Christine-Eva Biegl 2Begegnungen mit der Natur Mit kostenlosem eSquirrel-Kurs
Begegnungen mit d. Natur SB 2 Schulbuchnummer: 185061 Begegnungen mit d. Natur SB + E-Book 2 Schulbuchnummer: 185864 Liebe Schülerin, lieber Schüler, du bekommst dieses Schulbuch von der Republik Österreich für deine Ausbildung. Bücher helfen nicht nur beim Lernen, sondern sind auch Freunde fürs Leben. Mit Bescheid des Bundesministeriums für Bildung, Wissenschaft & Forschung vom 11. Mai 2018, GZ BMBF-5.018/0122-B/8/2015, gemäß § 14 Absatz 2 und 5 des Schulunterrichtsgesetzes, BGBl. Nr. 472/86, und gemäß den derzeit geltenden Lehrplänen als für den Unterrichtsgebrauch für die 2. Klasse an Neuen Mittelschulen im Unterrichtsgegenstand Biologie und Umweltkunde (Lehrplan 2012) und für die 2. Klasse an allgemein bildenden höheren Schulen, Unterstufe, im Unterrichtsgegenstand Biologie und Umweltkunde geeignet erklärt. Kopierverbot Wir weisen darauf hin, dass das Kopieren zum Schulgebrauch aus diesem Buch verboten ist – § 42 Abs. 6 Urheberrechtsgesetz: „Die Befugnis zur Vervielfältigung zum eigenen Schulgebrauch gilt nicht für Werke, die ihrer Beschaffenheit und Bezeichnung nach zum Schul- oder Unterrichtsgebrauch bestimmt sind.“ Umschlagbilder: Science Photo Library / picturedesk.com Illustrationen: Illustrationen: Hannes Margreiter, Wien; Susanne Ulreich-Riha, Wien Wildner +Designer GmbH, Fürth; Ingrid Schobel, München; Christine Pleyl-Horzynek, Wien 1. Auflage (Druck 0004) © Österreichischer Bundesverlag Schulbuch GmbH & Co. KG, Wien 2018 www.oebv.at Alle Rechte vorbehalten. Jede Art der Vervielfältigung, auch auszugsweise, gesetzlich verboten. Redaktion: Mag. Stefan Kapeller, Wien; Mag. Johanna Kramer-Gerstacker, Wien; Dr. Sabrina Mašek, Mödling Herstellung: Daniela Hochmayer, Wien Umschlaggestaltung: Jens-Peter Becker, normaldesign GbR, Schwäbisch Gmünd Layout: Jens-Peter Becker, normaldesign GbR, Schwäbisch Gmünd Satz: Ligatur, Wien Druck: Samson Druck GmbH, St. Margarethen ISBN 978-3-209-08789-8 (Begegnungen mit d. Natur SB 2) ISBN 978-3-209-09850-4 (Begegnungen mit d. Natur SB 2 + E-Book 2) Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv
www.oebv.at Christine-Eva Biegl 2 Begegnungen mit der Natur Hol dir die Quiz-App zum Schulbuch im App-Store (iOS) oder Google Play-Store (Android)! Wähle in der App dein Buch aus, gib den Code Begeg2 ein und los geht’s! www.esquirrel.at Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv
Wie du mit Begegnungen mit der Natur arbeitest 4 Bio Plus Biologie – die Lehre von den Lebewesen 6 Die Welt im Mikroskop Mikroskop und Zelle 8 Das Lichtmikroskop 8 Zellen – Bausteine der Lebewesen 10 Die Vielfalt einzelliger Lebewesen 12 Bakterien – gut oder böse? 14 Die Welt im Mikroskop – gut aufgepasst? 18 Die Welt im Mikroskop im Überblick 19 Meine Umwelt und ich 20 Gliederfüßer Gliederfüßer – der artenreichste aller Tierstämme 22 Insekten 23 Der Maikäfer ist ein typisches Insekt 23 Käferverwandtschaften 27 Die Honigbiene – ein Insekt als Nutztier 28 Die Verwandtschaft der Honigbiene 34 Fliegen und Mücken sind Zweiflügler 36 Die Kopflaus, ein Parasit des Menschen 40 Von der Raupe zum Schmetterling 42 Spinnentiere, Krebse und Tausendfüßer 44 Die Kreuzspinne gehört zu den Spinnentieren 44 Einheimische Webspinnen 46 Andere Spinnentiere 47 Der Europäische Flusskrebs 49 Tausendfüßer 50 Gliederfüßer – gut aufgepasst? 51 Gliederfüßer im Überblick 52 Weichtiere Schnecken und Muscheln 54 Die Weinbergschnecke gehört zu den Schnecken 54 Weitere einheimische Schneckenarten 57 Die Große Teichmuschel 58 Weichtiere – gut aufgepasst? 60 Weichtiere im Überblick 61 Lebensraum Wald Die Ökologie des Waldes 62 Stockwerke im Wald 63 Der Wald als Lebensraum vieler Tierarten 64 Die Bedeutung des Waldes 68 Gefahren für den Wald 69 Lebensraum Wald – gut aufgepasst? 72 Lebensraum Wald im Überblick 73 INHALT Arbeitsheft M S. 3–7 Lehrwerk-Online Bonusmaterial 48f8ch Arbeitsheft M S. 8–21 Lehrwerk-Online Bonusmaterial Animation Mundwerkzeuge der Insekten Animation Bienentanz 7g3ch8 h9yt3x p93787 Arbeitsheft M S. 22–23 Lehrwerk-Online Bonusmaterial 6a4t3r Arbeitsheft M S. 24–25 Lehrwerk-Online Bonusmaterial q6f7mb 2 Nur zu Prüfzwecken – Eigentum d s Verlags öbv
Pflanzen im Wald Die Pflanzenvielfalt im Wald 74 Pflanzen der Baumschicht 75 Pflanzen der Strauchschicht 82 Pflanzen der Krautschicht 85 Pflanzen der Kahlschläge 88 Farne und Moose sind Sporenpflanzen 89 Waldtypen in Österreich 92 Pflanzen im Wald – gut aufgepasst? 96 Pflanzen im Wald im Überblick 97 Pilze Das Reich der Pilze 98 Ständerpilze 98 Schlauchpilze 101 Die Ernährung der Pilze 102 Flechten 105 Pilze – gut aufgepasst? 106 Pilze im Überblick 107 Lebensraum Wasser Das Leben am und im Wasser 108 Altarme – stehende Gewässer in der Au 108 Vögel am und im Gewässer 112 Amphibien brauchen Gewässernähe 114 Fische – im Wasser lebende Wirbeltiere 118 Gewässerschutz ist Naturschutz 124 Lebensraum Wasser – gut aufgepasst? 126 Lebensraum Wasser im Überblick 127 Register 128 Arbeitsheft M S. 26–34 Lehrwerk-Online Bonusmaterial 2pe9it Arbeitsheft M S. 35–37 Lehrwerk-Online Bonusmaterial zn5s8i Arbeitsheft M S. 41–48 Lehrwerk-Online Bonusmaterial Animation Entstehung einer Au Animation Kiemenatmung der Fische r4j4au j86m4h 9i4e85 3 Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv
Blick ins Buch Meine Umwelt und ich menschliches Haar ø 0,07 mm Wassertropfen ø 2 mm Meine Umwelt und ich Wenn du die Oberseite deiner Hand durch eine Lupe betrachtest, kannst du die winzig kleinen Hautzellen sehen. Eine Hautzelle ist gerade mal 0,03 mm groß. Und doch ist sie nicht die kleinste Zelle in deinem Körper. Rote Blutkörperchen sind zum Beispiel nur 0,008mm groß. Und wie sieht es mit Mikroorganismen aus? Das Pantoffeltierchen hat immerhin eine Größe von 0,3mm. Die Amöbe kann aber noch viel größer werden. Sieh dir dazu den Größenvergleich an. Dagegen sind Bakterien wirkliche Winzlinge. Escherichia coli ist sehr viel kleiner als eine menschliche Hautzelle. Klein, kleiner, am kleinsten. 1. Ordne folgende Mikroorganismen nach ihrer Größe. Beginne beim kleinsten. Als Hilfestellung darfst du das Internet verwenden. Escherichia coli Pantoffeltierchen Kieselalge Trompetentierchen Trypanosoma Euglena 2. Recherchiere, welche als die größte tierische Zelle der Welt gilt. Fertige eine maßstabsgetreue Skizze von ihr an und zeichne eine menschliche Eizelle, ebenfalls maßstabsgetreu, als Vergleich daneben. 3. Welche der unten abgebildeten Schattenrisse stellen tierische Einzeller bzw. Zellen dar, welche pflanzliche Einzeller bzw. Zellen und welche gehören zu den Bakterien oder Pilzen? Schreibe in die Schattenrisse jeweils T für tierisch, P für pflanzlich oder B für Bakterie. Du bist dran! Pantoffeltierchen 0,3 mm Nervenzelle 0,2 mm bis über 1 m lang Pflanzenzelle 0,03 mm rote Blutkörperchen 0,008 mm Pollen 0,01 mm Hautzelle 0,03 mm Pilzhyphe ø 0,002 mm Spermium 0,06 mm E. coli 0,003 mm Pilzsporen 0,003 mm menschliche Eizelle 0,13 mm 20 21 Amöbe 0,5 mm Pilze im Überblick Pilze Pilze – gut aufgepasst? Beweise, dass du ein Pilz-Profi bist! Versuche, so viele Punkte wie möglich zu erreichen, indem du folgende Aufgaben beantwortest. Für jede richtige Antwort erhältst du drei Punkte. Viel Erfolg! Punkte 1. Beschreibe den Bau eines Ständerpilzes. _ / 3 2. Erkläre die Fortpflanzung bei Pilzen. _ / 3 3. Zeige die Gemeinsamkeiten der Pilze mit Pflanzen bzw. Tieren auf und begründe, warum sie weder dem einen noch dem anderen Reich zugeordnet werden. _ / 3 4. Beschreibe den giftigsten aller heimischen Pilze und zeige Verwechslungsmöglichkeiten auf. _ / 3 5. Erkläre den Begriff „Mykorrhiza“ und stelle einige bekannte Beispiele vor. _ / 3 6. Erläutere die Bedeutung von Pilzen in der Nahrungsmittelindustrie. _ / 3 7. Gib an, warum und wie Hefepilze ohne Sauerstoff leben können. _ / 3 8. Beschreibe die Wirkung von Antibiotika und schildere, von wem und wie sie entdeckt wurden. _ / 3 9. Beschreibe „Flechten als Symbionten“ und ihre Bedeutung als Bioindikatoren. _ / 3 10. Kreuze bei folgenden Abbildungen Zutreffendes an. _ / 3 et3ux8 Lösungen Wie gut kennst du Pilze? 26 – 30 Punkte: Gratuliere, du bist ein Pilz-Profi! 21 – 25 Punkte: Bravo, du kennst dich gut mit Pilzen aus! 16 – 20 Punkte: Nicht schlecht, aber da geht noch mehr! 11 – 15 Punkte: Das Grundlegende weißt du bereits, aber du kannst noch viel mehr schaffen! 1 – 10 Punkte: Schade, das reicht leider nicht. Wiederhole alle Inhalte des Kapitels, damit auch du ein Pilz-Profi wirst! Ergebnis _ / 30 Steinpilz Röhrenpilz Schlauchpilz Trüffeln Bauchpilze Morcheln Lamellenpilz Grüngefelderter Täubling Grüner Knollenblätterpilz Krustenflechte verträgt größere Schadstoffbelastung Blattflechte Pilze bestehen aus feinen Fäden, den Hyphen. Diese sind miteinander zu einem Myzel verflochten. Zur Fortpflanzung werden Fortpflanzungskörper ausgebildet. In ihnen bilden sich Sporen. Diese werden verbreitet und keimen auf einem geeigneten Untergrund aus. Pilze ernähren sich durch Aufnahme organischer Stoffe. Sie sind Saprophyten, Parasiten oder Symbionten. Als Saprophyten spielen sie eine wichtige Rolle als Destruenten, sie befallen aber auch Lebensmittel und machen sie ungenießbar. Unter den Schimmelpilzen gibt es aber auch Nahrungsmittelveredler. Manche Pilze können bei Sauerstoffmangel Energie durch Gärung freisetzen. Diese Tatsache wird in der Lebensmittelindustrie genutzt. So werden etwa Hefepilze zB bei der Käseherstellung, beim Bierbrauen, bei der Salamiherstellung usw. verwendet. Parasitär lebende Pilze verursachen Krankheiten an Pflanzen, bei Tieren und bei Menschen. Es gibt genießbare, ungenießbare und giftige Pilze. Der gefährlichste Pilz ist der Grüne Knollenblätterpilz. Sein Verzehr endet zumeist tödlich. Antibiotika sind Stoffe, die von bestimmten Pilzen ausgeschieden werden und das Wachstum von Bakterien hemmen. Flechten sind Symbiosen zwischen Pilzen und Algen. Man unterscheidet zwischen Krusten-, Blatt-, Strauch- und Bartflechten. Manche Flechten reagieren empfindlich auf Luftverschmutzung. Sie werden deshalb als Bioindikatoren verwendet. Pilze im Überblick Hättest du das gedacht? Was als „Schwammerl“ gesammelt wird, ist nur ein Teil des Pilzes, nämlich der Fortpflanzungskörper. Der eigentliche Pilz durchwächst den Boden. Er besteht aus vielen feinen weißen Fäden, den Hyphen, die ineinander verflochten sind. Dieses Pilzgeflecht wird als Myzel bezeichnet. Bestimmte Schimmelpilze scheiden Stoffe aus, die Bakterien töten. Diese so genannten Antibiotika werden in der Medizin eingesetzt. Hefepilze bauen unter Sauerstoffabschluss Traubenzucker zu Alkohol und Kohlenstoffdioxid ab. Das Kohlenstoffdioxid lässt den Teig aufgehen, wodurch das Gebäck locker wird, der Alkohol verdampft. Flechten sind Lebensgemeinschaften aus Pilzen und Algen. Die Algen erzeugen durch Fotosynthese Zucker, den sie den Pilzen zur Verfügung stellen. Als Gegenleistung versorgen die Pilze die Algen mit Wasser und Mineralstoffen. Da Trüffeln nur unter der Erde wachsen, ist es für uns schwer, sie zu finden. Deshalb werden zur Suche Schweine eingesetzt. Der Geruch der Trüffeln ist dem Sexuallockstoff der Eber ähnlich, wodurch paarungsbereite weibliche Schweine davon angelockt werden. Da die Trüffelschweine die gefundenen Trüffeln gerne selbst auffressen und nicht immer zu bremsen sind, werden zunehmend auf den Trüffelgeruch trainierte Hunde eingesetzt. (Auflösung von Seite 98) 29 Steinpilz 30 Pilzlamellen 31 Bartflechte 106 107 Gliederfüßer – der artenreichste aller Tierstämme Wie viele Tierarten gibt es auf der Welt? Bis heute wurden etwa 1 800 000 Tierarten beschrieben. Davon machen die Wirbeltiere, über die du im letzten Jahr Genaueres erfahren hast, mit zirka 60 000 Arten allerdings nur einen ganz geringen Teil aus. Und der Rest? Den bilden Wirbellose, also Tiere ohne Wirbelsäule. Davon zählen allein rund 1 450 000 Arten zum Stamm der Gliederfüßer, dem Insekten (siehe nächste Seite), Spinnentiere (siehe S. 44), Krebstiere (siehe S. 49) und Tausendfüßer (siehe S. 50) angehören. Was denkst du? Ist es für eine Biene tödlich, wenn sie einen Menschen sticht? Sind Spinnen Insekten? Wie gefährlich ist ein Wespenstich für den Menschen? Hat ein Tausendfüßer wirklich tausend Füße? Gibt es in Österreich Skorpione? Was ist ein Butterkrebs? 1 Gegliederte Beine – das namensgebende Merkmal der Gliederfüßer Gliederfüßer Ihren Namen haben die Gliederfüßer von ihren in mehrere Abschnitte gegliederten Beinen. Wiederhole, was du im Vorjahr gelernt hast: a) Was kennzeichnet Wirbeltiere? b) Welche 5 Wirbeltierklassen unterscheiden wir? c) Was kennzeichnet die jeweiligen Wirbeltierklassen? Du bist dran! 22 Gliederfüßer Wie du mit Begegnungen mit der Natur arbeitest Kapiteleinstieg Ein neues Thema beginnt mit einem Kapiteleinstieg. Weißt du die Antworten auf diese spannenden Fragen? Hast du das Kapitel gelesen, kannst du sie lösen! Am Ende des Kapitels kannst du überprüfen, ob du alles richtig beantwortet hast. Insekten 30 Mundwerkzeuge der Biene (Schema) 31 Mundwerkzeuge der Biene Honigmagen Bei den Honigbienen ist der Kropf als Honigmagen ausgebildet. 32 Honigbienen beim Sammeln von Nektar und Blütenstaub Die Mundwerkzeuge der Biene sind saugend-leckend-kauend Bei den Bienen sind die Unterkiefer und ein Teil der Unterlippe zu einem Saugrohr zusammengelegt ( Abb. 30 und 31). Der and re Teil der Unterlippe bildet eine im Saugrohr b findliche Zunge. Mit ihrer Hilfe wird Nektar aufgeleckt und anschließend über das Saugrohr aufgesaugt. Der zuckerhältige Saft gelangt durch die Speiseröhre in den Honigmagen. Er ist durch ein Ventil gegen den Mitteldarm abgesperrt. Dieses Ventil lässt nur so viel Nektar in den Mitteldarm durch, dass der Eigenbedarf der Biene gedeckt ist. Der Rest sammelt sich im Honig agen an und kann so in den Stock befördert werden. Durch Wirkstoffe, die im Honigmagen zum N kta abg so d rt werden, rfolgt die Umwandlu g des Nekt rs zu Honig. Im Bi n nstock würgt die Biene den Inhalt des Honigmagens wieder heraus. Er wird in den Waben als Wintervorrat eingelagert. Mit den kleinen Oberkiefern wird Wachs für den Wabenbau gekaut und geknetet. Auch aus Honigtau wird Honig erzeugt Honigtau ist ein zuckerhältiger Saft, der unter anderem von Baumläusen, die auf Fichten, Tannen und Föhren parasitieren, ausgeschieden wird. Gelegentlich sammeln Honigbienen statt Nektar auch Honigtau. Er wird genauso wie der Nektar im Honigmagen eingedickt und als Vorrat in die Zellen eingebracht. Honigtauhonig ist dunkler als Blütenhonig. Er ist bei der Imkerin bzw. beim Imker und im Handel als Waldhonig erhältlich. Bienen sind blütenstet Solange die Bienen Nektar und Blütenstaub in den Blüten einer bestimmten Pflanzenart finden, fliegen sie nur diese an. Sie sind blütentreu oder blütenstet. Dies ist für die von Bienen besuchten Pflanzen von Bedeutung. Bei ihrer Sammeltätigkeit übertragen die Tiere Blütenstaub von einer Pflanze zur anderen. Die Pflanzen werden dadurch bestäubt. Die Blütenstetigkeit garantiert die Übertragung artrichtigen Pollens und führt zu einer erfolgreichen Frucht und Samenbildung. 1. Eine Arbeiterin, die nicht überwintert, kann 40 Tage alt werden. Trotzdem sterben viele Bienen früher. Finde Erklärungen dafür und überprüfe sie mithilfe des Internets auf ihre Richtigkeit. 2. Recherchiere im Internet, wieso die Zellen der Bienenwaben im Querschnitt sechseckig sind. 3. Begründe, warum Bienen auch als „soziale Insekten“ bezeichnet werden. 4. Erkundige dich bei einer Imkerin bzw. einem Imker oder informiere dich im Internet: Welche Produkte außer Honig liefern Bienen noch und wofür werden sie verwendet? 5. Zähle auf, welche Honigsorten du kennst bzw. schon selbst gekostet hast. 6. Diskutiert in der Klassengemeinschaft: Welche Folgen hätte es für euren Alltag, wenn es keine Bienen mehr gäbe? Du bist dran! h9yt3x Animation Oberkiefer Unterlippe Unterlippentaster Zunge Unterkiefer Oberlippe 31 Buchseite Hier erarbeitest du dir ein biologisches Thema mithilfe von Informationen, Abbildungen und verschiedenen Aufgaben. In der Randspalte findest du wichtige Begriffe einfach erklärt. Online-Code: Einfach den Code im Suchfenster auf www.oebv.at eingeben und du wirst direkt zu Bonus-Material oder Lösungen weitergeleitet. Die Aufgaben fördern dein selbstständiges Arbeiten. Die Symbole zeigen dir an, welche Kompetenzen trainiert werden: Kompetenz Wissen organisieren: Wissen aneignen, darstellen und kommunizieren. Kompetenz Erkenntnisse gewinnen: Durch Fragen oder Untersuchungen (siehe S. 5) Erkenntnisse gewinnen und interpretieren. Kompetenz Schlüsse ziehen und gestalten: Daten und Fakten bewerten, Entscheidungen treffen und entsprechend handeln. Wiederholung und Zusammenfassung Am Ende jedes Kapitels findest du auf der linken Seite ein Quiz zur Wissensüberprüfung und Wiederholung und auf der rechten Seite eine Zusammenfassung der wichtigsten Inhalte. Hier kannst du überprüfen, ob du die auf der Einstiegsseite gestellten Fragen richtig beantwortet hast. Meine Umwelt und ich Die Seiten 20–21 in diesem Buch geben dir einen Überblick über die Größenverhältnisse von Mikroorganismen, die du in diesem Schulbuch kennenlernen wirst. Auf diesen Seiten siehst du, wie groß oder wie klein diese Tiere im Vergleich zu einem menschlichen Haar sind. Bio PLUS Die „Bio PLUS“-Seiten (Seiten 6–7) geben dir einen Überblick über die fünf Reiche der Lebewesen. 4 Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv
Von der Hypothese über das Experiment zum Wissen Unter dem Begriff „Wissenschaft“ verstehen wir alles Wissen, das als gesichert gilt. Es wird in Teilbereiche untergliedert. So umfassen beispielsweise die Naturwissenschaften das Wissen über die Erscheinungen und Vorgänge in der Natur. Zu ihnen gehört u.a. die Biologie, die Wissenschaft von den Lebewesen. „Wissenschaft“ bedeutet aber auch neues Wissen zu erarbeiten (forschen), die Forschungsergebnisse festzuhalten (dokumentieren) und dieses Wissen weiterzugeben (lehren). Forschung beginnt meistens mit einer Frage, der Forschungsfrage. Antworten auf die Frage erhält man durch Versuche (Experimente). Vor der Durchführung eines Experiments wird üblicherweise eine Vermutung oder Behauptung über das voraussichtliche Ergebnis des Experiments aufgestellt, eine sogenannte Hypothese. Sie wird durch das Versuchsergebnis bestätigt oder widerlegt. Damit man auch später noch die Ergebnisse eines Experiments nachvollziehen kann, ist es wichtig schriftliche Aufzeichnungen, ein Protokoll, zu machen. Dein Versuchsprotokoll soll folgende Abschnitte enthalten: Thema, Datum, deinen Namen, die Forschungsfrage, eine Hypothese, den Ablauf sowie das Ergebnis deines Experiments, eine Deutung bzw. Schlussfolgerung deiner Ergebnisse und eventuell Anmerkungen. Thema Worum geht es bei dem Versuch? Datum, Name Wann und von wem wird das Experiment durchgeführt? Forschungsfrage Was soll mit dem Experiment erforscht werden? Hypothese Welches Ergebnis wird erwartet? Aufbau des Experiments Welche Materialien werden für das Experiment benötigt? Ablauf des Experiments Genaue Beschreibung der einzelnen Schritte Ergebnis(se) Beobachtungen, Festhalten und Vergleich von Ergebnissen/Daten Deutung und Schlussfolgerung Erklärung der Ergebnisse, Feststellung der Bestätigung oder Widerlegung der Hypothese Anmerkungen Eventuell unerwartete Messergebnisse, Besonderheiten, Denkfehler, … 5 Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv
Bio PLUS Biologie – die Lehre von den Lebewesen Einteilung der Lebewesen In der ersten Klasse hast du erfahren, was die Kennzeichen von Lebewesen sind. Du weißt auch schon, dass Lebewesen aufgrund gemeinsamer Merkmale zu Gruppen zusammengefasst werden. So unterscheiden wir fünf Reiche der Lebewesen, innerhalb derer wir weitere Eingruppierungen in Stämme, Klassen, Ordnungen, Familien, Gattungen und Arten treffen. Einige Vertreter aus dem Reich der Tiere hast du bereits im Vorjahr kennengelernt: Säugetiere, Vögel und Reptilien. Sie gehören alle zum Stamm der Wirbeltiere. Es gibt noch zwei weitere Wirbeltierklassen – die Amphibien und die Fische (siehe S. 114 –123). Es gibt aber auch Tiere, die keine Wirbelsäule haben. Zu diesen Wirbellosen gehören unter anderem die Insekten, die Spinnen, die Krebse, die Tausendfüßer, die Schnecken und die Muscheln (siehe S. 54 – 61). Aus dem Reich der Pflanzen wirst du heuer Pflanzen aus dem Lebensraum Wald sowie Pflanzen aus dem Lebensraum Wasser kennenlernen (siehe S. 62 – 97 und 109 –111). Du weißt bereits, dass die Bausteine aller Lebewesen die Zellen sind – ein Mensch besteht aus vielen Milliarden Zellen. Es gibt aber auch Lebewesen, die nur aus einer einzigen Zelle bestehen. Um sie betrachten zu können, brauchen wir ein Mikroskop (siehe S. 8 – 9). Bei den einzelligen Lebewesen unterscheiden wir zwischen dem Reich der Protisten (siehe S. 10 –13) und dem der Bakterien (siehe S. 14 –16). Pilze bilden das fünfte Reich (siehe S. 98 –107). Tiere sind vielzellige Lebewesen, die sich von anderen Lebewesen bzw. von Stoffen, die von Lebewesen stammen (Aas, abgestorbene Blätter, Kot …) ernähren. Pflanzen sind vielzellige Lebewesen, die ihre Nahrung durch Fotosynthese selbst erzeugen. Protisten sind einzellige Lebewesen und deren einfach gebaute mehrzellige Verwandte, die sich nicht einem anderen Reich zuordnen lassen. Bakterien sind einzellige Lebewesen, deren Zellen anders gebaut sind als die der übrigen Lebewesen. Pilze sind Lebewesen, die bestimmte Merkmale von Pflanzen, aber auch von Tieren aufweisen. Es gibt vielzellige und einzellige Pilze. 1 Die fünf Reiche der Lebewesen: Tiere, Pflanzen, Pilze, Protisten, Bakterien (die Größenverhältnisse zwischen den Bildern stimmen nicht) 6 Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv
Biologie – die Lehre von den Lebewesen Lebewesen und ihre Umwelt Die unterschiedlichen Lebewesen stellen unterschiedliche Ansprüche an ihre Umwelt. Deshalb können bestimmte Lebewesen auch nur bestimmte Lebensräume besiedeln. Zwischen den Lebewesen eines bestimmten Lebensraumes (zB Wald) gibt es vielfältige Beziehungen. Aufgrund von Nahrungsbeziehungen lassen sich in einem Ökosystem drei Organismengruppen unterscheiden: Produzenten, Konsumenten und Destruenten (siehe S. 64 – 65). 1. Wiederhole, was die Kennzeichen von Lebewesen sind. Kreuze richtig an. Bewegung Aussehen Körperform Wachstum Stoffwechsel Körperfarbe Fortpflanzung Reizbarkeit 2. Der Kreislauf in der Natur. Beschrifte die Abbildung richtig mit folgenden Begriffen: Bakterien, Bodentiere, Destruenten, Falllaub, grüne Pflanzen, Kohlenstoffdioxid, Konsumenten, Kot, Mineralstoffe, Produzenten, Sauerstoff, Sonnenlicht, Tiere, Tierleichen, Zucker Du bist dran! Lebewesen, Lebensräume Ein bestimmter Lebensraum wird als Biotop bezeichnet. Seine Beschaffenheit hängt von vielen Faktoren ab, wie zB der Dauer der Sonneneinstrahlung, der Niederschlagsmenge (Regen, Schnee, etc.), der Temperatur, der Höhenlage, u. v. a.m. Abhängig von der Beschaffenheit eines Biotops kommt darin eine bestimmte Lebensgemeinschaft, die so genannte Biozönose, vor. Biotop und Biozönose bilden gemeinsam ein Ökosystem. 2 Pilze bilden das fünfte Reich der Lebewesen 3 Vögel gehören zum Reich der Tiere Konsumenten Produzenten Destruenten 7 Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv
Mikroskop und Zelle Du weißt bereits, dass Lebewesen aus Zellen bestehen. Die meisten von ihnen sind allerdings so klein, dass wir sie mit freiem Auge nicht sehen können. Ihre Größe liegt unter dem Auflösungsvermögen unserer Augen. Unter dem Auflösungsvermögen versteht man den kleinsten Abstand zwischen zwei Punkten, der noch getrennt wahrgenommen werden kann. Um Dinge sehen zu können, die unter dem Auflösungsvermögen liegen, brauchen wir optische Hilfsmittel. Das Lichtmikroskop Schon im Altertum war bekannt, dass sich Gegenstände durch Kugeln, die mit Wasser gefüllt sind, und durch Linsen vergrößert betrachten lassen. Damit wurde die Lupe erfunden. Mit Lupen können wir bis zu 25-fache Vergrößerungen erzielen. Dies reicht aber oft nicht aus. Sind die zu betrachtenden Objekte noch kleiner, benötigen wir ein Mikroskop. In einem Mikroskop werden Linsen miteinander kombiniert, wodurch eine stärkere Vergrößerung erreicht wird. Moderne Mikroskope, wie sie in der Forschung verwendet werden, liefern bis zu 2 000-fache Vergrößerungen. Mit den gängigen Schulmikroskopen lassen sich 40- bis 400-fache Vergrößerungen erzielen. Was denkst du? Ein Mensch besteht aus Tausenden Milliarden Zellen. Gibt es auch Lebewesen, die nur aus einer einzigen Zelle bestehen? Gibt es Bakterien, die sehr hohe bzw. sehr tiefe Temperaturen überleben können? Warum solltest du keine rohen Eier bzw. Speisen, die rohe Eier enthalten, essen? Sind Bakterien gut oder böse? Stimmt es, dass sich Bakterien unter günstigen Lebensbedingungen alle 20 Minuten teilen können? 1 Leselupen vergrößern meist bis 6-fach Auflösungsvermögen Das Auflösungsvermögen des menschlichen Auges liegt bei 0,1mm bei Normalsichtigkeit. Menschliche Eizellen sind etwas so klein, alle anderen Zellen wesentlich kleiner (die kleinsten etwa 0,005mm). Linse Glas mit gewölbten Flächen Lupe Vergrößerungsglas Mikroskope Zum Betrachten ganz kleiner Strukturen reichen Lichtmikroskope auch nicht mehr aus. Dafür wurden Elektronenmikroskope entwickelt. Sie liefern Bilder mit bis zu 1 000 000-facher Vergrößerung. 8 Die Welt im Mikroskop Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv
Mikroskop und Zelle Übe die Handhabung eines Lichtmikroskops: • Halte das Mikroskop beim Herausstellen aus dem Schrank oder beim Transportieren nur am Stativ. • Reinige verschmutzte Linsen mit einem weichen Tuch mit Alkohol oder destilliertem Wasser. • Achte darauf, dass der Objektträger sauber und trocken ist. • Stelle beim Suchen des Objekts immer die kleinste Vergrößerung ein. • Arbeite mit dem Grobtrieb nur beim kleinsten Objektiv. • Achte bei der Scharfeinstellung des Bildes darauf, dass Objektiv und Präparat einander nicht berühren und dadurch beschädigt werden. • Kontrolliere beim Drehen des Objektivrevolvers von der Seite, dass ein längeres Objektiv das Objekt nicht berührt. • Stelle nach Beenden deiner Arbeit am Mikroskop wieder das Objektiv mit der kleinsten Vergrößerung ein. Du bist dran! Die Vergrößerung ist von Okular und Objektiv abhängig Die Vergrößerungen im Mikroskop werden durch Kombination von zwei Linsen, dem Okular und dem Objektiv, erzielt. Die meisten Mikroskope haben drei Objektive unterschiedlicher Vergrößerungen drehbar auf dem so genannten Objektivrevolver gelagert. Durch Drehen des Revolvers lässt sich die gewünschte Vergrößerung einstellen. Das Objektiv entwirft ein vergrößertes Zwischenbild des Objekts, das mit dem Okular nochmals vergrößert wird. Objektiv und Okular sind durch den Tubus verbunden. Die Gesamtvergrößerung erhält man, wenn man die Vergrößerungen von Objektiv und Okular multipliziert. Vergrößerung Obj. x Vergrößerung Okul. = Gesamtvergrößerung So lässt sich eine 400-fache Vergrößerung zB durch ein Objektiv mit einer 40-fachen und ein Okular mit einer 10-fachen Vergrößerung erzielen. Das Objekt wird in einen Flüssigkeitstropfen (zB Wasser) in die Mitte eines speziellen Glasplättchens, des Objektträgers, gegeben und mit dem Deckglas abgedeckt. Danach wird der Objektträger mit dem Objekthalter am Objekttisch fixiert. Die Beleuchtung des Objekts erfolgt von unten. Eine weitere Linse, der Kondensor, bewirkt die bestmögliche Ausleuchtung. Mit der Kondensorblende wird der Kontrast reguliert. Mit dem Grob- und dem Feintrieb wird der Objekttisch zur Einstellung der Bildschärfe nach oben oder nach unten bewegt. Das Stativ trägt die Optik (Okular, Tubus, Objektive) und den Objekttisch. Okular oculus (lat.) = Auge; das Okular ist die Linse, die dem Auge näher ist. Objektiv obiacere (lat.) = gegenüberliegen; das Objektiv ist dem zu betrachtenden Gegenstand, dem Objekt, näher. Deckglas schützt das Objektiv, falls es zu nah an das Objekt herangebracht wird, vor Verschmutzung. Es ebnet das Objekt aber auch ein (für das Scharfsehen wichtig!). 2 Lichtmikroskop Okular Tubus Objektrevolver Objektiv Objekthalter Objekttisch Lampe Fuß Stativ Grobtrieb Feintrieb 9 Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv
Die Welt im Mikroskop Zellen – Bausteine der Lebewesen Bereits im 17. Jahrhundert konstruierte Robert Hooke ein Mikroskop, mit dem ihm bis zu 100-fache Vergrößerungen gelangen. Damit betrachtete er auch Pflanzenteile und erkannte, dass Pflanzen aus kleinen Bausteinen bestehen. Er nannte diese Bausteine Zellen. Heute weiß man, dass alle Lebewesen aus Zellen bestehen. Es gibt auch einzellige Lebewesen Ein Mensch besteht aus Tausenden Milliarden Zellen. Es gibt aber auch Lebewesen, die nur aus einer einzigen Zelle bestehen. Obwohl diese Einzeller mikroskopisch klein sind, funktionieren sie wie alle anderen Lebewesen auch: Sie können sich bewegen, reagieren auf Reize, ernähren sich, atmen, haben einen Stofftransport innerhalb des Körpers, bauen Stoffe auf und ab, scheiden Stoffe aus, wachsen und vermehren sich. In unserem Körper sind die verschiedenen Organe für diese Lebensvorgänge zuständig. Bei einzelligen Lebewesen übernehmen so genannte Organellen diese Aufgaben. Alle Zellen weisen einen gemeinsamen Grundbauplan auf In Süßgewässern kommt der Einzeller Euglena vor, der etwa 0,05mm groß ist. An ihm kann man sehr gut zeigen, wie eine Zelle gebaut ist: Die Zelle besteht aus dem Zellplasma, das von einem dünnen Häutchen, der Zellmembran, umgrenzt ist. Im Zellplasma eingebettet liegen die Zellorganellen und ein Zellkern. Er enthält wie ein Kochbuch eine Fülle von Anleitungen und Informationen, die als Erbanlagen oder Gene bezeichnet werden. Mit ihnen kontrolliert und steuert der Kern die Vorgänge in der Zelle. Alle Einzeller, wie auch die Zellen der Vielzeller, weisen diesen Grundbauplan auf. In Form und Größe unterscheiden sie sich jedoch. Außerdem können sie Extraausstattungen aufweisen. So besitzt beispielsweise Euglena ein langes fadenförmiges Gebilde, eine Geißel, mit der sie sich durch Hin- und Herschlagen und Rotieren vorwärts und gleichzeitig um die eigene Achse bewegen kann. Zusätzlich besitzt Euglena einen Augenfleck, der eine Orientierung zum Licht ermöglicht. Robert Hooke (1635 – 1703) war ein englischer Physiker und Naturforscher Zellen Vielzellige Lebewesen bestehen aus verschiedenartigen Zellen. Zum Beispiel gibt es bei vielen Tieren und beim Menschen Knochenzellen, Knorpelzellen und Muskelzellen. Zellen bilden Gewebe. Gleichartige Knochenzellen etwa bilden Knochengewebe, Knorpelzellen Knorpelgewebe und Muskelzellen Muskelgewebe. Organe Verschiedene Gewebe verbinden sich zu Organen. Diese erfüllen bestimmte Aufgaben. So pumpt zum Beispiel das Herz das Blut durch den Körper. Organe arbeiten jedoch nicht unabhängig voneinander. Sie bilden Organsysteme. Bereits im Vorjahr hast du verschiedene Organsysteme kennen gelernt. Organellen Da die Organe der Vielzeller aus Geweben (Zellverbänden) bestehen, die „Organe“ einer Zelle jedoch nur Teile einer Zelle sind, wurde im 19. Jahrhundert dafür der Begriff Organellen (Einzahl: das Organell) geprägt. Er bedeutet „kleine Organe“. Zellplasma besteht hauptsächlich aus Wasser, in dem verschiedene Stoffe wie Zucker, Fette, Eiweiße, Salze und viele andere mehr gelöst sind. Die gelösten Eiweiße machen das Plasma zähflüssig. Vielzeller sind Lebewesen, die aus mehreren bzw. vielen Zellen bestehen. Die meisten Zellen sind zu Geweben verbunden, die wiederum Organe aufbauen. rotieren sich um die eigene Achse drehen 3 Euglenen im Mikroskop (Originalgröße 0,05mm) 4 Euglena im Mikroskop (obere Abbildung); Zellbau (Schema; untere Abbildung) Geißel Augenfleck Zellmembran Zellplasma Zellorganellen Zellkern 10 Nur zu Prüfzwecken – Eigentum d s Verlags öbv
Mikroskop und Zelle In den Chloroplasten findet die Fotosynthese statt Die Chloroplasten sind Zellorganellen, die für Pflanzenzellen typisch sind. Durch Einlagerung von Chlorophyll sind sie grün gefärbt. In ihnen findet die Fotosynthese statt. In Abbildung 3 und 4 (siehe S. 10) kannst du sehen, dass auch Euglena solche Chloroplasten besitzt und somit die notwendigen Nährstoffe selbst herstellen kann. Ist Euglena also ein pflanzlicher Einzeller? Euglena kann die Nahrung auch aufnehmen Leben Euglenen längere Zeit im Dunkeln, können sie aus der Umgebung Nahrung in gelöster Form über die gesamte Körperoberfläche aufnehmen. Zusätzlich werden feste Nahrungsteilchen, die der Zellmembran anhaften, nach und nach in diese eingesenkt und schließlich ins Zellinnere abgeschnürt. In den so entstandenen Nahrungsbläschen findet die Verdauung statt. Anschließend werden verwertbare Stoffe aus dem Bläschen ins Zellplasma abgegeben. Unverwertbare Stoffe werden auf umgekehrtem Weg wieder aus der Zelle ausgeschieden. Euglena lässt sich demnach weder eindeutig als pflanzlicher noch als tierischer Einzeller beschreiben. Sie nimmt eine Mittelstellung ein. Pflanzenzellen besitzen Zellwände und große Vakuolen Pflanzliche Zellen haben außerhalb der Zellmembran noch eine Hülle aus Zellulose, die so genannte Zellwand. Sie verleiht der Zelle eine gewisse Festigkeit. Zellulose dient übrigens als Grundstoff in der Papierherstellung. Ein weiteres Merkmal, das Pflanzen- von Tierzellen unterscheidet, ist die Vakuole, ein Bläschen, das mit Zellsaft gefüllt ist. In ausgewachsenen Pflanzenzellen nimmt dieses Zellorganell fast den ganzen Innenraum der Zelle ein, sodass das Zellplasma mit den übrigen Zellorganellen und dem Zellkern ganz an die Wand gedrängt wird. 5 Aufnahme fester Nahrungsteilchen und Ausscheidung bei Einzellern (Schema) Fotosynthese Produktion von Zucker und Sauerstoff aus Kohlenstoffdioxid und Wasser unter Einwirkung des Sonnenlichts Zellsaft ist eine Lösung von Zucker, Säuren, Farbstoffen und anderen Stoffen in Wasser. Durch die mit Zellsaft prall gefüllten Vakuolen erhalten Pflanzenzellen ihre Form und Festigkeit. Geben Pflanzen mehr Wasser ab, als sie über die Wurzeln aufnehmen, nimmt der Wassergehalt in den Vakuolen ab – die Pflanze welkt. 1. Unterscheide zwischen einem Organ und einem Organell. Erkläre, warum es falsch ist, Organellen als Organe der Zelle zu bezeichnen. 2. Begründe, warum Euglenen trotz Chloroplasten bei Dunkelheit keinen Zucker erzeugen können. Stell dir vor, es wäre möglich, dass in tierischen Zellen Fotosynthese stattfindet. Welche Folgen hätte das für dich und deine Ernährung? 3. Fertige in deinem Biologieheft eine Tabelle an, in der du eine pflanzliche und eine tierische Zelle einander gegenüberstellst. Du bist dran! 6 Pflanzliches Gewebe (mikroskopische Aufnahme) und Pflanzenzelle (Schema) 7 Tierzelle (Schema) und tierisches Gewebe (mikroskopische Aufnahme) Zellwand Chloroplast Zellplasma Zellkern Vakuole Zellkern Zellmembran 11 Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv
Die Welt im Mikroskop Die Vielfalt einzelliger Lebewesen Einzeller gibt es überall, wo Wasser ist bzw. wo es feucht genug ist. Man findet sie im Meer genauso wie im Süßwasser. Je nachdem, ob sie sich durch Fotosynthese oder durch Stoffaufnahme aus der Umwelt ernähren, unterscheiden wir tierische und pflanzliche Einzeller. Einzeller mit gemeinsamen Merkmalen werden zu Gruppen zusammengefasst. Die bekanntesten sind Geißelträger, Sporentierchen, Wurzelfüßer, Wimpertierchen und einzellige Algen. Ein Geißeltierchen ist der Erreger der Schlafkrankheit Mit Euglena hast du einen Geißelträger kennengelernt, der eine Mittelstellung zwischen pflanzlichen und tierischen Einzellern einnimmt. Neben solchen Mischformen gibt es aber auch rein tierische und rein pflanzliche Geißelträger, die Geißeltierchen und die Geißelalgen. Durch das in Afrika vorkommende Geißeltierchen Trypanosoma wird beim Menschen die Schlafkrankheit hervorgerufen, die unbehandelt tödlich endet (siehe S. 39). Sporentierchen leben ausschließlich parasitär Alle Sporentierchen sind Parasiten, die bei ihren Wirten mehr oder weniger gefährliche Krankheiten hervorrufen. So verursachen zum Beispiel die in den Tropen und Subtropen vorkommenden Plasmodien beim Menschen Malaria (siehe S. 39). Die Toxoplasmose wird durch den weltweit, also auch bei uns, verbreiteten Gewebeparasiten Toxoplasma hervorgerufen. Als Wirte dienen nahezu alle Säuger, unter anderem auch Mäuse. Dadurch können sich auch Mäusejäger wie Katzen mit dem Einzeller anstecken, den sie mit dem Kot ausscheiden. Menschen infizieren sich hauptsächlich durch Katzen oder durch den Genuss von rohem oder ungenügend gekochtem Fleisch infizierter Tiere. Die meisten Infektionen verlaufen ohne Krankheitssymptome und bleiben damit unbemerkt. Eine Ansteckung kurz vor oder während einer Schwangerschaft kann zu schweren Missbildungen des Kindes und zu einer Früh- oder Totgeburt führen. Amöben gehören zur Gruppe der Wurzelfüßer Die hauptsächlich im Bodenschlamm von Tümpeln, Teichen und Seen vorkommenden Amöben kriechen mit wurzelähnlichen, membranbegrenzten Ausstülpungen der Zelle. Die so genannten Scheinfüßchen werden vorübergehend durch Fließen des Zellplasmas gebildet. Amöben wechseln dadurch immer wieder ihre Gestalt, weshalb sie auch Wechseltierchen genannt werden. Die Scheinfüßchen dienen auch zum Aufspüren von Nahrung wie zB faulenden Pflanzenteilchen oder Bakterien. Trypanosoma Die Einzeller leben im Blut des Menschen. Sie werden durch die blutsaugende Tsetsefliege übertragen. Parasiten leben in oder auf anderen Lebewesen, die als Wirte bezeichnet werden, und beziehen von diesen ihre Nahrung. Die Wirte werden dadurch geschädigt. Plasmodien parasitieren im Blut und zerstören dort die roten Blutkörperchen. Übertragen werden sie durch die Anophelesmücke. Toxoplasmose mögliche Krankheitszeichen: Kopfschmerzen, Fieber, Schwellungen der Lymphknoten infizieren anstecken; auf unterschiedlichen Wegen gelangen Keime in den Körper und vermehren sich dort. Krankheitssymptome Krankheitszeichen Amöben In (sub)tropischen Ländern kommt eine Amöbenart vor, die im Dickdarm des Menschen parasitiert. Die betroffenen Personen leiden an Amöbenruhr, einer Krankheit, die durch Bauchkrämpfe und schwere, teilweise blutig-schleimige Durchfälle gekennzeichnet ist. Die Ansteckung erfolgt hauptsächlich über unsauberes Trinkwasser, rohes Obst, Gemüse und Salat. 8 Fortbewegung und Nahrungsaufnahme bei der Amöbe (Schema); die Pfeile zeigen die Fließrichtung des Zellplasmas. Zellkern Scheinfüßchen 12 Nur zu Prüfzweck n – Eigentum des Verlags öbv
Mikroskop und Zelle Pantoffel- und Trompetentierchen sind Wimpertierchen Die Zelloberfläche der sowohl im Süß- als auch im Meerwasser lebenden Wimpertierchen ist ganz oder teilweise von Wimpern, ganz feinen, kurzen Ausstülpungen des Zellplasmas, besetzt. Sie dienen der Fortbewegung und dem Heranstrudeln von Nahrung. Das Pantoffeltierchen ist mit 0,3mm ein sehr großer Einzeller. Während die meisten anderen Einzeller feste Nahrungsteilchen an jeder Stelle des Zellkörpers aufnehmen können, erfolgt die Nahrungsaufnahme beim Pantoffeltierchen nur über eine Einbuchtung im Zellkörper, über das so genannte Mundfeld. Die Nahrung besteht hauptsächlich aus Bakterien. Zwei Bläschen, die regelmäßig größer und kleiner werden, so genannte pulsierende Bläschen, pumpen überschüssiges Wasser und darin gelöste Ausscheidungsstoffe aus der Zelle. Der Zellkörper des etwa zwei Millimeter großen Trompetentierchens ist an einem Ende zu einem Stiel verschmälert. Damit ist es imstande, sich irgendwo festzusetzen. Es kann sich jederzeit vom Untergrund ablösen und mithilfe der Wimpern zu einem anderen Standort schwimmen. Einzellige Algen sind ein wichtiger Bestandteil des Planktons Einzellige Algen, wie beispielsweise die Kieselalgen, sind ein wesentlicher Bestandteil des Planktons: Als Produzenten sind sie wichtige Sauerstofferzeuger und Nahrungsgrundlage für das tierische Plankton, das vielen Tieren als Nahrungsquelle dient. Die meisten Einzeller vermehren sich durch Zweiteilung Einzeller können sich allein, also ohne Partner vermehren. Diese Art der Fortpflanzung wird als ungeschlechtliche Fortpflanzung bezeichnet. Haben die Einzeller eine bestimmte Größe erreicht und steht ausreichend Nahrung zur Verfügung, verdoppeln sie ihren Zellinhalt und teilen sich danach in zwei Zellen. Betrachte Pantoffeltierchen mit dem Mikroskop. Mit etwas Glück findest du in einem Tümpel, Teich oder See Pantoffeltierchen. Du kannst auch selbst welche züchten: Gib in ein Gurkenglas mit etwa zwei Liter Fassungsvermögen etwas Schlamm aus einem Tümpel oder einem Teich. Befülle es anschließend ungefähr bis zur Hälfte mit zerkleinertem Stroh und bis zirka fünf Zentimeter unter den Rand mit Tümpel- bzw. Teichwasser. Decke das Glas oben ab (Geruchsentwicklung!) und stelle es an einen warmen (20 – 23 °C) und hellen Ort (nicht direkt in die Sonne!). Nach zwei bis drei Wochen kannst du an der Wasseroberfläche eine milchige, schleimige Schicht erkennen. In ihr tummeln sich unzählige Pantoffeltierchen. Entnimmst du mit einer Pipette knapp unter dieser Schicht einen Wassertropfen und untersuchst ihn mit dem Mikroskop, wirst du staunen, was du außer den Pantoffeltierchen noch alles gezüchtet hast. Protokolliere deine Vermutung und Ergebnisse (siehe S. 5). Du bist dran! 9 Zellbau eines Pantoffeltierchens (Schema) 10 Trompetentierchen (Mikrofoto) 11 Kieselalgen (Mikrofoto) Kieselalgen treten u. a. häufig als brauner Belag in zu wenig beleuchteten, schlecht gepflegten Aquarien auf (wenn zB der Filter zu selten gereinigt oder das Wasser zu selten teilweise getauscht wurde) Plankton ist der Sammelbegriff für Lebewesen, die aufgrund fehlender oder mangelnder Eigenbewegung im Wasser schweben. Zu den Plankton bildenden Lebewesen gehören zB Bakterien, Einzeller, kleine Krebschen, Quallen, Larven von Insekten und Muscheln. Zellkern pulsierendes Bläschen Nahrungsbläschen Mundfeld Wimpern 13 Nur zu Prüfzweck n – Eigentum des Verlags öbv
Die Welt im Mikroskop Bakterien – gut oder böse? Bakterien waren die ersten Lebewesen, die es auf der Erde gab. Sie entwickelten sich vor mehr als 3,8 Milliarden Jahren. Die 0,001 – 0,75mm kleinen Mikroorganismen kommen überall vor, im Wasser, in der Luft, im Boden, auf allen Dingen um uns und sogar in uns. Bakterien sind einzellige Lebewesen ohne Zellkern Bakterienzellen ( Abb. 12) weisen einen etwas anderen Zellbau als pflanzliche und tierische Zellen auf. Der wesentlichste Unterschied ist das Fehlen eines Zellkerns. Die Erbanlagen liegen frei im Zellplasma. Bei den meisten Bakterienzellen ist wie bei den Pflanzenzellen der Zellmembran eine Zellwand aufgelagert. Diese Zellwand besteht allerdings nicht aus Zellulose. Manche Bakterienarten bilden um die Zellwand noch eine schützende Schleimhülle. Auch Geißeln und Pili, die der Fortbewegung dienen, sind nicht bei allen Bakterien vorhanden. Bakterien vermehren sich durch Spaltung Wenn die Umgebungstemperatur passt und ausreichend Nahrung und Feuchtigkeit vorhanden sind, können sich Bakterienzellen erstaunlich schnell durch Spaltung vermehren. Die in unserem Dickdarm lebenden Bakterien Escherichia coli beispielsweise teilen sich alle 20 Minuten. Sie ernähren sich vom Darminhalt, wobei es, abhängig von der vom Menschen aufgenommenen Nahrung, zu mehr oder weniger starker Gasentwicklung (Blähungen!) kommt. Dass es bei der hohen Vermehrungsrate nicht zu einer Überbevölkerung unseres Darmes mit Bakterien kommt, liegt daran, dass sie die Vermehrung stoppen, sobald eine bestimmte Bakteriendichte erreicht ist. Manche Bakterienarten können Dauerstadien bilden Bei ungünstigen Lebensbedingungen können manche Bakterienarten so genannte Sporen bilden. Das Zellplasma zieht sich zusammen und umgibt sich mit einer dickeren, widerstandsfähigen Wand. In diesem Zustand können Bakterien Jahre überdauern, auch unter extremsten Bedingungen. Temperaturen bis zu 140 °C machen ihnen ebenso wenig aus wie Kälte bis –250 °C. Sie sind auch gegen Säuren und Gifte unempfindlich. Die Sporen können mit dem Wind vertragen werden. Trifft eine Spore auf bessere Lebensbedingungen, wird das Bakterium wieder aktiv und beginnt sich zu vermehren. Fertige in deinem Biologieheft eine Tabelle an, in der du eine Bakterien-, eine Pflanzen- und eine Tierzelle einander gegenüberstellst. Du bist dran! Mikroorganismen Kleinstlebewesen mikros (griech.) = klein, organon (griech.) = Werkzeug Pili von außen ins Zellplasma eingesenkte Eiweißfädchen Spaltung nennt man die Teilung zellkernloser Zellen. Escherichia coli werden auch als Kolibakterien bezeichnet. Gelangen die begeißelten Stäbchenbakterien in andere Körperbereiche, können sie Krankheiten verursachen. Eine Infektion der Harnblase beispielsweise, die meistens durch falsche Toilettenhygiene verursacht wird, führt zur Harnblasenentzündung. 12 Bau einer Bakterienzelle (Schema) 13 Bakterienformen Kokken (Kugelbakterien) Streptokokken (zu Ketten angeordnete Kokken) Staphylokokken (traubenförmig angeordnete Kokken) Bazillen (Stäbchenbakterien) Vibrionen (Kommabakterien) Spirochaeten (Schraubenbakterien) Spirillen (Korkenzieherbakterien) Zellorganellen Erbanlagen Schleimhülle Zellwand Zellmembran Geißel Zellplasma Pili 14 Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv
Mikroskop und Zelle Viele Bakterien sind Krankheitserreger Clostridium tetani ist ein Beispiel für sporenbildende Bakterien. Die Sporen kommen in Erde, Staub, Schmutz und Ausscheidungen vor. Gelangen sie über Wunden in den menschlichen Körper, werden die Bakterien aktiv und produzieren dabei ein Gift, das eine krampfartige Starre der Muskulatur bewirkt. Diese als Tetanus bezeichnete Erkrankung ist lebensbedrohlich, besonders wenn die Atemmuskulatur davon betroffen ist. In den Industrieländern ist diese Krankheit sehr selten geworden, da es eine vorbeugende Impfung gibt. Der österreichische Impfplan empfiehlt die ersten Impfungen – drei sind nötig, um vollkommen geschützt zu sein – bereits im Säuglingsalter. Durch die Impfungen werden im Körper Abwehrstoffe, so genannte Antikörper, gebildet, die die Krankheitserreger im Fall einer Infektion sofort abfangen und unschädlich machen. Da die Zahl der Antikörper mit der Zeit abnimmt, muss alle fünf bis zehn Jahre eine Auffrischungsimpfung durchgeführt werden. Relativ häufig sind durch Bakterien verursachte Durchfallerkrankungen. Neben den Kolibakterien, die durch mangelnde Hygiene auf Lebensmittel übertragen werden, sind Salmonellen Hauptverursacher. Salmonellen kommen in oder auf fast allen Lebensmitteln vor, besonders in rohen Eiern und Produkten, die rohe Eier enthalten, auf Eierschalen, in rohem Geflügel und Fleisch, in Milchprodukten und Speiseeis. Dass du nicht jedes Mal nach dem Verzehr solcher Lebensmittel krank wirst, hat mehrere Gründe: Salmonellen werden beim Erhitzen über 75 °C abgetötet. Unter 7 °C können sie sich nicht vermehren. Außerdem kommt eine Erkrankung nur bei Aufnahme größerer Bakterienmengen zu Stande. Manche Salmonelleninfektionen können durch den hohen Wasserverlust aufgrund des Durchfalls besonders für Kleinkinder und alte Menschen lebensbedrohlich werden. Geschwollene Mandeln, Halsschmerzen, Schluckbeschwerden und meist hohes Fieber sind Anzeichen einer Angina. Die Verursacher, Streptokokken oder Staphylokokken, werden von Mensch zu Mensch durch Tröpfcheninfektion übertragen. Bakterien werden bei der Herstellung mancher Lebensmittel verwendet In der Milch ist Milchzucker enthalten. Milchsäurebakterien ernähren sich von Milchzucker. Dabei entsteht Milchsäure. In der Molkerei wird dieser als Milchsäuregärung bezeichnete Vorgang unter anderem zur Herstellung von Sauermilch, Sauerrahm, Jogurt und Käse genutzt. Auch Essig wird mit Hilfe von Bakterien erzeugt. Essigsäurebakterien verwerten Alkohol und Zucker aus Wein beziehungsweise aus Obstsäften und erzeugen dabei Essigsäure. Der Vorgang wird als Essigsäuregärung bezeichnet. 14 Rohe Eier 15 Eier werden in einem Labor auf Salmonellen geprüft Wunden Selbst kleinste Verletzungen durch Glassplitter oder Dornen reichen für eine Infektion mit Clostridium tetani aus. Tetanus wird auch als Wundstarrkrampf bezeichnet. Österreichischer Impfplan Liste empfohlener Impfungen, die jährlich vom obersten Sanitätsrat des Gesundheitsministeriums herausgegeben wird. Der oberste Sanitätsrat ist eine Gruppe von Fachleuten, die sich mit Fragen zur Gesunderhaltung der Bevölkerung beschäftigt. Krankheitserreger Neben der Schädigung der Wirte durch die Ausscheidung giftiger Stoffe verursachen manche Bakterien auch Krankheiten, indem sie Gewebe des Wirtes als Nahrungsquelle nutzen. Salmonellen sind eine Gattung rundum begeißelter Stäbchenbakterien, die beim Menschen und manche Arten auch bei Tieren Darmprobleme verursachen. Angina Mandelentzündung Tröpfcheninfektion Ansteckung über kleine Flüssigkeitströpfchen, die beim Husten, Niesen oder Sprechen in die Luft gelangen und eingeatmet werden. Milchsäuregärung Die bei der Milchsäuregärung gebildete Milchsäure lässt das in der Milch enthaltene Milcheiweiß gerinnen. Begründe, warum man lieber keinen rohen Kuchenteig schlecken sollte. Du bist dran! 15 Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv
Die Welt im Mikroskop Bakterien spielen im Naturhaushalt eine wichtige Rolle Der bakterielle Abbau von Milchzucker zu Milchsäure sowie von Alkohol und Zucker zu Essigsäure ist in der Lebensmittelproduktion erwünscht. Bakterien bewirken aber auch, dass Lebensmittel durch Gärung, Verwesung und Fäulnis verderben und damit ungenießbar werden. Gärung, Verwesung und Fäulnis sind Abbauprozesse, die von uns einerseits gewollt, andererseits ungewollt sind. Im Naturhaushalt sind diese Vorgänge unverzichtbar. Bakterien zersetzen abgestorbene Pflanzen und Tiere sowie Ausscheidungen, wobei unter anderem wertvolle Mineralstoffe entstehen, die wieder von Pflanzen aufgenommen werden können. Manche Bakterienarten leben in Symbiose Bereits in der ersten Klasse hast du gelernt, dass Pflanzenfresser mit dem Grünfutter Bakterien in den Verdauungstrakt aufnehmen, wo die Mikroorganismen bei der Zerlegung der schwer verdaulichen Pflanzenkost helfen. Auch in unserem Verdauungstrakt leben symbiontische Bakterien. Sie ernähren sich wie die Kolibakterien vom Dickdarminhalt, erzeugen dabei aber für uns wertvolle Vitamine. Pflanzen, Tiere und Menschen brauchen Stickstoff zum Leben. In der Luft ist sehr viel Stickstoff enthalten, der aber nicht genützt werden kann. Tiere und Menschen decken ihren Stickstoffbedarf durch die Nahrung. Pflanzen müssen Stickstoffverbindungen aus dem Boden aufnehmen. Verschiedene Bodenbakterien, zB die Wurzelknöllchenbakterien, können den Luftstickstoff in Stickstoffverbindungen umwandeln, die sich dann im Boden anreichern. Manche Pflanzen, wie beispielsweise Klee und Bohnen, gehen deshalb eine Symbiose mit den Wurzelknöllchenbakterien ein. Mit ihrer Hilfe können sie auch auf stickstoffarmen Böden gedeihen. Als Gegenleistung werden die Bakterien von den Pflanzen mit Nährstoffen versorgt. Pflanzenarten, die mit Wurzelknöllchenbakterien in Symbiose leben, werden von Landwirten gerne als Zwischenfrucht angebaut. Verwesung, Fäulnis Die bakterielle Zersetzung von Stoffen unter Anwesenheit von Sauerstoff nennt man Verwesung. Erfolgt sie unter Sauerstoffabschluss, spricht man von Fäulnis. Pflanzenfresser Pflanzen bestehen zum Großteil aus Zellulose (Pflanzenzellwände!). Die Darmbakterien ernähren sich von der Zellulose, die dabei zerlegt und so für die Pflanzenfresser verwertbar wird. Wurzelknöllchenbakterien leben in den Wurzeln der Symbiosepartner und bilden dort kleine knotenartige Verdickungen. Zwischenfrucht Die Pflanzen dienen dabei nicht zur Nahrungs- oder Futtermittelproduktion, sondern werden in den Boden eingepflügt. Durch diese Gründüngung wird der Boden mit wertvollen Stickstoffverbindungen angereichert. 16 Bakterien werden mit dem Grünfutter in den Verdauungstrakt aufgenommen. 17 Weiß-Klee 18 Wurzelknöllchen (vergrößert) Welche Begriffe treffen auf Bakterienzellen zu? Kreuze zutreffende Antworten an. Setze die Buchstaben hinter den Lösungswörtern (Leserichtung ) unten ein. Zellwand (aus Zellulose) R Zellkern S Organe E Zellplasma A Vakuole B Zellorganellen N Erbanlagen frei im Zellplasma liegend T Schleimhülle I Augenfleck V Zellwand (nicht aus Zellulose) B Pili I Geißel O Zellsaft K Zellmembran T Gene I Fähigkeit, Sporen zu bilden K Chloroplast S Spaltung A Lösung: sind Wirkstoffe, die das Wachstum von Bakterien hemmen oder sie sogar abtöten. Krankheitserregende Bakterien werden dadurch unschädlich gemacht. Du bist dran! 16 Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv
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