Inhalt Das Buch zum Lernen nutzen Biologie — eine Einführung Aufbau und Leistungen von Lebewesen Auftakt: Was ist eigentlich lebendig? 8 10 14 1 Zellen — Bausteine von Lebewesen 17 Pflanzen bestehen aus Zellen Tierische Zellen sind etwas anders gebaut als pflanzliche Zellen Zellen haben einen Kern, eine Zellmembran, Mitochondrien und Zellplasma Zellen wachsen und teilen sich Zellen können nur aus Zellen entstehen Vielzeller bestehen aus unterschiedlich spezialisierten Zelltypen Zellen bilden Gewebe und mehrere Gewebe bilden ein Organ Kombiniere! 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6 1.7 18 22 24 26 28 30 32 34 2 Die Leistungen tierischer und pflanzlicher Zellen 35 Tiere nehmen Sauerstoff auf und geben Kohlenstoffdioxid ab Zellen benötigen Nährstoffe und Sauerstoff zur Energiegewinnung Pflanzen stellen ihre Nährstoffe selbst her Pflanzen benötigen Licht und Blattgrün zur Stärkeproduktion Pflanzen nehmen Kohlenstoffdioxid auf und geben Sauerstoff ab Der Blattaufbau ist an die Fotosynthese angepasst Pflanzen transportieren Zucker und Wasser in Leitungsbahnen Kombiniere! Jetzt geht es um alles: xxx 36 2.1 2.2 2.3 2.4 2.5 2.6 2.7 Pflanzen und Tiere im Lebensraum Auftakt: Was ist eigentlich lebendig? 3 Lebensraum Wald Umweltfaktoren bestimmen die Zusammensetzung des Waldes Rotbuche und Waldkiefer reagieren unterschiedlich auf Umweltfaktoren Wasser ist ein wichtiger abiotischer Faktor in der Moosschicht Ähnliche Tierarten vermeiden Konkurrenz durch unterschiedliche Lebensweise Grüne Pflanzen stehen am Anfang der meisten Nahrungsketten Im Waldboden werden biologische Abfälle zu Pflanzendünger Pilze ernähren sich von toter organischer Substanz, aber auch von Lebewesen Einzeln lebende und staatenbildende Insekten sind im Wald unverzichtbar Ökosysteme verändern sich im Laufe der Zeit von selbst Kombiniere! 3.1 3.2 3.3 3.4 3.5 3.6 3.7 3.8 3.9 38 40 42 44 46 48 50 51 52 55 56 60 64 68 70 72 74 76 78 80 3 4 Lebensraum Gewässer Ein See bietet eine Vielfalt an Lebensbedingungen Fischarten nutzen den Lebensraum See unterschiedlich Im See stehen Algen am Anfang der Nahrungsketten Temperatur und Wind führen zur Durchmischung des Seewassers Organismen lassen Seen verlanden Strömung und Temperatur bestimmen die Zonen von Fließgewässern Die Gewässerströmung erfordert besondere Angepasstheiten Von Tieren kann auf die Sauberkeit des Gewässers geschlossen werden Kombiniere! 4.1 4.2 4.3 4.4 4.5 4.6 4.7 4.8 5 Lebensraum Erde Räuber und Beute hängen voneinander ab Im biologischen Kohlenstoffkreislauf findet ein Energiefluss statt Kohlenstoffdioxid und andere Gase wärmen unsere Erde Die Verstärkung des Treibhauseffekts verändert global die Umwelt Nachhaltigkeit hat ökologische, wirtschaftliche und soziale Aspekte Umweltauswirkungen von Produkten lassen sich messen Die Geburtenrate bestimmt das Wachstum der Weltbevölkerung Der Mensch verursacht ein weltweites Artensterben Der Schutz von Ökosystemen ist nachhaltiges Handeln Kombiniere! Jetzt geht es um alles: Das Ökosystem Wald reagiert 5.1 5.2 5.3 5.4 5.5 5.6 5.7 5.8 5.9 Mensch 4 Auftakt: Außerirdischem Leben dicht auf der Spur? 6 Stoffe aufnehmen und verteilen Die meisten inneren Organe dienen dem Stoffwechsel Stärkeketten werden schon im Mund von einem Protein zerlegt Verdauungsenzyme spalten Nährstoffe in ihre Bausteine Die große Oberfläche des Dünndarms dient der Stoffaufnahme Blut enthält eine Vielfalt an Zellen und gelösten Stoffen Das Herz besteht aus zwei getrennten Pumpen In der Lunge erfolgt der Gasaustausch zwischen Blut und Luft Blut bringt den Zellen Nutzstoffe und holt dort Abfallstoffe ab Die Niere schafft Giftstoffe und Wasser aus dem Körper Kombiniere! 6.1 6.2 6.3 6.4 6.5 6.6 6.7 6.8 6.9 81 82 86 88 92 96 98 100 102 104 105 106 108 110 112 114 116 118 120 122 124 125 126 129 130 132 134 136 138 140 142 144 146 148 7 Signale aus der Umwelt empfangen Jeder unserer Sinne ist auf einen anderen Reiz spezialisiert Fotokamera und menschliches Auge ähneln sich in Bau und Funktion Linse und Pupille passen sich den äußeren Bedingungen an In der Netzhaut sind die Sinneszelltypen unterschiedlich verteilt Das Ohr enthält neben dem Hörsinn auch den Gleichgewichtssinn Dauernde Überbeanspruchung schädigt die Hörsinneszellen Die Haut vermittelt vielfältige Sinneseindrücke Kombiniere! 7.1 7.2 7.3 7.4 7.5 7.6 7.7 8 Informationen verarbeiten Nervenzellen sind die Grundeinheiten des Nervensystems Zwischen Nervenzellen werden die Informationen chemisch weitergeleitet Das Rückenmark ist Schaltstelle für Reflexe und willentliche Reaktionen Jede Gehirnregion erfüllt eine besondere Funktion Inhalte des Langzeitgedächtnisses können dauerhaft abgerufen werden Hormone sind Botenstoffe mit spezifischer Wirkung auf Zellen Unsere Körperfunktionen werden über Regelkreise eingestellt Beim Diabetes ist die hormonelle Regelung des Blutzuckerspiegels gestört Bei Stress arbeiten Hormon- und Nervensystem eng zusammen Kombiniere! 8.1 8.2 8.3 8.4 8.5 8.6 8.7 8.8 8.9 9 Infektionen abwehren Bakterien können Krankheiten hervorrufen Viren benötigen für ihre Vermehrung lebende Zellen Auch Parasiten können Infektionen auslösen Das Immunsystem bildet mehrere unspezifische Barrieren gegen Erreger Zur spezifischen Immunabwehr gehören Antikörper und Blutzellen Die spezifische Immunabwehr beruht auf der Zusammenarbeit Weißer Blutzellen Impfungen helfen dem Körper, Infektionen zu bekämpfen Allergien sind Überreaktionen der spezifischen Immunabwehr Das HI-Virus unterwandert und zerstört die Immunabwehr Kombiniere! 9.1 9.2 9.3 9.4 9.5 9.6 9.7 9.8 9.9 10 Gesundheit schützen 10.1 10.2 10.3 10.4 10.5 10.6 10.7 10.8 10.9 Der Nährstoffbedarf hängt von unserer Aktivität ab Unser Körper braucht auch Vitamine, Mineralstoffe und Ballaststoffe Echter Vitaminmangel führt zu Krankheiten Sport und Bewegung sind die beste Gesundheitsvorsorge Der Feinbau des Muskels erklärt, wie Bewegung funktioniert Das Entstehen einer Sucht beruht auf vielerlei Faktoren Falsche Ideale begünstigen Essstörungen Alkohol- und Zigarettenkonsum sind die häufigsten Suchtformen Auch Computerspiele und das Internet haben ein Suchtpotenzial Kombiniere! 149 150 152 156 158 162 164 166 168 169 170 172 174 176 180 182 184 186 188 190 191 192 196 198 200 202 204 206 208 210 212 213 214 216 218 220 222 224 226 228 230 232 5 11 Entwicklung und Sexualität 11.1 11.2 11.3 11.4 11.5 11.6 11.7 Hormone bewirken die Veränderungen in der Pubertät Die Geschlechtsorgane produzieren Eizellen und Spermien Hormone steuern den Ablauf des weiblichen Zyklus Aus der befruchteten Eizelle entwickelt sich ein neuer Mensch Sorgfältige Verhütung verhindert eine Schwangerschaft Du darfst deine Wünsche äußern und Grenzen setzen Der Mensch durchläuft verschiedene Lebensphasen Kombiniere! Jetzt geht es um alles: Das Hormon EPO wird als Dopingmittel missbraucht Genetik 6 Auftakt: Künstliches Leben erschaffen? 12 Zelluläre Grundlagen der Vererbung 12.1 12.2 12.3 12.4 12.5 12.6 Jeder Zellkern enthält die gesamte Erbinformation Zur Zellteilung wird die Erbinformation in Chromosomen verpackt Vor der Zellteilung muss die Erbinformation verdoppelt werden Geschlechtszellen haben nur einen einfachen Chromosomensatz Geschlechtszellen erhalten ihre Erbinformationen nach dem Zufallsprinzip Bei der Geschlechtszellbildung können Fehler auftreten Kombiniere! 13 Regeln der Vererbung 13.1 13.2 13.3 13.4 13.5 13.6 13.7 13.8 13.9 Erbanlagen treten in mehreren Varianten auf Ein rezessives Allel setzt sich nur durch, wenn das dominante Allel fehlt Manche Allele prägen ein Merkmal gemeinsam Reinerbige Eltern haben genetisch identische Nachkommen Was bei den Eltern gleich ist, kann bei ihren Kindern ungleich sein Erbliche Merkmale können ganz neu kombiniert werden Auch Menschliche Erbgänge folgen den Mendel-Regeln Bestimmte Erbkrankheiten sind an das Geschlecht gebunden Familienstammbäume und Gen-Tests ermöglichen eine genetische Beratung Kombiniere! 233 234 236 238 240 244 246 248 250 253 254 257 258 260 262 264 266 268 270 271 272 274 276 278 280 282 284 286 288 292 14 Molekulare Grundlagen 14.1 14.2 14.3 14.4 14.5 14.6 14.7 14.8 Proteine sind kompliziert gefaltete Ketten aus Aminosäuren Viele lebenswichtige Aufgaben werden von Proteinen erfüllt Gene sind mit vier Buchstaben geschriebene Baupläne von Proteinen Die DNA gleicht einer Wendeltreppe Zu Proteinsynthese wird der Bauplan auf mRNA umgeschrieben Umweltfaktoren und Signale beeinflussen die Aktivität von Genen Eine Genmutation kann das Protein verändern Gentechnik hat zahlreiche Anwendungen, birgt aber auch Gefahren Kombiniere! Jetzt geht es um alles: xxx Evolution Auftakt: Neandertaler wieder zum Leben erwecken? 15 Artenwandel und Geschichte des Lebens 15.1 15.2 15.3 15.4 15.5 15.6 15.7 15.8 15.9 Fossilien zeigen, dass früher andere Tiere und Pflanzen lebten Aus einfachen Zellen entstanden schrittweise kompliziertere Lebewesen Skelette belegen die Abstammung der Landwirbeltiere Abstammung und Verwandtschaft lassen sich in Stammbäumen darstellen Die Mitglieder einer biologischen Art sind genetisch vielfältig Umwelt und Artgenossen bestimmen, wer sich wie oft fortpflanzt Evolution beruht auf zufälligen Mutationen und natürlicher Auslese Durch geografische Isolation können sich neue Arten bilden Der Mensch ist ein wichtiger Selektionsfaktor Kombiniere! 16 Evolution des Menschen 16.1 16.2 16.3 16.4 16.5 Menschen und Menschenaffen sind nahe Verwandte Der aufrechte Gang entstand in Afrika Der moderne Mensch stammt aus Afrika Der Neandertaler ist eine eigene Menschenart Der Mensch ist durch seine Biologie und seine Kultur geprägt Kombiniere! Jetzt geht es um alles: Evolution der Wale Anhang Lösungen Verstanden? Glossar Register Bildquellennachweis 293 294 296 298 300 302 304 306 308 310 311 312 315 316 318 322 324 326 328 330 332 334 336 337 338 340 342 344 346 348 349 7