibt es:— Ökosysteme (= Biotop + Lebensgemein-

schaft). Beispiele: Tundra, Wüste, See, tropische Regenwälder, Korallenriffe

— Die Erde (mit Kern, Erdmantel, Erdkruste). — Das Sonnensystem mit den Planeten— Sternensysteme (Galxien) wie das Milchstra-

ßensystem mit vielen Sonnensystemen— Universum mit vielen Galaxien


Atom Molekül Organell Zelle Gewebe Organ Organsystem

Sauer-stoff

Kohlenstoffdi-oxid

Endoplasmati-sches Retikulum

Stäbchen der Netzhaut

Wasserleitungs-bahn, Netzhaut

Bizeps-Muskel, Niere Wurzel, Spross, Nervensystem


System Organismus Organ-

systeme Organe


Vergleiche Insekt und Wirbeltier hinsicht-lich ihres Körperbaus. Übertrage dazu die nebenstehende Tabelle in dein Heft und fülle die Spalte für die Wirbeltiere aus. Schlage, falls nötig, die Informationen in Büchern oder Unterlagen aus deinem früheren Biologieun-terricht nach.

— siehe Tabelle

Wirbeltier Insekt

Gestalt, Glie-derung

Kopf, Rumpf, 4 Extremitäten oder Flossen

Kopf, Brust, Hinterleib, 6 Beine

Skelett innen außen

Flügel Umgewandelte Vorderbeine

Skelettausstül-pungen

Mundwerk-zeuge

Nach innen gerichtet

Nach außen gerichtet

Augen Linsenaugen Netzaugen (viele Einzelau-gen)

Herz Kompaktes Herz in der Brust

Röhrenherz am Rücken

Blutkreislauf geschlossen offen

Blut Mit Sauerstoff-transport

Ohne Sauer-stofftransport

Gasaustausch Lunge oder Kiemen

Tracheensys-tem

Nervensystem Zentralnerven-system

Kopfganglien, Bauchmark

Wie wird der Gasaustausch bei Pantoffeltier-chen, Fischen, Vögeln und den Menschen bewerkstelligt?

— Pantoffeltierchen: Diffusion, keine speziellen Atemorgane

— Fische: Kiemen— Vögel und Menschen: Lungen Welche Aufgaben erfüllt das Nervensystem

eines Tieres? Stelle gegenüber, welche Bauteile des menschlichen Zentralnervensys-tems denen des Nervensystems der Insekten entsprechen.

— Aufgaben: Weiterleitung und Verarbeitung von Erregungen und Reizen im Körper

Mensch Insekt

Gehirn Kopfganglien

Rückenmark Bauchmark

Nerven Nerven


Zeichne das Sprungbein der Heuschrecke (s. Abb. 75.1). Vergleiche es mit dem Grund-bauplan eines Laufbeins.

— Im Vergleich zum Laufbein, das den Grund-typus des Insektenbeins darstellt, ist beim Sprungbein der Laubheuschrecke die Mus-kulatur des Schenkels verstärkt. Der Schen-kel ist entsprechend dicker, das Kniegelenk ist das Sprunggelenk.


Vergleiche die beiden Fotos der Facetten-augen eines Ohrenkneifers (links) und einer Libelle (rechts). Welches der beiden Insekten erkennt ein schärferes Bild seiner Umwelt? Begründe deine Antwort.

— Libelle erkennt schärferes Bild ihrer Umwelt, da sie mehr Einzelaugen besitzt. So ergibt sich ein feiner gerastertes Bild, auf dem mehr Einzelheiten zu erkennen sind.


Ordne die Fotos der Insekten auf dieser Seite den Namensschildern und den hier beschrie-benen Insektengruppen zu. Informiere dich in einem Bestimmungsbuch über diese Insekten.

— A 5 Grashüpfer und 8 Feldgrille, B 10 Azurjungfer, C 7 Silberfischchen, D 3 Tagpfauenauge und 4 Taubenschwänzchen, E 9 Marienkäfer, F 6 Kohlschnake, G 1 Hornisse, H 2 Feuerwanze


Überlege, welche Vorteile ein Zusammenle-ben in einem Insektenstaat für die Einzelindivi-duen hat.

— Schutz des Einzelnen, größere Leistungen durch Arbeitsteilung, stärkere Vermehrung durch gemeinsame Brutpflege etc.


Arbeite anhand der Abbildungen Gemein-samkeiten und Unterschiede im Körperbau der beiden Arten heraus und stelle sie in einer Tabelle zusammen.

Stubenfliege Stechmücke

Körper plump, gedrungen

schlank, grazil

Antennen kurz lang

Flügelpaare 2 2

Mundwerk-zeuge

tupfend- saugend

stechend- saugend

Augen groß klein

Beinpaare 6 6

16 Wirbellose Tiere

Vergleiche beide Entwicklungszyklen und stelle Gemeinsamkeiten und Unterschiede in einer Tabelle dar.

— siehe Tabelle

Stubenfliege Stechmücke

Entwick-lungstyp

vollkommen vollkommen

Puppe Tönnchen-puppe

beweglich, im Wasser

Larven Maden (beinlos)

im Wasser schwimmend, mit Borsten

Entwicklungs-ort

Fleisch, Mist etc.

Wasser (Tüm-pel, Pfützen)

Erläutere Faktoren, die für beide nötig sind, um ihren Entwicklungszyklus zu schließen und sich damit zu vermehren. Warum bietet die menschliche Umgebung diesen Insek-tenarten annähernd optimale Bedingungen dafür?

— Stubenfliege: braucht Fleisch- und andere Abfälle für die Eiablage und Ernährung der Larven, Wärme für die Entwicklung nötig; in menschlichen Haushalten gegeben

Stechmücke: braucht Kleinstgewässer für die Entwicklung der Larven und Puppen, in Gärten häufig Eimer und andere Behälter mit Wasser vorhanden; Weibchen saugen Blut, das für die Eireifung nötig ist, finden dies auch bei Menschen

Vergleiche die Mundwerkzeugtypen von Stubenfliege und Stechmücke. In welchem Zusammenhang stehen sie mit der Ernäh-rungsweise?

— Stubenfliege: tupfend-saugend; tupfen Flüs-sigkeiten (z. B. Zuckerwasser) von Oberflä-chen auf

Stechmücke: stechend-saugend; stechen Blutgefäße schlafender Wirbeltiere an, um an das Blut zu gelangen

Vergleiche die Sinnesorgane am Kopf der bei-den Insektenarten und leite daraus Aussagen über deren Lebensweise ab.

— Stubenfliege: unterentwickelte Antennen, große Facettenaugen; guter Sehsinn, Orien-tierung mit den Augen, tagaktiv

Stechmücke: lange Antennen, kleine Augen; Orientierung v. a. mit dem Geruchsinn, nacht-aktiv

Welche Problematik steckt in dem Auftreten von Stubenfliegen und Stechmücken in der Nähe des Menschen? Wie können diese Tiere dem Menschen schaden? Gehen von ihnen ernste Gefahren für unsere Gesundheit aus?

— Übertragung von Keimen (Bakterien, Schim-melpilze) auf menschliche Nahrungsmittel, dadurch Übertragung von Krankheiten möglich; Verderben der Nahrung durch Ver-schimmeln oder Verfaulen, aber auch durch Madenbefall

Überlege, welche Tiere in unseren Dörfern und Städten dringend auf Fliegen und Mücken als Nahrungstiere angewiesen sind. Versuche grafisch möglichst anschaulich darzustellen, wie diese Lebewesen voneinander abhängen.

— Fressfeinde von Fliegen und Mücken: Schwalben und andere Vögel, Frösche, Spin-nen, Wespen etc.

Beispiel einer Nahrungskette: Mist … Stubenfliege … Springspinne …

Kohlmeise … Sperber Erkläre mithilfe der Skizzen der Füße, wie es

der Stubenfliege gelingt, auf so unterschiedli-chen Untergründen auch kopfüber zu laufen, ohne abzurutschen.

— Haken zum Festkrallen auf rauen Untergrün-den, z. B. Tapete;

Haftpolster zum Laufen auf glatten Unter-gründen, z. B. Glas

Beschreibe den Entwicklungszyklus des Malariaerregers. Welche Rolle spielt dabei die Anophelesmücke?

— Beschreibung des Schemas; Rolle der Mücke: Zwischenwirt, Träger der

Sichelkeime, Überträger auf den Endwirt (Menschen)

Gegen Malariaerreger gibt es bisher nur schlecht wirksame Medikamente. Überle-ge dir Vorschläge, mit welchen indirekten Maßnahmen man trotzdem die Krankheit eindämmen und bekämpfen könnte. Beziehe dabei dein Wissen über Stechmücken mit ein.

— Einsatz von Insektenvernichtungsmitteln gegen Anophelesmücke, um Überträger zu reduzieren; Trockenlegung von Klein-gewässern, um Entwicklung der Larven zu unterbinden; Benutzung von Insektensprays und Moskitonetzen, um Mückenstiche zu verringern; etc.


Wie viele Spinnfäden müsste man nebenei-nander legen, um die Dicke eines menschli-chen Kopfhaars zu erhalten?

— Man müsste 20 Spinnfäden nebeneinander legen.


Die Insekten bilden unter den Gliederfüßern die weitaus größte Gruppe: 85 % der Glie-derfüßer sind Insekten. Berechne welchen prozentualen Anteil an der Gesamtartenzahl der Tiere damit die Insekten haben.

— 66,3 % Etwa 4 200 Säugetierarten kennt man. Das ist

nur ein kleiner Teil der Wirbeltiere, von denen es insgesamt 48 000 Arten gibt. Wieviel Pro-zent machen demnach die Säugetiere unter den Wirbeltieren aus?

— 9,1 % Berechne, um welches Vielfache es mehr

Insekten als Säugetiere gibt!— um das 243-fache mehr Insekten

Wirbellose Tiere 17

Übertrage die nebenstehende Tabelle in dein Heft und stelle die Gemeinsamkeiten und Unterschiede im Körperbau der vier Klassen der Gliederfüßer zusammen.

— siehe Tabelle

Übertrage den Bestimmungsschlüssel in dein Heft und trage die entsprechenden Tiergrup-pen in die leeren Felder ein.

— Freie Felder von links nach rechts: Spinnen-tiere, Tausendfüßer, Krebstiere, Insekten

Identifiziere die mit Ziffern gekennzeichneten Organe des Krebses.

— 1 Erstes Antennenpaar 2 Zweites Antennenpaar 3 Mundöffnung 4 Kieferfüße 5 Bauchmark/Nervensystem 6 Kropf/Magen 7 Mitteldarmdrüse 8 Darm 9 Röhrenherz 10 Geschlechtsorgane 11 Laufbeine 12 Afterfüße Warum hat der Krebs keine Lungen oder

Tracheen als Atmungsorgane?— Krebse leben im Wasser, dort sind Tracheen

oder Lungen nicht funktionstüchtig. Vergleiche die inneren Organe des Krebses

mit denen der Insekten und der Wirbeltiere (siehe S. 66). Wo liegen Unterschiede?

— Krebse haben eine ähnliche innere Organi-sation wie die Insekten (Röhrenherz am Rü-cken, Strickleiternervensystem), haben aber eine Mitteldarmdrüse (vergleichbar mit Leber und Bauchspeicheldrüse bei Wirbeltieren)

Zu welchen Klassen gehören die abgebildeten Gliederfüßer? Informiere dich in einem Be-stimmungsbuch über deren Namen und deren Lebensweise.

— A 3 Schmetterlingslarve, B 4 Bücherskorpion, C 1 Assel, D 2 Tausendfüßer


Beschreibe anhand von Abbildung 3 die Explosion einer Nesselzelle.

— Berührt ein Beutetier auch nur einen der 6 bis 8 Fangarme, wird über den Auslösestift einer oder mehrerer Nesselzellen der Fangmecha-nismus ausgelöst. Der Deckel wird abge-sprengt und der Stilettapparat bohrt sich in den Körper des Opfers. Dabei können sogar Chitinpanzer von Wasserflöhen (Kleinkrebse) durchschlagen werden. Der lange Nesselfa-den wird umgestülpt und ausgeschleudert. Er dringt in den Körper der Beute ein. Das Nesselgift ergießt sich in die Wunde, lähmt und tötet das Tier. Schließlich befördern die Fangarme die Beute unzerkleinert in die Mundöffnung. Danach wird sie im Magen-Darm-Raum zersetzt.


Ordne den Zahlen der Abbildung die richtigen Bezeichnungen zu. Stelle eine Tabelle auf, in der Gemeinsamkeiten und Unterschiede von Süßwasserpolyp und Qualle vermerkt sind.

— 1) Ektoderm, 2) Stützschicht, 3) Keimdrüse, 4) Entoderm, 5) Magen-Darm-Raum, 6) Fangarm Weshalb bezeichnet man die Fortpflanzung

des Polypen einer Qualle als ungeschlecht-lich, die Fortpflanzung der Qualle selbst als geschlechtlich?

— Die Quallen bilden Keimzellen, die zu einer Befruchtung führen, während Polypen durch Knospung Quallenlarven bilden.

Erkläre die folgenden Begriffe: Generations-wechsel, Metamorphose, Larve.

— Generationswechsel: Liegt dann vor, wenn sich verschiedene Generationen von Lebe-wesen einer Art unterschiedlich fortpflanzen.

Metamorphose: Grundlegende innere und/ oder äußere Verwandlung innerhalb der Indi-vidualentwicklung.

Larve: Frühes Entwicklungsstadium von Tieren während der Metamorphose.


Grabe einen Regenwurm aus, spüle die Erde ab und betrachte ihn. Achte darauf, dass das Tier nicht trocken wird.

— Man erkennt die Gliederung in einzelne, gleich aussehende Körperringe oder Segmente. Die Rückenseite ist dunkler als die Bauchseite, Mundwerkzeuge fehlen. Im vorderen Drittel fällt ein drüsenreicher Gürtel durch seine hellere Färbung auf.

Versuche herauszufinden, wo vorne und hin-ten bei einem Regenwurm ist. Nimm das Tier locker in die geschlossene Hand.

— Sein Vorderende ist abgerundet; es ist das erste Segment, das als „Kopflappen“ über die Mundöffnung herausragt. Das Hinterende ist abgeflacht und läuft spitz aus.

18 Wirbellose Tiere

Insekten Spinnentiere Krebstiere Tausendfüßer

Zahl der Beinpaare

6 8 10 oder mehr bis 250

Skelett Außenskelett aus Chitin

Außenskelett aus Chitin

Außenskelett aus Chitin und Kalk

Außenskelett aus Chitin

Atmungsor-gan

Tracheensys-tem

Fächertra-cheen

Kiemen Tracheensys-tem

Körper- gliederung

Kopf, Brust, Hinterleib

Vorderkör-per, Hinter-körper

Kopfbrust, Hinterleib

Kopf, Rumpf-segmente

Zahl der Antennen

2 0 4 2

Streiche mit einem Finger in beide Längsrich-tungen über den Körper des Wurmes. Was spürst du?

— Streicht man an der Bauchseite von hinten nach vorn, bemerkt man die feinen Chitin-borsten; in entgegengesetzter Richtung ist nichts zu spüren. Die Borsten können dem Körper anliegen, sich aber in Gegenrichtung abspreizen.

Lasse den Wurm über Pergamentpapier und eine Glasplatte kriechen. Beobachte und beschreibe sein Verhalten.

— Auf dem Pergamentpapier ist ein kratzendes Geräusch zu hören, während der Regenwurm vorwärts kriecht. Der Körper des Wurms wird abwechselnd lang und dünn, dann kurz und dick.

Das Tier kriecht vorwärts, wenn die Wellen-bewegungen von vorne nach hinten laufen, es kriecht rückwärts, wenn die Wellenfront von hinten nach vorne durchläuft. Die 4 Paar Chitinborsten je Segment verankern das Tier auf dem Pergament und verursachen das kratzende Geräusch. Auf der Glasplatte win-det sich das Tier hin und her, es kommt aber nicht voran. Die Chitinborsten greifen nicht auf der glatten Unterlage.


Welche Eigenschaften haben die Lebensräu-me der Weinbergschnecken?

— Sie sind zumindest zeitweise feucht und enthalten Nahrungspflanzen. Stellenweise muss der Untergrund weich genug sein zum Graben einer Erdhöhle für die Eiablage.

Weinbergschnecken besitzen 2 Paar Fühler. Beschreibe ihre Funktionen.

— Am Paar der langen Fühler sitzen die Augen. Die kurzen Fühler dienen als Tastorgane.

Es gibt auch gehäuselose Schnecken, wie etwa die Rote Wegschnecke.a) Bei welchen Wetterverhältnissen begeg-

net man den Tieren häufig? Erkläre.b) Betrachte eine Rote Wegschnecke.

Welche typischen Merkmale des Mollus-kenkörpers kannst du an ihr entdecken? Suche die Atemöffnung.

a) Man trifft sie besonders häufig nach Regen, Nebel oder Tau an, da sie auf feuchtem Untergrund weniger Wasser bei der Fort-bewegung verlieren.

b) Von außen sind Fuß und Eingeweidesack erkennbar. Die Atemöffnung befindet sich ein Stück hinter dem Kopf am unte-ren Rand des Schildes.


Zusatzexperimente1. Angesogen oder festgeklebt:Das Kriechen einer Schnecke auf einer Glas-scheibe wird von den Schülern oft fälschlich als „Ansaugen“ beschrieben. Um zwischen Saugen und dem tatsächlichen Kleben durch den vom Tier gebildeten Schleimfilm zu unterscheiden, kann man beim Kriechen vorsichtig ein Stöck-chen zwischen Fuß und Glasplatte schieben. Die Schnecke fällt dadurch nicht ab, wie es beim Abfallen nach Haften durch Unterdruck erfolgen würde.

2. Hören oder fühlen:Als Vergleichsversuch wird eine Stimmgabel in der Luft zum Schwingen gebracht. Die Schnecke wird beobachtet. Sie dürfte keinerlei Reaktion zeigen, da Schnecken nicht hören können. Ein solcher Ausschlussversuch ist für den Erkennt-nisprozess wichtig, da so zwischen Erklärungs-hypothesen unterschieden werden kann.

3. Negative Geotaxis:Eine Schnecke, die sich in ihrer Schale befindet, wird in einen Wasserzylinder gegeben, der dann verschlossen wird. Sie sinkt auf den Gefäßboden. (Eine Weinbergschnecke z. B. kann bis zu 24 Stunden im Wasser überleben.) Schiebt sich die Schnecke aus dem Gehäuse, so kriecht sie mit eingezogenen Fühlern nach oben. Wird der Zy-linder dann umgedreht, erfolgt keine Fortsetzung in der gleichen Richtung. Die Schnecke stoppt, wendet und kriecht wieder nach oben.

4. Rekonstruktion der Lamellenstruktur:Leere Schneckenhäuser, die noch relativ frisch sein müssen, werden unter Beachtung der nöti-gen Vorsichtsmaßnahmen (Schutzbrille) erhitzt. Erfolgt das Erhitzen langsam und gleichmäßig, ergeben sich Sprünge, die über die gesamte Schale verteilt sind. Durch genaues Zeichnen des Musters der Sprünge lässt sich dann nach dem Erkalten der Schale die Lamellenstruktur rekonstruieren.

5. Hauptbestandteil der Schale:Gesammelte leere Häuser von möglichst unter-schiedlich alten Schnecken werden in verdünnte Säure (z. B. Essigessenz) gelegt. Als Ver-gleichssubstanz eignet sich ein Stück Kalkstein. Leere Schneckenhäuser, die recht frisch sind, zersetzen sich durch aufgelagertes Conchio-lin (chitinähnliche Substanz) relativ langsam. Werden Schneckenhausbruchstücke mit mehr oder weniger starken Verwitterungserscheinun-gen in verdünnte Säure gelegt, lösen sie sich unterschiedlich schnell auf. In der Auswertung der Reaktionsgeschwindigkeiten kann man die Bedeutung des Conchiolins erklären. Es kann die Frage bearbeitet werden: Warum büßen Schne-cken bei saurem Regen ihr Gehäuse nicht ein? (Hinweis: Die Schalen sollten vor den Experimen-ten vom Lehrer mit einer Fett lösenden Substanz gereinigt werden.)

Wirbellose Tiere 19

Unterscheidung der Wegschnecken


Von der Wellhornschnecke werden häufig leere Eiballen gefunden, die an den Strand gespült wurden. Die Schnecke ernährt sich hauptsächlich von Aas. Ihr röhrenförmiger Sipho spürt chemi-sche Reize im Wasser auf. Größere Einsiedler-krebse fressen sie, um ihr Gehäuse in Besitz zu nehmen. Das Gift der Kegelschnecken ist noch wirksamer als Morphium. Es ist in der Lage auch Menschen zu töten. In geringen Dosen wird es

als Schmerzmittel eingesetzt. Nacktkiemer schützen sich vor Feinden, indem sie giftige Tiere (z B. die Portugiesische Galeere) fressen, um so Giftzellen aufzunehmen. Viele sind mit seitlichen, flügelartigen Lappen versehen und sehr farben-prächtig, daher auch der Name „See-Schmetter-linge“. Einige Meeres-Nacktschnecken weisen unter bestimmten Bedingungen Kalknadeln zur Verstärkung ihres weichen Körpers auf.

20 Wirbellose Tiere

Gartenschnecke Große Wegschnecke Braune Wegschnecke

25-30mm lang

meist dunkelgrau bis schwarz,selten dunkelbraun

Pflanzenfresser

Im Laub von Gärten, Parks undWäldern lebend

80-150mm lang

einfarbig rot, braun oder schwarz

Allesfresser

An feuchten Stellen im Unterholz,in Hecken und Gärten

ca. 70mm lang

bräunlich/gelb oder rötlich/gelb

Pflanzenfresser

Im Laub und in Moospolsternvon Laub- und Nadelwäldern

Wegschnecken

Fußsohle orange einfarbig Fußsohle nicht orange und nicht einfarbig

bis 150mm lang bis 70mm lang

Seitenbinde

Sumpfschnecke(6 Umgänge, bis 30mm)

Spitzschlammschnecke(7 Umgänge, 45–60mm)

Ohrförmige Schlammschnecke(4 Umgänge, 25–35mm)

Posthornschnecke(5 Umgänge,10–14mm)

Kleine Schlammschnecke(5–6 Umgänge, 7–9mm)

Gehäuse einheimischer Süßwasserschnecken


Beschreibe den Weg des Atemwasserstroms mithilfe von Abb. 2.

— Die Miesmuschel strudelt Wasser durch die Einströmöffnung in die Mantelhöhle ihres Körpers. Spezielle Wimpern filtrieren Nah-rung aus dem Atemwasser. Das Wasser fließt weiter an den Kiemen vorbei und gelangt durch die Ausströmöffnung wieder nach außen.

Miesmuscheln haben eine wirtschaftliche Bedeutung. Welche kann das sein?

— Miesmuscheln werden gegessen und zur Perlenerzeugung verwendet.

Vergleiche die Baupläne von Weinbergschne-cke und Miesmuschel. Suche Unterschiede und Gemeinsamkeiten.

— Gemeinsamkeiten: Schale oder Haus aus Kalk, Fuß, Mantel, Eingeweidesack.

Unterschiede: Bei der Weinbergschnecke liegt ein einteiliges Gehäuse vor. Sie hat einen Kopf mit Radula. Die Miesmuschel hat eine zweiklappige Schale und weder Kopf noch Radula.


Stelle in einer Tabelle Gemeinsamkeiten und Unterschiede von Schnecken, Muscheln und Kopffüßern zusammen.

— siehe Tabelle


Betrachte zunächst nur die Abbildungen dieser Seite und versuche, die vorgestellten Lebewesen dem Tier- bzw. Pflanzenreich zuzuordnen.

— Durch rein äußerliche Merkmale würde möglicherweise z. B. die Kammkoralle bei den Pflanzen eingeordnet werden.

Lies dann die kurzen Beschreibungen und entscheide nochmals. Begründe die Zuord-nung.

— Beispielsweise Kammkoralle: Weder Pflanze, da keine Fotosynthese, noch Tier, da Ernäh-rung und Vermehrung tieruntypisch.

Gibt es Arten, die du lieber in ein neues „Reich“ einordnen würdest? Nenne Gründe.

— Kammkoralle, Blaugrünes Bakterium, Purpur-bakterium, Blauschimmel: Die Pflanzen bzw. Tierkriterien treffen nicht zu.


Ordne zwei Tierarten, den Maikäfer und die Weinbergschnecke, in das System der Lebewesen ein, indem du ihnen die entspre-chenden wissenschaftlichen Kategorien von der Art bis zum Reich zuweist (analog zur Einordnung der Wildkatze). Schlage dazu evtl. in einem Bestimmungsbuch nach. Wo trennen sich deren Stammeslinien.

— siehe Tabelle

Kategorie Maikäfer Weinberg-schnecke

Reich Tiere Tiere

Unterreich Vielzeller Vielzeller

Abteilung Gewebetiere Gewebetiere

Stamm Gliederfüßer Weichtiere

Klasse Insekten Schnecken

Ordnung Käfer Lungen- schnecken

Familie Marienkäfer Stielaugen-schnecken

Gattung Coccinella Helix

Art C. septem-punctata

H. pomatia

Entscheide und begründe, ob es sich bei den folgenden Variationen innerhalb einer Art um individuelle Unterschiede aufgrund von Umweltfaktoren oder um Unterschiede in den Erbanlagen handelt:a) Muskulöser Mann — Schmaler, untrainier-

ter Mannb) Gelbgrüner Wellensittich — Blauer Wel-

lensittichc) Buche mit grünen Blättern —Zuchtform

der Blutbuche mit roten Blätternd) Kräftiger Salat in gedüngtem Bo-

den — Kümmerlicher Salat in ungedüng-tem Boden

Diskutiere, in welchen Fällen auch eine Kombination aus vererbten und erworbenen Faktoren denkbar wäre.

— Individuelle Veränderung: a) Grund: Training, d) Grund: Mineralstoffzufuhr

Unterschiede in Erbanlagen: b), c) Merkmale jeweils von Geburt an

Kombination möglich: a) evtl. auch unter-schiedliche Veranlagungen zum Muskelauf-bau bei Menschen

Wirbellose Tiere 21

Merkmal Schnecke Muschel Tintenfisch

Kalkschale einteilig zweiklappig Schulp

Gliederung Kopf, Fuß, Mantel, Rumpf, Eingewei-desack

Fuß, Mantel, Rumpf

Kopf, Fuß, Mantel, Eingeweidesack

Atmung „Lunge“, Kiemen Kiemen Kiemen

Nahrungsauf-nahme

Radula, Oberkiefer Atemwasser Schnabelkiefer, manchmal Radula

Sinne Augen, Geschmack, Geruch, Tastsinn, kein Gehör

(Augen), Geschmack, Tast-sinn, kein Gehör

Linsenaugen, Ge-schmack, Tastsinn, kein Gehör

Kreislauf Herz, offener Kreislauf

Herz, offener Kreislauf

Herz, fast geschlos-sener Kreislauf

Gartenschnecke Große Wegschnecke Braune Wegschnecke

25-30mm lang

meist dunkelgrau bis schwarz,selten dunkelbraun

Pflanzenfresser

Im Laub von Gärten, Parks undWäldern lebend

80-150mm lang

einfarbig rot, braun oder schwarz

Allesfresser

An feuchten Stellen im Unterholz,in Hecken und Gärten

ca. 70mm lang

bräunlich/gelb oder rötlich/gelb

Pflanzenfresser

Im Laub und in Moospolsternvon Laub- und Nadelwäldern

Wegschnecken

Fußsohle orange einfarbig Fußsohle nicht orange und nicht einfarbig

bis 150mm lang bis 70mm lang

Seitenbinde

Evolution


Erläutere den Befund, dass wesentlich mehr Fossilien von Meerestieren als von Landlebe-wesen gefunden werden.

— Das Verschütten toter Organismen durch Sedimentation ist im Meer häufiger als das Verschwinden der Reste durch Aasfresser: — ständiges Absinken feinen Materials

— zufälliges Verschütten— weniger Aasfresser durch Sauerstoff-

mangel — viele Aasfresser— große Wasserfläche — (meist) kleine

Landfläche Informiere dich im Internet über die Nutzung

der Grube Messel durch den Menschen im Laufe der letzten 200 Jahre.

— Seit 1859 Abbau von Ölschiefer, Eisenerz und Braunkohle— Im Zeitraum zwischen 1884 und 1963

wurden 20 Millionen Tonnen Ölschiefer abgebaut. Beim „Verschwelen“ wurden Öl und Schiefer getrennt, Teer, Paraffin, Benzin und Dieselöl gewonnen. („Mes-seldiesel“)

— 1971-91 Planungen zur Einrichtung einer Mülldeponie

— seit 14.6.1991 Eintrag als Boden- und Kulturdenkmal

— seit 12.1995 erste Naturerbestätte Deutschlands, in die Liste des Weltkultur- und Naturerbes der UNESCO

Schreibe eine Geschichte zu den letzten Mi-nuten im Leben eines Urpferds. Achte dabei auf mögliche Gründe für das Verenden im See.

— Aufsuchen des Sees: Uferstreifen mit Pflan-zennahrung, Trinkwasser

— Versinken im Wasser: Ausrutschen, Flucht vor Räubern, giftiges Wasser, betäubendes Gasgemisch (z.B. hoher Kohlenstoffdioxid-gehalt)

Analysiere das nebenstehende Spurenbild im Hinblick auf die im Text angesprochenen Fragestellungen.

— Alt- und Jungtier, erkennbar an Abdruckgrö-ße und Abstand der Abdrucke, bewegen sich in der gleichen Richtung nach oben

— ein größeres Tier trifft von links auf die beiden— nicht genauer unterscheidbares Spurenge-

wühl— das größere Tier bewegt sich nach links oben

weiter— das Alttier bewegt sich nach oben weiter, die

Schrittlänge ist größer als vor dem Zusam-mentreffen

— mögliche Interpretation: Alt- und Jungtier werden von einem Räuber angegriffen, der sich das Jungtier schnappt. Das Alttier kann entkommen und flieht schnell. Es könnte auch Kannibalismus vorliegen, da die Spuren alle demselben Typ zuzuordnen sind. Das gemeinsame Auftreten von Alt- und Jungtier könnte auf Brutpflege hinweisen.

Erstelle eine erdgeschichtliche Tabelle mit den folgenden vier Spalten: Periode, Beginn (vor Mio. Jahren), Herkunft des Namens sowie Tier- und Pflanzenwelt. Nutze die Lehrbuch-seiten und recherchiere zusätzlich in Lexika und Internet.

— siehe Tabelle auf Seite 23 Schon griechische Landwirte der Antike

wunderten sich, dass sie beim Pflügen in ber-gigem Gelände auf Steine mit Fischabdrücken stießen. Beschreibe den Weg eines solchen Fossils vom Leben im Meer bis zum Fund im Gebirge.

— Sterben und Absinken → Sedimentation → weiteres Überschütten und Absinken der Schichten in tiefere Bereiche → zunehmen-der Druck und höhere Temperaturen pressen Material zu Sedimentschicht → durch Bewegung der Erdplatten kommt es zu einem Hochheben des Materials → Gebirgsbildung → Erosion gibt eingeschlossene und stark umgeformte Fossilien frei


Liste tabellarisch die Reptilien- und Vogel-merkmale von Archaeopteryx auf.

— siehe Tabelle Seite 24 oben Informiere dich über die Brückenformen Cy-

nognathus, Eusthenopteron, Ginkgo, Ichthy-ostega. Stelle jeweils tabellarisch die Daten übersichtlich zusammen: erdgeschichtliche Periode, verknüpfte Organismengruppen mit den jeweiligen Merkmalen, Lebensweise und Lebensraum, . .

— siehe Tabelle Seite 24 unten Nach DARWIN sind „lebende Fossilien“

Lebewesen, die wie Fossilien verschiedene, gegenwärtig weit voneinander getrennte „Ordnungen“ verbinden. Erörtere im Hinblick auf diese Definition die Zuordnung der Quas-tenflosser zu den „lebenden Fossilien“.

— Quastenflosser zeigen Merkmale mehrerer Tiergruppen:— Fischmerkmale: Kiemen, Flossenfläche,

Schwanzflosse— Amphibienmerkmal: Lunge, Flossenstiel

als Arm- bzw. Beinskelett, Kreuzgang


Vergleiche mithilfe der Abb. 1 den Skelettauf-bau der Füße von Tapir, Nashorn und Pferd und beschreibe ihn im Sinne einer homologen Ausbildung.

— Dass die Füße der Vorderextremitäten der ab-gebildeten Säugetiere homolog sind, erkennt man am gemeinsamen Bauplan, bestehend aus Wußwurzelknochen, Mittelfußknochen und drei Zehenknochen. Die Abbildung dieser homologen Organe be-steht vor allem in der Anzahl der Zehen. Beim Tapir sind vier Zehen, beim Nashorn drei, beim Pferd noch eine Zehe. Die Abbildung zeigt, dass bei Pferden (gelegentlich) eine weitere Zehe ausgebildet werden kann.

22 Evolution

Vergleiche den Skelettaufbau der Füße von Pferd und Rind. Inwiefern ist der Grad der Homologie geringer als im Beispiel der Auf-gabe 1?

— Bei den Organismen der Abbildung 1 ist jeweils eine Zehe deutlicher ausgebildet als die übrigen. Damit ist eine Reihe abgestufter Ähnlichkeit vom Tapir über das Nashorn zum Pferd erkennbar. Das Rind hingegen besitzt zwei gleichwertig ausgebildete Zehen, passt also nicht in diese Homologiereihe.

Die Ähnlichkeiten zwischen Vogel- und Fle-dermausflügel können je nach Betrachtungs-weise als analog oder homolog beschrieben werden. Analysiere diese Aussage durch die Betrachtung des Skelettanteils bzw. der Flügelbildung.

— Homologie liegt vor bei der Betrachtung des knöchernen Skelettaufbaus.

Analogie liegt vor bei der gleichartigen Ausgestaltung der Flügel, die bei Vögeln von Federn und bei Fledermäusen von Hautfalten gebildet werden.

Sind die hoch spezialisierten Fangorgane der räuberisch lebenden Arten Gottesanbeterin, Heuschreckenkrebs und Libellenlarve in Abb. 2 homologe oder analoge Organe? Begründe.

— Das Fangbein der Gottesanbeterin und die Fangmaske der Libelle sind nicht homolog. Es sind verschiedene Organe bei Organis-men, die denselben Grundbauplan zeigen. Bei der Libellenlarve sind die Mundwerk-zeuge zum Fangorgan umgebildet, bei der Gottesanbeterin das erste Beinpaar. Das Fangbein des Heuschreckenkrebses ist noch homolog zum Fangbein der Gottesan-beterin. Der Bauplan der Beine der Krebse ist ungleich zum Bauplan der Insektenbeine (z. B. Gliederanzahl). In der Abbildung ist erkennbar, dass die Fangeinrichtung mit Borsten beim Krebs am letzten und vor-letzten Beinsegment ausgebildet werden. Dagegen zeigt das Fangbein der Gottesanbe-terin einen vielgliedrigen Fußabschnitt ohne derartige Fangborsten an den Enden; die Fangborsten sitzen an Schenkel und Schiene des Insektenbeines.

Evolution 23

Periode Beginn (vor Mio. Jahren)

Herkunft des Namens Pflanzenwelt Tierwelt

Quartär 2,3 vierte Erdepoche Blütenpflanzen Formen des Menschen

Tertiär 65 dritte Erdepoche Blütenpflanzen Insekten, Knochenfische, Haie, Entwicklung der Vögel und Säugetiere (große Formen), Vorfahren des Menschen

Kreide 130 Kreidefelsen (Südengland, Nordfrankreich)

Baumfarne, Ginkgos, Nadel-bäume, Farne, strauchartige Blütenpflanzen

Insekten, Dinosaurier, Riesenammoniten

Jura 205) Juragebirge in der Schweiz, Frankreich und Deutschland

Palmfarne, Ginkgo, Nadelbäu-me, Farne, Schachtelhalme

Dinosaurier, Archaeopteryx, Ammoniten, Seelilien

Trias 245 Dreiteilung von Sediment-schichten in Buntsandstein, Muschelkalk und Keuper

Ginkgo, Farne, Baumfarne, Schachtelhalme

viele Reptilienformen (u. a. Dinosaurier), erste Säugetiere

Perm 290 Stadt im Ural Samenfarne Reptilien, Vorläufer der Säugetiere

Karbon 360 weltweit verbreitete Kohle-flöze

Farnwälder, Bärlapppflanzen und Schachtelhalme

Seelilien, geflügelte Insekten, Spinnentiere, Strahlenflosser, Amphibien, erste Reptilien

Devon 400 britische Grafschaft Devonshire

Moose, Bärlapppflanzen, Pilze Schnecken, Muscheln, Tintenfische, ungeflügelte Insekten, Panzerfische, Lungenfische, erste Landwirbeltiere

Silur 420 keltisches Volk in Wales Moose, erste Pflanzen mit Leitungsgefäßen (Cooksonia)

Schnecken, Muscheln, Tintenfische, Trilobi-ten, Seesterne, Kieferlose, Kiefermäuler als Wirbeltiervertreter

Ordovizium 495 keltisches Volk in Wales erste einfache Landpflanzen Trilobiten, Armfüßer, Schnecken, Tintenfi-sche, Pfeilschwanzkrebse, kieferlose Wirbel-tiere, erste Süßwassertiere

Kambrium 530 lateinischer Name für Wales Blaugrünbakterien, freischwe-bende Algen (Plankton)

Vertreter aller wirbellosen Stämme, Ringel-würmer, Gliederfüßer, Trilobiten

Erdurzeit 3800 Eubakterien (darunter Cyanobakterien), Archaebakterien, ursprüngliche Einzeller und einfache Kolonien


24 Evolution

Reptilien Archaeopteryx Vögel

Schädel Kiefer mit Zähnen schnabelförmiger Kiefer mit Zähnen

Hornschnabel ohne Zähne

Wirbelsäule aus frei beweglichen Wirbeln aus frei beweglichen Wirbeln, nicht starr mit Becken verwach-sen

Halswirbel beweglich, sonst starr mit-einander und mit Becken verwachsen

Schwanz lang; aus frei beweglichen Wirbeln lang; aus (mindestens 20) frei beweglichen Wirbeln

kurz; Wirbel zum Schwanzknochen verwachsen

Brustkorb vordere Rippen mit Brustbein verwachsen (Brustbein fehlt bei Schlangen); hintere frei endend (z.T. „Bauchrippen“)

Rippen frei beweglich; kein verknöchertes Brustbein, statt dessen „Bauchrippen“ (längs-verlaufende Knochenspangen in Bauchdecke)

alle Rippen mit Brustbein verwach-sen; breiter Brustbeinkamm

Vordergliedmaßen Elle und Speiche sowie Mittel-handknochen fünf Finger mit Krallen

Flügel; drei Finger mit Krallen Flügel; Zahl der Handknochen reduziert und z.T. verwachsen; drei rückgebildete verwachsene Finger ohne Krallen

Hintergliedaßen Schien- und Wadenbein sowie Mittelfußknochen nicht verwach-sen; fünf freie Zehen mit Krallen

Mittelfußknochen zu „Lauf“ ver-längert, aber nicht verwachsen; Schien- und Wadenbein nicht ver-wachsen; vier Zehen mit Krallen, eine nach hinten gerichtet

Schien- und Wadenbein verwachsen; Mittelfuß- und Teil der Fußwurzel-knochen zu „Lauf“ verwachsen; vier Zehen mit Krallen, eine nach hinten gerichtet

Körperbedeckung Hornschuppen Federn z.T. Hornschuppen (z.B. an den Füßen)

Federn; z.T. schuppenartig an Füßen


Periode verknüpft Lebensweise Lebensraum

Cynognathus (Hundekiefer)

Trias Reptil echsenähnlicher Kör-per, kürzerer Schwanz

Säuger Gebiss mit mehreren Zahnformen, evt. warmblütig (Fell?) und lebendgebärend

Fleischfresser, Jäger

Südafrika, Südamerika

Eusthenopteron „Fisch mit Beinen“)

Devon FischKieme und Lunge

Vierbeiner kräftiges Flossenskelett

Gewässer

Ginkgo (Farnfächer-blattbaum)

Perm Palmfarn begeißelte Spermien

Nacktsamer frei liegender Samen

Pflanze autotroph

umweltresistenter Stadtbaum

Ichthyostega Devon Fisch fehlender Hals, Schwanz mit Flossensaum, Reste von Knochenschuppen, Kiemen

Vierbeiner kurze kräftige Extremitäten, Schulter- und Beckengürtel, fünf Finger bzw. Zehen, Lungen

Fleischfresser laufend und schwimmende Fortbewegung

Gewässer und Fest-land


Evolution 25


Übertrage die Beobachtungen und Folgerun-gen auf das Schema des Evolutionsprozesses der Abb.1. Suche nach Möglichkeiten für die unterschiedliche Überlebensfähigkeit der Organismen.

— Beobachtung 1 Zahl der Nachkommen zunächst jeweils

größer als die der Elterngeneration.— Beobachtung 2 Zahl der nächsten Elterngeneration ent-

spricht derjenigen der vorausgehenden.— Beobachtung 3 im Modell nicht direkt erkennbar— Folgerung 1 Durch Konkurrenz kommt es offensichtlich zu

einer Verminderung der Nachkommenzahl, damit erreicht nur ein Teil die Elternrolle

— Beobachtung 4 Die Tiere unterscheiden sich in der Körperfär-

bung. Beobachtung 5— im Modell nicht direkt erkennbar, vgl. aber S.

118— Folgerung 2 Eine bestimmte Färbung kann vorteilhaft sein.

Die entsprechenden Tiere erreichen häufiger als die anderen das fortpflanzungsfähige Alter.

Vorteile könnten liegen in der besseren Tar-nung, einer besseren Energienutzung für die Körpererwärmung und damit höhere Aktivität der wechselwarmen Insekten, eine höhere Attraktivität bei der Balz

— Folgerung 3 Damit ergibt sich im Laufe der Generationen

eine Verschiebung der Häufigkeit in der Merkmalsverteilung, falls diese eine erbliche Grundlage besitzen.

Erkläre die Entstehung der langen Hälse bei Giraffen mithilfe der Randspaltenabbildung auf Seite116 im Sinne der Evolutionstheorie DARWINS.

— In einer Gruppe von Giraffen haben die Tiere Hälse mit geringen Unterschieden in der Länge. Bei einer Verknappung der Nahrung (etwa durch schlechtere Wuchsbedingun-gen für die Pflanzen bei Trockenheit, hohe Anzahl an Giraffen, große Konkurrenz durch andere Pflanzenfresser) können diejenigen überleben, die trotzdem noch an die Blätter gelangen. Lange Hälse sind hierbei von Vor-teil. Entsprechende Tiere können sich noch fortpflanzen oder als Weibchen genügend fressen, um Jungtiere zu säugen. Wenn das Merkmal Halslänge eine erbliche Grundlage besitzt, so werden unter den Jungtieren mehr Tiere mit langen Hälsen sein. Einige Tiere besitzen dabei auch längere Hälse als die Ausgangsformen. Der Prozess kann erneut ablaufen.

Im Wettlauf zwischen Räuber und Beute gilt es, schneller als der andere zu sein. Schildere das zugrunde liegende Evolutionsgeschehen.

— Beutetiere bewegen sich schneller fort … nur schnellere Räuber können noch Beute schlagen und sich fortpflanzen … nur die schnellsten Beutetiere können überleben und bekommen Nachkommen … schnellere Räuber … schnellere Beute

Finde weitere Möglichkeiten, wie ein Beutetier seinen Räubern entkommen könnte.

— Wichtig ist es hier den Fokus der Schüler auf verschiedene Denkrichtungen zu lenken:— Zugewinn an Schnelligkeit— Möglichkeiten sich zu wehren— bessere Klettermöglichkeit— bessere Versteckmöglichkeit— leistungsfähigere Sinnesorgane für frühe-

re Erkennung— wenig attraktiver Geschmack— Giftigkeit.


Trage Möglichkeiten zusammen, wie sich Re-genwürmer, Weinbergschnecken, Honigbie-nen oder Grasfrösche unterscheiden können.

— Die Antworten können nur Denkrichtungen aufzeigen:— Regenwürmer: Kriechfähigkeit, Grabfä-

higkeit, Verwertung von Nahrung— Weinbergschnecken: stabileres Gehäuse

für den Rückzug, bessere Raspelzunge, bessere Sinnesorgane für das Auffinden der Nahrung, Entgiftungsmöglichkeit bei gefährlichen Pflanzeninhaltsstoffen

— Honigbienen: Erkennen ergiebiger Blü-ten, Wiedererkennen ergiebiger Blüten, Verbesserung der Sammeltätigkeit (größere Transportkapazität, schnelleres Einsammeln), besseres Flugvermögen

— Grasfrösche: besseres Sprungvermö-gen, bessere Tarnung, Ungenießbarkeit durch Giftsubstanzen in der Haut, besse-re Schleuderzunge, lautere Stimme zum Abgrenzen des Reviers bzw. Anlocken der Weibchen, Produktion von mehr Eiern, Produktion größerer Eier, Ablage der Eier an geschützten Stellen

Die dunklen Formen des Zweipunkts sind im nördlichen Europa häufiger. Erkläre.

— Für die wechselwarmen Insekten ist ein schnelleres Aufwärmen des Körpers nach einer Nacht oder bei kühler Witterung von Be-deutung. Dunkle Tiere werden dabei schnel-ler erwärmt, da dunkel Gefärbtes das Licht besser aufnimmt und in Wärme umwandelt.

Erstelle in einer Tabelle die Kombinations-möglichkeiten bei 3, 4, 5, ... Merkmalen.

— Vereinfacht wird davon ausgegangen, dass jedes Merkmal nur in zwei Varianten auftritt.— 1 Merkmal: a, b (= 2 Möglichkeiten)— 2 Merkmale: aa, ab, ba, bb (= 4 Möglich-

keiten)

— 3 Merkmale: aaa, aab, aba, baa, abb, bab, bba, bbb (= 8 Möglichkeiten)

— 4 Merkmale: aaaa, aaab, aaba, abaa, baaa, aabb, abba, abab, bbaa, baab, baba, bbba, bbab, babb, abbb, bbbb (= 16 Möglich-keiten)

— 5 Merkmale: (= 32 Möglichkeiten) allgemein:

Anzahl der Varianten Anzahl der Merkmale


In der Regel sind Tiere nicht gleichmäßig gefärbt, sondern zeigen ein Fleckenmuster. Erläutere den Vorteil.

— Fleckenmuster sind besser für eine Tarnung, die Körperform wird in einzelne Farbflecken aufgelöst und damit verschwindet der Körper in der Umgebung, die auch „fleckig“ ist.

Bei Fischen ist die Körperoberseite oft dunk-ler gefärbt als die Körperunterseite. Ähnliches stellt man bei Greifvögeln fest. Bringe diese Tatsache in Verbindung mit dem Phänomen der Tarnung!

— Beim Blick in das Wasser von oben heben sich dunkle Tiere vom dunklen Boden we-niger ab. Ein Blick aus dem Wasser gegen die helle Oberfläche entdeckt helle Tiere schlechter. Ähnliches gilt für sitzende oder fliegende Greifvögel. Das Prinzip der Gegen-schattierung wird auch beim Militär beachtet.

Beschreibe an einem der vorgestell-ten Beispiele die Erklärung im Sinne der Darwin‘schen Evolutionstheorie!

— Schmetterlingsraupen unterscheiden sich in der Grundfarbe, im Grad der Fleckung und in der Fähigkeit, längere Zeit unbeweglich zu verharren. Beim Suchen nach Nahrung finden Fressfeinde zunächst die auffälligeren Tiere. Nur noch die besser Getarnten können sich verpuppen und als Geschlechtstiere fortpflanzen. Auch unter ihren Nachkommen treten neue Varianten auf: die Fleckung kann noch unauffälliger machen, Farbmuster können Knospen oder auch abgebrochene Zweigstücke vortäuschen. Tiere, die sich auf Grund ihres erblichen Verhaltensprogramms auch in den „richtigen“ Bereichen aufhalten, werden später oder gar nicht mehr entdeckt. Sie können wieder geschlechtsreif werden und sich fortpflanzen.

Recherchiere Beispiele für Tarnen und War-nen aus dem Bereich der Wirbeltiere

— Die folgende Auflistung kann nur einige Bei-spiele zeigen:Tarnen:— grün gefärbter Laubfrosch auf Blättern— geflecktes Gefieder bei Vögeln— Pfahlstellung der Rohrdommel— Steppentiere mit Fleckung bei brauner

GrundfarbeWarnen:— Alpensalamander— Gelb- und Rotbauchunke— kräftige Färbung von Baumsteigerfrö-

schen


Steht das geografische Verteilungsmuster der hellen und dunklen Formen mit der Tarnüber-legung in Einklang?

— Die Verteilung entspricht der Tarnüberle-gung. Durch die vorherrschenden Winde werden die Abgase aus den nordwestlich gelegenen Industriegebieten (Manchester, Birmingham) in die hauptsächlich betroffenen Gebiete transportiert.

Erstelle eine Hypothese für den Ausgang des Experiments.

— Hypothese: In den industrienahen Gebieten werden mehr helle Formen gefressen als in industriefernen.

Beschreibe das Versuchsergebnis in der Gra-fik oben. Bewerte die Aussagen im Hinblick auf deine Hypothese.

— Zwei Beobachtungen: Im ländlichen Dorset werden mehr dunkle

Formen gefressen als im Bereich Birming-ham.

In Dorset werden insgesamt mehr Schmetter-linge gefressen als im Bereich Birmingham.

Die erste Beobachtung stimmt mit der Hypothese überein, die zweite Beobachtung bedarf einer weiteren Klärung.

Vergleiche die Gesamtzahlen der gefresse-nen Tiere und schlage zwei unterschiedliche Erklärungen vor.

— Im ländlichen Dorset gibt es mehr insekten-fressende Vögel als bei Birmingham.

Die Vögel im Raum Dorset kennen das Beutemuster besser als die aus dem Raum Birmingham.

Die Wissenschaftler haben unterschiedlich viele Tiere frei gelassen.

Ergeben sich Widersprüche zur Bestimmung der Fressraten?

— Die Werte der gefressenen Tiere zu denen der Wiederfänge verhalten sich reziprok. Es ist kein Widerspruch erkennbar.

Beurteile die Bedeutung der Beobachtungen für das anfangs aufgestellte Erklärungsmus-ter.

— Mit der abnehmenden Schwefeldioxidkon-zentration können wieder mehr Flechten wachsen, die Baumstämme werden heller und fleckiger. Damit sind die dunklen Formen schlechter getarnt und werden bevorzugt gefressen.

26 Evolution

Versetze dich in die Rolle eines unerfahrenen Stars und spiele alle denkbaren Reihenfolgen an Fressereignissen durch. Erläutere den Zusammenhang zwischen Experiment und dem Phänomen Mimikry.

— Fressereignisse:

1 A (grün und bitter)

B (grün und genießbar)

C (orange und genießbar)

2 A (grün und bitter)

C (orange und genieß-bar)


3 B (grün und genießbar)

A (grün und bitter)

C (orange und genießbar)

4 B (grün und genießbar)

C (orange und genieß-bar)


5 C (orange und genieß-bar)



6 C (orange und genieß-bar)



Für jede Kombination kann die Auswirkung

auf das weitere Fressen bzw. Meideverhalten beurteilt werden:

Nach einer Erfahrung mit A wird B eher gemieden. Eine Erfahrung mit B beeinflusst die Wahl für A nicht. Der Typ C hat keine Auswirkung auf das Fressen oder Meiden von A oder B.

Ist A zahlreich, so tritt das Meideverhalten be-sonders deutlich auf. Nach den Ergebnissen des Experiments reicht dabei ein knappes Überwiegen (40 A zu 30 B).

Für Mimikry ist es wichtig, dass das Vorbild häufiger auftritt als der Nachahmer.

Berechne die Wahrscheinlichkeiten, auf eine wehrhafte Schlange zu treffen. Berechne die Wahrscheinlichkeit, auf eine harmlose Schlan-ge zu treffen.

Erkläre die unterschiedliche Wahrscheinlich-keiten als Ergebnis des Evolutionsgeschehens.

— Die Wahrscheinlichkeit berechnet sich nach dem Muster: zutreffende Fälle / Gesamtzahl

Der harmlose Nachahmer hat nur dann einen Vorteil, wenn er seltener auftritt als das ge-fährliche Vorbild.

1950 1951 1952 1953 1950-1953

wehr-haft

0,70 0,77 0,73 0,76 0,74

harm-los

0,30 0,23 0,27 0,24 0,26

Worin könnte die Wirkung des plötzlich prä-sentierten Flügelmusters liegen?

— Das Muster könnte an einen Fressfeind erin-nern, die rundlichen Flecken wirken als „Au-gen“, deren Abstand auf einen relativ großen Körper hindeutet. Dadurch wird ein herum suchender „kleiner“ Beutegreifer plötzlich mit einem größeren und auch für ihn gefährli-

chen Fressfeind konfrontiert, er „erschrickt“, d. h. lässt von der möglichen Beute ab und flieht. Zumindest orientiert er sich genauer, einen Zeitraum, den der Schmetterling zur eigenen Flucht nutzen kann. Das Experiment zeigt, dass die Perfektion der vorgetäuschten Augen von Bedeutung ist.


Vergleiche mithilfe des Textes und den Abbildungen die Merkmale von Mensch und Schimpanse. Stelle sie in einer Tabelle gegen-über.

— siehe Tabelle auf Seite 28 oben


Bei Fußspuren lassen sich die Gewichts- und Kraftverlagerung durch die Eindrucktiefe be-stimmen. Vergleiche die Fußabdrücke eines modernen Menschen mit der 3,5 Mio. Jahre alten Spur von Laetoli.

— Die Muster weisen große Ähnlichkeiten auf. Bei der Laetoli-Spur scheint der Mittelfuß den Boden noch stärker zu berühren als beim modernen Menschen. Außerdem ist ein deutlicherer Abstand der großen Zehe von den übrigen Zehen zu erkennen.


Erkläre den in Abbildung 1 dargestellten Zu-sammenhang.

— Der Reflexionsgrad der Haut und damit die Stärke der Pigmentbildung sind abhängig von der mittleren Intensität der UV-Einstrahlung.

Recherchiere mithilfe verschiedener Quellen den aktuellen Stand eines möglichen Stamm-baums des Menschen.


Stelle grafisch, evtl. in einer mind-map, die Zusammenhänge folgender Begriffe dar: Evolution, Selektion, Darwin, Variabilität, Anpassung, Fortpflanzung, Zahl der Nach-kommen, Knappheit, Erbinformation. Ergänze mit weiteren Begriffen.

— s. Abb. Seite 28 Mitte Berechne in vergleichbarer Weise die Nach-

kommen eines Rattenpärchens. Gehe dabei von folgenden Annahmen aus: Ratten werden mit 4 Monaten geschlechtsreif, die Tragzeit beträgt vereinfacht 30 Tage. Jeder Wurf umfasst eine mittlere Nachkom-menzahl von 8 Tieren, wovon 4 Weibchen sind. Diese bekommen bis zu einem Lebens-alter von 2 Jahren Nachkommen.

Berechne die gesamte von einem Pärchen abstammende Zahl an Nachkommen nach einem Jahr. Wann hat die theoretische Nach-kommenzahl diejenige der Elefanten erreicht? Vergleiche vereinfacht mit der Vermehrungs-kurve der Bakterien auf Seite 25.

— siehe Abbildung Seite 28 unten und 29 oben

Evolution 27

28 Evolution

Schimpanse Mensch

Wirbel-säule

c-förmig Deutung: tragende Bogen-Sehnen-Konstruk-tion

doppelt-s-förmig Deutung: aufrechter Gang

Becken hoch, flach, schmal breit, schaufelartig Deutung: Becken trägt die Eingeweide und den Fetus

Gllied-maßen

Arme länger als Beine; Klammerhand, Greif-fuß; Beine angewickelt Deutung: hangelndes Klettern; Schwerpunkt unter der Standfläche

Beine länger als Arme; Daumen opponierbar; Beine gestreckt Deutung: Werkzeuggebrauch; Schwerpunkt über der Standfläche

Schädel Hirnschädel flach; Überaugenwülste; Schnauze; fliehendes Kinn; Hinterhauptsloch hinter Schädelschwerpunkt Deutung: Hirnvolumen um 4000 cm3; starke Nackenmuskulatur

Hirnschädel groß und gewölbt Deutung: Hirnvolumen 1400 cm3; Kopf ausbalanciert

Gebiss starke Eckzähne passen in „Affenlücke“; Zahnbogen U-förmig Deutung: Gebiss als Waffe

Eckzähne nicht größer; Zahnbogen V-förmig



Zeit (Tage) Summe

0 2 230 2 8 1060 2 8 8 1890 2 8 8 8 26

120 2 8 8 8 8 34150 2 8 8 8 8 8 42180 2 8 32 8 8 8 8 8 82210 2 8 32 32 8 32 8 8 8 8 8 154240 2 8 32 32 32 8 32 32 8 32 8 8 8 8 8 258270 2 8 32 32 32 32 8 32 32 32 8 32 32 8 32 8 8 8 8 8 394300 2 8 32 32 32 32 32 8 32 32 32 32 8 32 32 32 8 32 32 8 32 8 8 8 8 8 562330 2 8 32 128 32 32 32 32 32 8 32 32 32 32 32 8 32 32 32 32 8 32 32 32 8 32 32 8 32 8 8 8 8 8 890360 2 8 32 128 128 32 128 32 32 32 32 32 8 32 128 32 32 32 32 32 8 32 32 32 32 32 8 32 32 32 32 8 32 32 32 8 32 32 8 32 8 8 8 8 8 1506

begründetDarwin Evolutionstheorie erklärt Evolution

beruht auf

bestimmtErbinformation Variabilität führt zuSelektion Knappheit

bedeutet über Generationen

Anpassung

erhöht

Fortpflanzung

zeigt sich in

Zahl an Nachkommen


Überlebens-fähigkeit

Stelle in einer tabellarischen Übersicht die Längen der Giraffenhälse dar, die in verschie-denen Schichten zu erwarten sind, wenn die Grundaussagen der Evolutionstheorie zutref-fen sollen. Berücksichtige dabei auch, dass zu einem Zeitpunkt stets mehrere Giraffenindivi-duen lebten.

— siehe Tabelle

Beschreibe die Gleitvorrichtungen der Arten a — d. Aus welchen Körperteilen sind sie jeweils entstanden? Sind diese Gleitvorrich-tungen homolog zueinander? Begründe.

— siehe Tabelle

Die Gleitflugeinrichtungen sind analog zu-einander, da aus jeweils anderen Teilen des Körpers die auftriebgebenden großflächigen Strukturen gebildet werden.

Der stark verlängerte Finger der Flugsaurier diente zum Aufspannen einer Flughaut. Ist die Vorderextremität der Flugsaurier zu der anderer Wirbeltiere homolog? Begründe.

Ist sie den Flugorganen der Fledermäuse bzw. den Gleitvorrichtungen aus der Abb. homo-log? Begründe.

— Die Vorderextremität der Flugsaurier ist homolog zu den Vorderextremitäten anderer Wirbeltiere. Flugsaurier sind Wirbeltiere und der Bauplan ihrer Extremitäten entspricht mit Oberarm, Unterarm, Handwurzelknochen, Mittelhandknochen sowie den fünf Fingern grundsätzlich dem Bauplan der Wirbeltierex-tremitäten. Als Flugeinrichtung ist die Vorderextremität der Flugsaurier zu den Flügeln der Fleder-mäuse und den Gleitflugeinrichtungen der abgebildeten Wirbeltieren analog. Nur bei Flugsauriern spannte sich die Flughaut zwischen einem Finger und Körper auf. Bei allen anderen Tieren sind andere oder weitere Strukturen am Aufbau der auftriebgebenden Flächen beteiligt.

Erläutere anhand der drei Funde den Begriff der Homologie.

— Kriterium der Lage und das der Zwischenfor-men sind anwendbar. Gleichzeitig bestehen alle Strukturen aus Knochen, entsprechen sich somit auch in der spezifischen Qualität.

Wie könnten die Vordergliedmaßen eines Tieres ausgesehen haben, das zwischen Pakicetus und Dorudon einzuordnen ist? Erläutere.

— Ober- und Unterschenkel sind kürzer als bei Pakicetus, sie erlauben aber noch ein Laufen zumindest in Flachwasserbereichen. Die Zehen sind verlängert, tragen aber noch Hufe und ermöglichen sowohl Laufen als auch Schwimmen (größere Flossenfläche).

Evolution 29

Anzahl der Ratten

Tage

Anz

ahl

0

0 90 180 270 360

500

1000

1500


Tier Gleitflugeinrichtung gebildet aus . . .

Flugfisch (Gat-tung Exocoe-tus)

Brustflossen

Flugfrosch (Gattung Poly-pedatus)

Schwimmhäuten zwischen Fingern und Zehen

Flugdrache (Gattung Draco)

verlängerte abspreizbare Rip-pen und Haut

Flughörnchen (Gattung Ptero-mys)

Hautlappen zwischen Vor-der- und Hinterbeinen, sowie Hautlappen zwischen den Hinterbeinen

Sch

icht

enfo

lge

Halslänge

kurz etwas länger

mittellang noch länger

sehr lang überlang

x xxxxx

x xxxx x

xx xxxx

x xx xxx

xx xx xx

x xx xx x

x xxx x x

x xx xx x

xx xx xx

xxx x xx

xxx xx x

xxxx x x

x steht (vereinfacht) für ein Tier

Schildere einen denkbaren Weg, der die Veränderungen im Sinne der Evolutions-theorie DARWINS über viele Jahrmillionen hin beschreibt und den Wandel von einer Pflanze mit großen schmackhaften Blättern zu einem dornigen Gewächs nachzeichnet. Achte dabei auch auf die Überlebensfähigkeit der Pflanze.

— Blätter können ihre Blattfläche verkleinern, eine derbere und härtere Oberfläche bekom-men, an den Blatträndern kleine Dornspitzen ausbilden. Als Ausgleich für den Verlust an Assimilationsfläche müssen andere Pflanzen-teile (Sprossachse) die Fotosyntheseaufga-be mit übernehmen.

Interpretiere diese Merkmalskombination im Sinne der Evolutionstheorie.

— Die dunkle Haut liefert einen selektiven Vorteil für die Aufrechthaltung der Körperwärme: Lichtenergie der Sonne kann in Wärmeener-gie der Haut und damit des Körpers umge-wandelt werden. Die Tarnung bleibt durch die hellen Haare erhalten.

„Der weiße Eisbär kann leichter Beute machen, da er sich der Umgebung anpasst“. Nimm kritisch Stellung.

— Die Tarnfarbe hilft sicherlich beim Verbergen in der Umgebung und lässt eine bessere An-näherung an die Beute zu. Allerdings „passt sich“ der Eisbär nicht an. Weniger unpas-sende Tiere konnten weniger oder gar keine Beute machen, hatten weniger Fortpflan-zungserfolg oder sind gar verhungert. Damit konnten sich nur die besser angepassten Tiere fortpflanzen.

Bei genauer Untersuchung des Mimikry-Phä-nomens findet man oft, dass sich nicht nur wehrhaftes Vorbild und harmloser Nachahmer gleichen, sondern mehrere untereinander ähnliche wehrhafte Vorbilder existieren. So sondern alle Wanzen bei Berührung unange-nehme Flüssigkeiten ab. Erläutere den Vorteil durch solche „Mimikrykreise“.

— Mimikrykreise verstärken die Bedeutung des Vorbilds. Eine negative Erfahrung mit der Tierart A schützt die Tiere der anderen Arten bereits vor einer ersten Begegnung mit einem Fressfeind.

Zunächst könnte man die Ähnlichkeit als homolog bezeichnen. Schließlich sind Vorbild und Nachahmer Insekten. Dennoch liegt ein typisches Beispiel für Analogie vor.

Erkläre das Entstehen der analogen Formen.— Homologie würde bedeuten, dass die Arten

von einem gemeinsamen Vorfahren abstam-men, der dieses Farbmerkmal bereits besaß. Da es genügend anders gefärbte Wanzen, z. B. auch solche mit Tarnfärbung gibt, die trotzdem unangenehme Flüssigkeiten abson-dern, sind die Färbungen eher als Mimikry-kreis zu verstehen und deuten auf Analogie.

Die Familienzugehörigkeit ergibt sich wie folgt:

Feuerwanze: Pyrrhocoridae (Feuerwanzen) Ritterwanze: Lygaeidae (Bodenwanzen) Zimtwanze: Rhopalidae (Glasflügelwanzen)

Beschreibe für die beiden Nutzpflanzen Weißkraut und Blumenkohl die Kriterien, nach denen die möglichen Züchtungspartner ausgewählt worden sein könnten.

— Weißkraut: viele Blätter, große Blätter, kurze Sprossachse, wenig Farbstoffe

Blumenkohl: kurze Sprossachse, „fleischige“ Blüten

Alle Hunde stammen vom grauen Wolf ab. Im Gegensatz zu dessen einheitlicher Fellfarbe findet man bei den Haushunden eine bunte Palette. Erkläre diesen Befund im Sinne der Evolutionstheorie.

— Die Farbe ist wichtig für die Tarnung im Gelän-de, sie bringt also dem Wolf einen selektiven Vorteil. Für Haushunde ist die Jagd für die tägliche Ernährung ohne Bedeutung, eine auffällige Färbung wirkt nicht nachteilig. Sie kann umgekehrt vom Züchter sogar gezielt gefördert werden, indem besonders „bunte“ Tiere für die Fortpflanzung ausgewählt wer-den.

Es werden mehrere Ursachen diskutiert, die zum Aussterben des Mammuts vor gut 10 000 Jahren geführt haben. Ein Grund könnte in der intensiven Bejagung durch den Menschen gesehen werden. Finde zwei weitere Mög-lichkeiten, die sich aus dem Ende der Eiszeit ergeben.

— Ansteigen der Temperaturen, das dichte Fell wird nachteilig

Änderung der Pflanzenwelt, z. B. Zunahme von Bäumen, die Blätter sind nicht mehr in Reichweite bzw. der Bewegungsfreiraum für die großen Tiere wird eingeengt.

Stelle eine Vermutung auf, weshalb die evolu-tionären Vorgänge keine erneute Anpassung des Mammuts bewirkt haben könnten.

— Die Veränderungen der Umwelt erfolgten zu schnell, die Variationsbreite bei Mammuts war nicht groß genug.


Warum ist es sinnvoll, dass alle Pflanzen einer Art zur gleichen Zeit im Jahr blühen? Wie könnte dieser koordinierte Blühzeitpunkt wohl in der Natur gesteuert werden?

— Pollensäcke und Narben müssen gleichzeitg reif sein, um Fremdbestäubung zu ermög-lichen; z. B. durch Temperatur, Helligkeit, Tageslänge

Sonne und Mond beeinflussen Abläufe auf der Erde. Nenne Beispiele dafür und versuche, Erklärungen für diese Phänomene zu finden.

— z. B. Ebbe und Flut: Anziehungskraft des Mondes; Jahreszeiten: Änderung des Sonnenstandes im Laufe des Jahres; tagaktive und nachtaktive Tiere: Anpassung an die Verfügbarkeit von Sonnen-licht etc.

30 Evolution

Sexualität, Fortpflanzung und Entwicklung des Menschen


Jugendliche schließen sich in der Pubertät oft zu Cliquen zusammen. Nenne Vor- und Nachteile der Cliquenbildung.

— In der Gruppe der Gleichaltrigen können gemeinsame Interessen verfolgt werden, man fühlt sich geborgen. Allerdings kann die Gruppenstruktur auch einen Anpassungs-druck in eine Richtung erzeugen, der den in-dividuellen Interessen Einzelner nicht gerecht wird. Dies hängt entscheidend davon ab, ob es sich um eine offene, dynamische Gruppe handelt.

Schreibe zwei Listen mit typisch männlichen und weiblichen Verhaltenseigenschaften auf, die in einer Gruppe Jugendlicher gezeigt werden.

— Hinweis: Die Antworten der Schüler können auf Karteikarten geschrieben werden und an der Tafel typisch männlichem und weibli-chem Ver-halten zugeordnet werden. In der Lerngruppe ist zu klären, ob sich die Verhal-tensweisen tatsächlich eindeutig zuordnen lassen, oder ob nicht doch eher Mischformen die Regel sind.

Erkläre die Wirkung der Hormone auf Jungen oder Mädchen nach Abbildung 1.

— Androgene (Jungen): Wachstum der männli-chen Geschlechtsorgane, männliches Behaa-rungsmuster, Muskulatur, Stimmbruch.

Östrogen, Progesteron (Mädchen): Wachs-tum der weiblichen Geschlechtsorgane, weibliches Behaarungsmuster, Entwicklung der Brust.


Stelle einander gegenüber: Primäre und se-kundäre Geschlechtsmerkmale, innere und äußere Geschlechtsorgane des Mannes.

— primäre Geschlechtsmerkmale: Penis, Ho-densack; sekundäre Geschlechtsmerkmale: Bartwuchs, tiefe Stimme, breite Schultern;

innere Geschlechtsorgane: Spermienlei-ter, Bläschendrüse, Cowper‘sche Drüse, Vorsteherdrüse; äußere Geschlechtsorgane: Hoden und Hodensack, Penis


Ordne den Geschlechtsorganen der Frau die jeweils vergleichbaren des Mannes zu.

— Eierstock — Hoden; Eileiter — Spermienlei-ter; Kitzler — Eichel

Welches sind die primären und sekundären Geschlechtsmerkmale der Frau? Erstelle eine Liste.

— primäre Geschlechtsmerkmale: Scheide, Gebärmutter, Eierstöcke

sekundäre Geschlechtsmerkmale: schmale Schultern, breites Becken, Brüste

Sexualität, Fortpflanzung und Entwicklung des Menschen 31


Stelle in einer Tabelle Gemeinsamkeiten und Unterschiede in der Entwicklung der Sper-mien und der Eizellen aus ihren jeweiligen Mutterzellen zusammen.

— In beiden Fällen entwickeln sich die (haploi-den) Keimzellen in den Keimdrüsen (Eierstö-cke bzw. Hoden) durch (Reduktions-) Teilung (Meiose) aus (diploiden) Urkeimzellen.

Aus einer Spermienmutterzelle reifen vier Spermien; aus einer Eimutterzelle aber nur eine Eizelle und drei Polkörperchen, die zu-grunde gehen. Zudem läuft die Eizellreifung in einer besonderen Struktur, dem Follikel, ab.

Ca. 400 000 Eizellen liegen bereits bei der Geburt vor. Nur ein kleiner Teil (etwa 450) reift in der Zeit von der Menarche (12.—14. Le-bensjahr) bis zur Menopause (Klimakterium) etwa im 45. Lebensjahr heran, jeden Monat eine Eizelle (vgl. den weiblichen Zyklus S. 134/135). Die Spermien bilden sich während des Lebens immer neu, wobei bei einem Spermienerguss ca. 200 Millionen Spermien abgegeben werden. Diese Unterschiede sind wichtig bei der Beurteilung der Gefährdung des Erbguts bei Mann und Frau, z. B. durch Strahlung.


Die Gelbkörperhormone (Progesterone) und die Östrogene beeinflussen die LH- und FSH-Ausschüttung der Hypophyse. Wie geschieht das und welche Bedeutung hat dies bei einer beginnenden Schwangerschaft?

— Erhöhte Progesteron- und Östrogenkonzen-trationen wirken hemmend auf die LH- und FSH-Ausschüttung der Hypophyse (negative Rückkopplung; s. Abb. unten). Die erhöhten Progesteronkonzentrationen während der Schwangerschaft verhindern, dass es zur Follikelentwicklung während der Schwanger-schaft kommt.

Welche Folgen hätte es für den Zyklus, wenn das FSH bzw. die Progesterone ausfallen wür-den?

— Ohne das Hormon FSH reifen die Follikel nicht heran. Ohne Progesteron reift die Gebärmut-terschleimhaut nicht aus (s. Abb. unten).

Weshalb ist während der Menstruation die Gefahr einer Gebärmutterinfektion besonders groß?

— Der schützende Schleimpfropf am Gebärmut-terhals fehlt.

Bei regelmäßiger und exakter Messung der Körpertemperatur (Basaltemperatur-Metho-de) erhält man einen recht genauen Überblick über den Zyklusverlauf. Kann mit dieser Me-thode der Zeitpunkt angegeben werden, wann ein Eisprung erfolgen wird?

— Ja, aber zum Teil unsicher. Begründe, warum jede Frau einen Regelka-

lender führen sollte.— Das Führen ist zu empfehlen, um Störungen

rechtzeitig erkennen zu können.


Warum sind Alkohol, Nikotin, Drogen und an-dere Gifte gerade in den ersten drei Monaten der Schwangerschaft besonders gefährlich für das Kind?

— Alkohol, Nikotin und auch manche Medika-mente müssen strikt gemieden werden, weil sie die Plazentaschranke passieren können. Selbst wenn eine direkte Schädigung nicht auftreten würde, wären Kreislauf und Atmung der Mutter gestört, was sich auf den Fetus auswirkt. Die Schadwirkung dieser Stoffe ist in den ersten drei Schwangerschaftsmonaten deshalb so groß, weil in dieser Zeit die Orga-ne des Embryos angelegt werden. Es werden also gerade diejenigen Zellen geschädigt, aus denen sich durch Differenzierung, Teilung und Wachstum alle Gewebe und Organe bilden.

Sind in deiner Familie noch Ultraschallaufnah-men vorhanden, die während der Schwanger-schaft deiner Mutter aufgenommen wurden? Bringe sie mit und beschreibe, was darauf zu erkennen ist.

— Je nach Schwangerschaftsdauer sind Körperteile und Organe unterschiedlich gut erkennbar.

Warum legt man das Neugeborene auf den Körper der Mutter?

— Dort kann es gut den Herzschlag hören, es ist warm und weich. Wahrscheinlich bewirkt die gewohnte Stimme der Mutter eine Beruhi-gung. Es beginnt nach der physischen Einheit eine psychische Einheit „Mutter — Kind“, die die ganze Kindheitsphase anhält. Diese Mutter-Kind-Beziehung ist wichtig für die körperliche und geistige Reifung des Kindes.


Jedes Alter hat Vor- und Nachteile. Nenne Argumente zu der Aussage und diskutiere sie.

— Altern ist ein Phänomen, das Schülern geläufig ist. Die Schüler wissen auch, dass die verschiedenen Lebensalter durch jeweils spezifische Handlungsmöglichkeiten und Belastungen charakterisiert sind. In der schu-lischen Ausbildungsphase z. B. ermöglichen es wachsende körperliche und geistige Kräf-te, spielerisch individuellen Neigungen nach-zugehen. In der Phase der Berufsausbildung werden Entscheidungen über die Platzierung im Arbeitsmarkt getroffen, es wird gelernt, Verantwortung für Menschen, die nicht dem eigenen sozialen Umfeld angehören, zu über-nehmen, usw.


Was gehört für dich zur Liebe? Schreibt eure Vorstellungen auf und sprecht darüber in Gruppen.

— Individuelle Lösung. Hinweis: Um den Schülern Raum zur Formulierung ihrer Lie-besvorstellungen zu geben, eignet sich ein Arbeiten in Kleingruppen. Es werden Begriffe

32 Sexualität, Fortpflanzung und Entwicklung des Menschen

gesammelt, die für die Jugendlichen zu einer Liebesbeziehung gehören, wie z. B. Treue, Geborgenheit, Offenheit, Sexualität, gutes Aussehen, Geld usw. Die Begriffe werden auf Karteikarten geschrieben, aus den Karten wird ein Haus gebaut. In den Gruppen wird geklärt, an welcher Stelle die Begriffe in das Haus integriert werden. Die Begriffe bekom-men symbolische Bedeutung: Was ist das Fundament einer Liebesbeziehung? Was ist die Tür, die in eine Liebesbeziehung führen kann? Was gehört eher an den Rand oder — um im Beispiel zu bleiben — in den Garten oder Vorgarten?

Erstelle nach dem Lexikon auf Seite 151 eine Tabelle, in der die Wirkungsweise und Zuverlässigkeit der Verhütungsmethoden aufgeführt sind. Welche der Methoden sind für Jugendliche geeignet?

— Siehe Lexikon Schülerbuch Seite 151.


Recherchiere mögliche Gründe für die Un-fruchtbarkeit bei Mann und Frau.

— Unfruchtbarkeit beim Mann:— Produktion zu weniger oder keiner Sper-

mien— Spermien sind zuwenig beweglich oder

weisen andere Fehlbildungen auf— Störungen in der Hormonproduktion— verschlossener Spermienleiter— Erektionsschwierigkeiten— Erkrankungen, z. B. Tripper— Lebensalter

Unfruchtbarkeit bei der Frau:— Die Eileiter sind verengt verklebt oder

sonst wie unterbrochen— Störungen in der Hormonproduktion

lassen keine korrekte Eizellreifung zu— Fehlbildungen der Gebärmutter lassen

keine Einnistung zu— Störungen in der Hormonproduktion

verhindern einen problemfreien Schwan-gerschaftsverlauf

— Erkrankungen z. B. Mumps— Lebensalter

Diskutiert die Komplikationen, die durch die IVF entstehen können. Erklärt die Begriffe so-ziale, genetische und physiologische Mutter.

— Die soziale Mutter hat den Kinderwunsch, bei ihr wächst das Kind schließlich auch heran. Die genetische Mutter liefert die Hälfte der Erbinformation über ihre Eizelle, die physiolo-gische Mutter stellt ihre Gebärmutter für die vorgeburtliche Entwicklung zur Verfügung.

Komplikationen:— Finanzielle Forderungen der genetischen

Mutter bzw. des genetischen Vaters— Finanzielle Forderungen der physiologi-

schen Mutter— Beharren auf dem „eigenen Kind“, zu

dem während der Schwangerschaft eine Beziehung hergestellt wurde

Sexualität, Fortpflanzung und Entwicklung des Menschen 33

— Ablehnung des Kindes durch die soziale Mutter bei Missfallen (falsches Geschlecht) oder inzwischen geänderten Lebensverhältnissen

— Neugier des Kindes: genetische und physiologische Eltern

— Rechtliche Schritte des Kindes bei gene-tisch bedingten Erkrankungen

— Erbschaftsprobleme Durch die Pränataldiagnostik ist es auch mög-

lich, das Geschlecht des Kindes zu bestim-men. Wäge Vor- und Nachteile der vorgeburt-lichen Geschlechtsbestimmung ab.

— Vorteile:— Eltern können sich frühzeitig einstellen

Nachteile:— Ablehnung bei Nicht-Passen— Versuch einer Beendigung der Schwan-

gerschaft. Die Geschlechtsbestimmung ist eher abzu-

lehnen, sie bringt keinen eindeutigen Vorteil. Die Geschlechtsbestimmung ist auch bei den

Embryonen während der IVF möglich (Prä-implantationsdiagnostik). Ändert sich deine Bewertung im Vergleich mit der Pränataldiag-nostik?

— Zusätzliche Komplikation durch die Nicht-Übertragung bei unpassendem Geschlecht.

Anmerkungen:— Die Bewertung kann sich ändern, wenn es

sich um die Vermeidung eines schwer-wiegenden genetischen Defekts handelt.

— Die ethischen Bedenken stehen bei der Tierzucht weniger im Vordergrund (sexing).

Documents

Biologie für Gymnasien - asset.klett.de · NATURA Biologie für Gymnasien bearbeitet von Helmut Moßner Gerhard Sailer Johann Staudinger Bayern für die Jahrgangsstufe 8 Lösungen