Inhaltsverzeichnis M Aufgaben richtig verstehen 8 Themenfeld 1: Vielfalt © 2015 Bildungshaus Schulbuchverlage Westermann Schroedel Diesterweg Schöningh Winklers GmbH, Braunschweig www.westermann.de Das Werk und seine Teile sind urheberrechtlich geschützt. Jede Nutzung in anderen als den gesetzlich zugelassenen Fällen bedarf der vorherigen schriftlichen Einwilligung des Verlages. Hinweis zu § 52a UrhG: Weder das Werk noch seine Teile dürfen ohne eine solche Einwilligung gescannt und in ein Netzwerk eingestellt werden. Dies gilt auch für Intranets von Schulen und sonstigen Bildungseinrichtungen. Druck A1 / Jahr 2015 Alle Drucke der Serie A sind im Unterricht parallel verwendbar. Redaktion: Dr. Helga Röske Bildredaktion: Ingeborg Kassner Herstellung: Satz und Grafik Partner GmbH, Meitingen Umschlaggestaltung und Typographie: Jennifer Kirchhof Druck und Bindung: westermann druck GmbH, Braunschweig ISBN 978-3-14-150690-7 2 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6 M 1.7 1.8 1.9 1.10 Pflanzen und Tiere sind Lebewesen 12 Die Reiche der Lebewesen 14 Vielfalt der Pflanzen 16 Stämme der Wirbellosen Tiere 18 Der Stamm der Gliederfüßer 20 Äußerer und innerer Bau von Insekten 22 Ordnen mit geeigneten Kriterien 24 Insekten sind Ernährungsspezialisten 26 Die Klassen der Wirbeltiere 28 Vergleich: Wirbeltiere – wirbellose Tiere 30 Vielfalt der Arten 32 Themenfeld 2: Vielfalt und Veränderung 2.1 Der Birkenspanner – Angepasstheit durch natürliche Auslese 36 2.2 Modelle zur natürlichen Auslese 38 2.3 Angepasstheit, Variabilität und Selektion 40 2.4 Vielfalt durch sexuelle Fortpflanzung 42 2.5 Vielfalt durch Mutationen 44 2.6 Artbildung 46 2.7 Tarnen und warnen 48 2.8 Homologie und Analogie 50 2.9 Geschichte des Lebens auf der Erde 52 2.10 Stammbaum der Wirbeltiere 54 2.11 Der Stammbaum der Pferde 56 2.12 Haustiere und ihre wild lebenden Verwandten 58 Themenfeld 3: Organismus, Organe, Zellen – Versorgung mit Stoffen und Energie 3.1 3.2 M 3.3 3.4 3.5 3.6 M 3.7 3.8 3.9 3.10 3.11 3.12 3.13 3.14 3.15 3.16 M Mit dem Mikroskop lassen sich Zellen erkennen 62 Pflanzen- und Tierzellen 64 Mikroskopieren 66 Zellen, Gewebe, Organ, Organismus 68 Eigenschaften und Zusammensetzung der Luft 70 Wie wir ein- und ausatmen 72 Gasaustausch in der Lunge 74 Modelle – Köpergröße und Wärmehaushalt 76 Aufgaben des Blutes 78 Blutkreislauf 80 Mit dem Blut werden Atemgase transportiert 82 Bau und Leistung des Herzens 84 Regulation der Körpertemperatur 86 Nährstoffe sind wichtige Bestandteile der Nahrung 88 Nahrung liefert Stoffe und Energie für den Körper 90 Zellatmung 92 Verdauung im Überblick 94 Hormonsystem im Überblick 96 Steuerung und Regelung 98 3 3.17 Regelung des Blutzuckerspiegels 100 Themenfeld 4: Pflanze, Pflanzen organe, Pflanzenzellen – Licht ermöglicht Stoffaufbau M Naturwissenschaftliche Erkenntnisgewinnung 104 4.1 Die Wurzel nimmt Wasser und Mineralsalze auf 106 M Modelle zur Oberflächenvergrößerung 108 4.2 Die Sprossachse hat Transportaufgaben 110 4.3 Blätter geben Wasser ab 112 4.4 Zusammenwirken der Organe bei der Pflanze 114 4.5 Aufbau des Blattes 116 4.6 Fotosynthese 118 4.7 Glucose wird in zahlreiche Stoffe um gewandelt 120 4.8 Kartoffel – nahrhafte Knollen 122 4.9 Getreide – Nutzpflanzen früher und heute 124 4.10 Die Bedeutung der Fotosynthese für die Erde 126 4.11 Fotosynthese und Zellatmung 128 Themenfeld 5: Ökosysteme im Wandel 5.1 5.2 M Wälder sind verschieden 132 Der Wald ist ein Ökosystem 134 Bestimmen von Bäumen – digitales Herbarisieren 136 Standortansprüche von Rotbuche und Waldkiefer 138 5.3 4 5.4 5.5 5.6 5.7 5.8 5.9 5.10 5.11 5.12 5.13 5.14 5.15 5.16 5.17 M 5.18 Spechte vermeiden Konkurrenz und ökologische Nische 140 Konkurrenz und ökologische Nischen 142 Nahrungsnetze in einem Mischwald 144 Stoffkreisläufe 146 In Nahrungsketten fließt Energie 148 Lebensraum Süßwasser 150 Nahrungsbeziehungen im See 152 Zonen im See 154 Fressen und gefressen werden – der Wasserfloh 156 Stoffkreislauf und Energiefluss im See 158 Wälder verändern sich 160 Waldgeschichte: vom natürlichen Wald zur Waldwirtschaft 162 Bedeutung des Waldes für den Menschen 164 Wälder im Stress 166 Mathematische Verfahren verdeutlichen ökologische Zusammenhänge 168 Kohlenstoffkreislauf 170 Themenfeld 6: Erwachsen werden 6.1 6.2 6.3 6.4 6.5 6.6 6.7 6.8 6.9 Pubertät 174 Geschlechtsreife bei Jungen 176 Geschlechtsreife bei Mädchen 178 Hormonelle Regulation des weiblichen Zyklus 180 Befruchtung und Einnistung 182 Die Plazenta 184 Schwangerschaft und Geburt 186 Hormonelle Empfängnisverhütung 188 Partnerschaft und Verantwortung 190 Themenfeld 7: Informationen empfangen, verarbeiten, speichern 7.1 7.2 7.3 7.4 7.5 7.6 7.7 7.8 7.9 7.10 7.11 7.12 7.13 7.14 7.15 7.16 7.17 Vom Reiz zur Wahrnehmung 194 Das Auge 196 Das Auge kann scharf sehen 198 Die optische Wahrnehmung 200 Wahrnehmungswelten beim Menschen und bei Tieren 202 Das Ohr 204 Vergleich von Hör- und Sehleistungen 206 Nervenzellen 208 Das Gehirn 210 Nervensysteme im Körper 212 Reiz – Reaktion 214 Lernen und Gedächtnis 216 Sucht ist vielfältig 218 Entstehung von Drogensucht 220 Synthetische Drogen 222 Alkoholmissbrauch 224 Essstörungen 226 Themenfeld 8: Sport und Ernährung – Energiebilanz des Körpers 8.1 8.2 8.3 8.4 8.5 8.6 8.7 M 8.8 Bewegungssystem des Menschen 230 Knochen 232 Feinbau und Arbeitsweise der Muskulatur 234 Energiefluss im Muskel 236 ATP als universeller Energieträger im Körper 238 Ohne Energie geht nichts 240 Nahrung versorgt den Körper mit Energie 242 Concept-Map 244 Ernährung im Wandel 246 8.9 Gesunde Ernährung – aber wie 248 8.10 Anpassung an körperliche Anstrengungen 250 8.11 Zusammenwirken von Organen bei körper lichen Anstrengungen 252 8.12 Auswirkungen von Training und Bewegungsmangel 254 Themenfeld 9: Krankheitserreger erkennen und abwehren 9.1 9.2 9.3 9.4 9.5 9.6 9.7 9.8 Bakterien als Krankheitserreger 258 Antibiotika 260 Multiresistente Bakterien 262 Viren als Krankheitserreger 264 Immunsystem 266 Abwehr von körperfremden Stoffen 268 Immunisierung 270 Aids 272 Themenfeld 10: Individualität und Entwicklung 10.1 Gregor Mendels Versuche zur Vererbung 276 10.2 Mendel stellt Regeln zur Vererbung auf 278 10.3 Mendels Ergebnisse werden durch die Zellforschung bestätigt 280 10.4 Die Bedeutung des Zellkerns 282 10.5 Chromosomen als Träger der Erbinformatiom 284 10.6 Untersuchung von Stammbäumen 286 10.7 Anwendung von Stammbaumuntersuchungen 288 10.8 Mitose – Zellteilung 290 10.9 Meiose – Bildung der Geschlechtszellen 292 10.10 Genetische Vielfalt 294 5 10.11 10.12 10.13 10.14 10.15 10.16 10.17 Mutationen 296 Trisomie 21 298 Modifikationen – Gene und Umwelt 300 Gen – Protein – Merkmal 302 Bau der DNA 304 Identische Verdoppelung der DNA 306 Entschlüsselung des genetischen Codes 308 10.18 Proteinbiosynthese: Transkription 310 10.19 Proteinbiosynthese: Translation 312 10.20 Proteinbiosynthese – ein Überblick 314 Themenfeld 11: Biowissenschaften und Gesellschaft 11.1 Genanalyse 318 11.2 Gentechnik: Bakterien produzieren Humaninsulin 320 11.3 Grüne Gentechnik: Beispiel Mais 322 11.4 Ausbreitung nichtheimischer Tier- und Pflanzenarten 324 11.5 Bedeutung der Biodiversität 326 11.6 Embryonenschutz – wann beginnt menschliches Leben 328 11.7 Fortpflanzungsmedizin 330 M Ethisches Bewerten 332 11.8 PKU – eine erbliche Stoffwechselstörung 334 11.9 Ultraviolette Strahlung, Mutationen und Hautkrebs 336 11.10 Genetischer Fingerabdruck und PCR 338 Themenfeld 12: Biologische Anthropologie 12.1 Der Mensch und seine engsten Verwandten 342 12.2 Geschichte der Menschwerdung 344 12.3 Kommunikation beim Menschen 346 12.4 Kultur und Wortsprache 348 12.5 Menschen verschieden und doch gleich 350 12.6 Stress 352 12.7 Zivilisationskrankheiten 354 M Risiko und Wahrscheinlichkeit 356 12.8 Allergien, Krebs und Autoimmunerkrankungen 358 12.9 Pandemien 360 12.10 Auswirkung menschlicher Einflüsse auf die Artenvielfalt 362 12.11 Nachhaltig handeln 364 M Arbeiten mit Basiskonzepten 366 Fachbegriffe und Basiskonzepte im Themenfeld 368 Stichwortverzeichnis 380 Bildquelle 383 Für die farbig hervorgehobenen Aufgaben werden gestufte Hilfen angeboten. Diese Hilfestellungen sind auf der BiBox (Bestellnr. 150692) zu diesem Band zu finden. Im Biologieportal www.biologie-gymnasium.de steht bei bioskop unter Downloads eine Liste mit weiterführenden Internet-links zu den Themen dieses Buches zum Herunterladen bereit. 6 1 μm = 1 Mikrometer = 10–6 m 1 nm = 1 Nanometer = 10–9 m Eine Fahrt in den menschlichen Körper von der Hautoberfläche des Daumens bis zu den Atomen. Dabei steigt die Vergrößerung von Ausschnitt zu Ausschnitt um den Faktor 10. Die Hautleisten (oben, Mitte) sind noch mit dem bloßen Auge zu erkennen. Ein schematischer Querschnitt durch die Oberhaut (oben rechts) zeigt viele mikroskopisch kleine Zellen. Die Feinstrukturen von Zellen werden erst bei noch stärkerer Vergrößerung sichtbar. Zellorganelle wie der Zellkern und Mitochondrien (zweite Reihe Mitte) haben wichtige biologische Funktionen im Leben von Zellen (und Menschen). Mitochondrien liefern Zellen nutzbare Energie. Zellen nehmen Stoffe auf, wandeln sie um und geben Stoffe ab. Zellkerne (mittlere Reihe links) enthalten die Träger der Erbanlagen, die Chromosomen. Die Erbanlagen enthalten Informationen für die Bildung von Eiweißen(Proteinen). Sie werden an bestimmten Strukturen, den Ribosomen gebildet (Mitte rechts, unten links). Am unteren Ende dieser Skala stehen Moleküle und Atome. 7
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