Christine-Eva Biegl 4Begegnungen mit der Natur Mit kostenlosem eSquirrel-Kurs oebv_aufkleber_digi2019_4c_orange_cc18.indd 8 26.09.2019
Begegnungen mit d. Natur SB 4 + E-Book Schulbuchnummer: 195108 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 7. Februar 2020, GZ BMBWF-5.018/0097Präs/14/2018, gemäß § 14 Absatz 2 und 5 des Schulunterrichtsgesetzes, BGBl. Nr. 472/86, und gemäß den derzeit geltenden Lehrplänen als für den Unterrichtsgebrauch für die 4. Klasse an Neuen Mittelschulen im Unterrichtsgegenstand Biologie und Umweltkunde (Lehrplan 2012) und für die 4. 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.“ 1. Auflage (Druck 0003) © Österreichischer Bundesverlag Schulbuch GmbH & Co. KG, Wien 2020 www.oebv.at Alle Rechte vorbehalten. Jede Art der Vervielfältigung, auch auszugsweise, gesetzlich verboten. Umschlagbilder: Borislav Stefanov – Hemera / Thinkstock Redaktion: Johanna Kramer-Gerstacker, Wien; Stefan Kapeller, Wien; Sabrina Mašek, Mödling Herstellung: Daniela Hochmayer, Wien Umschlaggestaltung: Jens-Peter Becker, normaldesign GbR, Schwäbisch Gmünd Layout: Jens-Peter Becker, normaldesign GbR, Schwäbisch Gmünd Illustrationen: Martin Gaal, Wien; Ronald Kalchhauser, Wien; Johanna Kramer-Gerstacker, Wien; Cindy Leitner, Wien; Hannes Margreiter, Wien; Christine Pleyl-Horzynek, Wien; Wildner +Designer GmbH, Fürth Karten: Freytag-Berndt und Artaria KG, Wien Satz: Ligatur, Wien Druck: Samson Druck GmbH, St. Margarethen ISBN 978-3-209-08791-1 (Begegnungen mit d. Natur SB 4 + E-Book) Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv
www.oebv.at Christine-Eva Biegl 4 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 Begeg4 ein und los geht’s! www.esquirrel.at e Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv
Wie du mit Begegnungen mit der Natur arbeitest 4 Bio Plus Vom Einzeller zum Vielzeller 6 Der Mensch Stütz- und Bewegungssystem 8 Das Skelett des Menschen 8 Muskeln ermöglichen Bewegung 16 Der Stoffwechsel des Menschen 20 Die Ernährung des Menschen 21 Die Zusammensetzung unserer Nahrung 21 Unterernährung 26 Verdauung und Resorption 27 Energiebewusst und gesund essen 31 Nahrungsmittelunverträglichkeiten 35 Die Atmung des Menschen 37 Schadstoffe belasten unsere Atemluft 41 Rauchen gefährdet die Gesundheit 42 Stofftransport beim Menschen 43 Herz und Blutkreislauf 44 Das Blut und seine Bestandteile 47 Das Lymphgefäßsystem – ein weiteres Transportsystem 51 Herz- und Kreislauferkrankungen 52 Die Ausscheidung des Menschen 53 Das menschliche Immunsystem 55 Die unspezifische Abwehr 55 Die spezifische Abwehr 57 Fehlfunktionen des Immunsystems 60 Nerven, Sinne und Hormone 61 Das Nervensystem 62 Unser Auge, ein Lichtsinnesorgan 68 Hör- und Gleichgewichtssinn – unser Ohr 72 Riechen und Schmecken 75 Unsere Haut, Schutzhülle und Sinnesorgan 76 Das Hormonsystem 78 Vom Kind zum Erwachsenen 82 Körperliche Veränderungen in der Pubertät 82 Hormone steuern unsere Sexualität 89 Die Pubertät – keine leichte Zeit!? 90 Partnerschaftliche Liebe und Sex 92 Sexuell übertragbare Krankheiten 94 INHALT Arbeitsheft M S. 3–36 Lehrwerk-Online Bonusmaterial Animation Muskeln und Gelenke Animation Aufbau und Funktion eines Skelettmuskels Animation Schluckvorgang Animation Atemvorgang Animation Kreislaufsystem Animation Menstruationszyklus z2w64b 4z72qu v2f7sh 6az799 x2ct76 st55zu h9rp8y 2 Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv
Arbeitsheft M S. 37–39 Lehrwerk-Online Bonusmaterial Animation Mendelregeln sk2fb6 f6979g Verhütungsmittel und -methoden 96 Schwangerschaft und Geburt 98 Achtung Suchtgefahr! 102 Der Mensch – gut aufgepasst? 104 Der Mensch im Überblick 106 Genetik Grundlagen der Vererbung 108 Chromosomen, Gene, DNA 108 Die Mendelschen Gesetze der Vererbung 112 Veränderungen des Erbmaterials 114 Mutationen beim Menschen 114 Der Mensch greift ein – Gentechnik 116 Genetik – gut aufgepasst? 118 Genetik im Überblick 119 Meine Umwelt und ich 120 Ökosystem Stadt Lebensraum Stadt 122 Kennzeichen einer Stadt 122 Nutzungsbereiche einer Stadt 125 Tiere und Pflanzen in der Stadt 126 Lebensqualität in der Stadt 128 Ökosystem Stadt – gut aufgepasst? 130 Ökosystem Stadt im Überblick 131 Ökosystem tropischer Regenwald Lebensraum Regenwald 132 Kennzeichen tropischer Regenwälder 132 Leben im tropischen Regenwald 136 Mensch und Regenwald 140 Bedeutung des tropischen Regenwaldes 140 Gefährdung des tropischen Regenwaldes 141 Ökosystem tropischer Regenwald – gut aufgepasst? 142 Ökosystem tropischer Regenwald im Überblick 143 Register 144 Arbeitsheft M S. 40–44 Lehrwerk-Online Bonusmaterial fy2eg4 Arbeitsheft M S. 45–48 Lehrwerk-Online Bonusmaterial Animation Stoffkreislauf im Regenwald 738r2d 39e46m 3 Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv
Blick ins Buch Meine Umwelt und ich Meine Umwelt und ich Die Lebensräume in einer Stadt ( S. 122 ff) und in einem Regenwald ( S. 132 ff) sind sehr unterschiedlich. Dennoch stehen beide in einer Beziehung. So hat auch das Leben in einer Stadt in Österreich Auswirkungen auf ferne, tropische Wälder anderer Kontinente. Im Folgenden sieht du Beispiele unterschiedlicher Ökosysteme dieser Lebensräume und wie sie aufeinander einwirken können. Somit ist auch klar, dass unser Alltag und unser Lebensstil Konsequenzen auf den Lebensraum der Regenwälder anderer Erdteile hat – und umgekehrt! 1. Recherchiere im Internet oder suche direkt in einem Supermarkt bzw. Drogeriemarkt nach Lebensmitteln und kosmetischen Produkte sowie recherchiere Baustoffe, die Inhaltsstoffe aus tropischen Gebieten aufweisen. Nenne auch geeignete „Regenwald-freundliche“ Alternativen. 2. Beschreibe verschiedene Möglichkeiten, um in deiner Schule den Energieverbrauch zu verringern. 3. Diskutiert in der Klasse, auf welche Weise sich weit entfernte Regenwälder auf euer tägliches Leben auswirken. Erörtert mögliche Folgen, wenn alle Regenwälder gerodet würden. Du bist dran! Verkehr, Beleuchtung, Industrie, Haushalte – bei fast allen Aktivitäten nutzen wir Energie. Je nach Energieform werden für die Energiebereitstellung unterschiedliche Mengen an Treibhausgasen freigesetzt. Diese gelangen in die Atmosphäre und verursachen weltweite Klimaveränderungen. Der Großteil der in Regenwäldern lebenden Arten ist durch Abholzung und Lebensraumverlust vom Aussterben bedroht. Dabei gäbe es noch so viel zu entdecken! Viele Pflanzenarten produzieren Stoffe, die für die medizinische Forschung interessant sind und bei der Entwicklung von Medikamenten helfen könnten. Viele Produkte, die es bei uns zu kaufen gibt, kommen aus tropischen Regionen oder haben Inhaltsstoffe, die aus tropischen Regionen stammen. Nicht nur tropische Früchte. Palmöl zB findet sich in vielen Lebensmitteln und kosmetischen Produkten. Die Vielfalt an Pflanzen und Tieren wird auch für die Gewinnung verschiedener Materialien genutzt. Viele Tropenhölzer sind v.a. als Möbelholz sehr begehrt. Um an diese wertvollen Rohstoffe zu gelangen, werden Regenwälder abgeholzt. Auch für den Anbau von Futtermitteln für die heimische Tierhaltung werden große Flächen gerodet und landwirtschaftlich genutzt. Regenwälder werden als die „grüne Lunge der Erde“ bezeichnet. Die Bäume nehmen CO2 auf und geben O2 ab. Sie tragen so zur Stabilisierung des globalen Klimas bei. Energieverbrauch Artenvielfalt hilft der medizinischen Forschung Konsum Ressourcennutzung Großes und kleines Plastik Bedeutung für globales Klima Pro Kopf fallen in Österreich jährlich 42 Kilogramm Plastikabfälle an. Ein Großteil davon wird verbrannt, wodurch nutzbare Energie, aber auch Treibhausgase entstehen. Ein globales Problem ist das so genannte Mikroplastik. Das sind mikroskopisch kleine Plastikteilchen aus unserer Kleidung oder auch Reifenabrieb von Autos. Es gelangt über die Flüsse in die Weltmeere. NATÜRLICHES ÖKOSYSTEM REGENWALD KULTURÖKOSYSTEM STADT DER MENSCH 120 121 Ökosystem tropischer Regenwald im Überblick Ökosystem tropischer Regenwald Tropische Regenwälder sind die artenreichsten Landökosysteme der Erde. Sie kommen zwischen 10° nördlicher und 10° südlicher Breite vor. Da es hier keine Jahreszeiten gibt, sind es immergrüne Wälder. Die größten zusammenhängenden tropischen Regenwaldgebiete liegen in Südostasien, im Amazonas- und Kongobecken. Tropische Regenwälder weisen einen Stockwerkbau auf. Die Baumkronen der Baumschicht bilden ein nahezu geschlossenes Blätterdach, aus dem einzelne Baumriesen herausragen. Das Sonnenlicht trifft hier voll auf. In die darunter liegenden Stockwerke gelangt kaum Licht. Es können hier nur an das Dämmerlicht angepasste Pflanzen existieren. Um ausreichend Licht zu erhalten, ranken sich Lianen an Bäumen empor. Epiphyten klammern sich an Ästen in den Baumkronen der Baumschicht fest. Die meisten Tiere des Regenwaldes kommen in der Baumschicht vor. Unterhalb des Baumkronendaches gibt es vielfältige Futter- und Versteckmöglichkeiten. Mehr als die Hälfte aller Pflanzen- und Tierarten der Welt lebt in tropischen Regenwäldern. Das relativ gleichbleibend warme und feuchte Klima, der Mineralstoffmangel sowie gleichbleibende Klimabedingungen über die letzten 65 Millionen Jahre dürften Gründe für die hohe Artenvielfalt sein. Im tropischen Regenwald findet ein rasch ablaufender Stoffumsatz statt: Organisches Material wird rasch zu CO2, Wasser und Mineralstoffen abgebaut. Die Mineralstoffe werden sofort nach ihrer Freisetzung von den Produzenten aufgenommen. So kommt es kaum zu Humusbildung, weshalb der Boden im tropischen Regenwald dünn und mineralstoffarm ist. Der tropische Regenwald ist auch die Heimat indigener Völker. Tropische Regenwälder beeinflussen das Weltklima. Sie liefern Nahrungsmittel, Rohstoffe und Grundstoffe für Kosmetika und Medikamente. Durch die Profitgier von Menschen wird kontinuierlich tropischer Regenwald vernichtet. Pflanzen- und Tierarten werden unwiederbringlich ausgerottet und indigene Völker in ihrer Existenz gefährdet. Die Regenwaldzerstörung ist eine Bedrohung für das Weltklima. Ökosystem tropischer Regenwald im Überblick Hättest du das gedacht? Aufgrund der Lage am Äquator gibt es im tropischen Regenwald keine Jahreszeiten. Die größten zusammenhängenden tropischen Regenwaldgebiete liegen in Südamerika (Amazonasbecken), in Afrika (Kongobecken) und in Südostasien. Epiphyten oder Aufsitzerpflanzen sind Pflanzen, die sich an Zweigen oder in Astgabeln in den Baumkronen festklammern, um ausreichend Licht zu bekommen. Baumwürger sind Pflanzen, die zunächst als Epiphyten leben, durch die Ausbildung eines dichten Luftwurzelgeflechts um den Stamm der Wirtspflanze diese jedoch nach Jahrzehnten zum Absterben bringen. Übermäßiger Fleischkonsum gefährdet die Regenwälder, da diese gerodet werden, um Rinderweiden und Sojaanbauflächen (Soja dient u.a. als Tierfutter) zu gewinnen. Die Rodung der tropischen Wälder erfolgt hauptsächlich durch Abbrennen. Dabei gelangen große Mengen an Kohlenstoffdioxid (ein Treibhausgas) in die Atmosphäre. Zudem bedeutet der Verlust der Wälder einen Verlust an Produzenten, die Kohlenstoffdioxid bei der Fotosynthese verbrauchen. (Auflösung von Seite 132) xxx Lösungen Ökosystem tropischer Regenwald – gut aufgepasst? Beweise, dass du ein Regenwald-Profi bist! Versuche, so viele Punkte wie möglich zu erreichen, indem du folgende Aufgaben löst. Für jede richtige Lösung erhältst du maximal die in Klammer gesetzten Punkte. Viel Erfolg! Ob die Antworten richtig sind, kannst du mit dem Online-Code oben auf der Seite herausfinden! Wie gut kennst du dich beim Ökosystem Stadt aus? 26 – 30 Punkte: Gratuliere, du bist ein Profi im Wissen über das Ökosystem Regenwald! 21 – 25 Punkte: Bravo, du kennst dich gut beim Ökosystem Regenwald 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 Ökosystem-Regenwald-Profi wirst! Punkte 1. Erkläre den Begriff „Tropen“. _ / 2 2. Beschreibe die Merkmale tropischer Regenwälder und zeichne ihre Lage in untenstehender Weltkarte ein. _ / 4 3. Beschreibe die unterschiedlichen Stockwerke im Regenwald. _ / 3 4. Vergleiche die Böden tropischer Regenwälder mit denen heimischer Wälder in Hinblick auf ihren Mineralstoffreichtum und beschreibe die Charakteristik des Bodens im tropischen Regenwald. _ / 4 5. Tropische Regenwälder sind sehr artenreich. Nenne die Ursachen. _ / 2 6. Erläutere die Bedeutung von Mykorrhizapilzen für die Bäume tropischer Regenwälder. _ / 2 7. Liste mindestens sechs für den tropischen Regenwald typische Pflanzen auf. Beschreibe ihr Aussehen und ihre Lebensweise in kurzen Worten. _ / 3 8. Erkläre die Begriffe Epiphyt und „Baumwürger“. Nenne die Folgen, die sich durch den Bewuchs durch Pflanzen wie die Würgefeige für die Bäume tropischer Regenwälder ergeben. _ / 3 9. Nenne mindestens zwölf Beispiele der tropischen Tierwelt und gib an, in welchen Erdteilen sie jeweils vorkommen. _ / 4 10. Beschreibe die Bedeutung des tropischen Regenwalds für den Menschen sowie seine Gefährdung. Erläutere den Einfluss des intakten Regenwaldes sowie der Brandrodung auf das Weltklima. _ / 3 Ergebnis _ / 30 142 143 Grundlagen der Vererbung Die meisten Lebewesen entstehen aus befruchteten Eizellen, das heißt durch Verschmelzung der Zellkerne von Eizellen und Spermien ( S. 98). Die Zellkerne enthalten die Pläne für den Bau, für das Aussehen und für die Lebensfunktionen von Lebewesen. Chromosomen, Gene, DNA Im 19. Jahrhundert war sich die Wissenschaft einig, dass sowohl Menschen und Tiere als auch Pflanzen aus Zellen bestehen. Die Körperzellen bauen den Körper auf. Die Geschlechtszellen sind für die Fortpflanzung zuständig, also dafür, dass neues Leben entsteht. Die Zellen haben unabhängig von ihrer Form und Funktion eine Gemeinsamkeit: Sie besitzen einen Zellkern. Im Zellkern befinden sich die Chromosomen Jeder Zellkern enthält lange fadenförmige Gebilde, die Chromosomen. Sie bestehen aus sehr langen Molekülen, der DNA, die auf bestimmten Proteinen aufgewickelt sind. In der DNA sind hintereinander Informationen verschlüsselt. Es sind die „Pläne“ für die Produktion von Proteinen, die viele Aufgaben im Körper erfüllen (zB sind sie Baustoffe deines Körpers und für die Regelung von Körperfunktionen zuständig S. 22). Diese „Pläne“ werden als Gene oder Erbanlagen bezeichnet. Deine Gene sind also u.a. dafür verantwortlich, dass du größer oder kleiner bist, rötliche, blonde oder braune Haare, grüne, braune oder blaue Augen und die Blutgruppe A, B, AB oder 0 hast. Du kannst dir ein Chromosom wie ein Kochbuch vorstellen, in dem hintereinander die verschiedenen Rezepte („Gene“) stehen. Körperzellen Körperzellen sind in Zellverbänden (Geweben) organisiert. Eine Ausnahme stellen Blutzellen dar. Geschlechtszellen auch als Keimzellen bezeichnet Zellkern Die meisten Zellen unseres Körpers haben einen Zellkern. Eine Ausnahme stellen zB die roten Blutkörperchen dar. Der Zellkern wird bei ihrer Bildung (aus den Stammzellen im Knochenmark) abgestoßen. Chromosomen bedeutet übersetzt “Farbkörper”. Der Name kommt davon, weil sie sich mit bestimmten Farbstoffen färben lassen. chroma (griech.) = Farbe, soma (griech.) = Körper DNA ist die Abkürzung für deoxyribonucleic acid. Im deutschen Sprachgebrauch wird sie auch als DNS bezeichnet (Desoxiribonukleinsäure). Gene Abschnitte der DNA, in denen bestimmte Informationen verschlüsselt sind; die Gesamtheit aller Erbanlagen wird als Erbgut bezeichnet 108 Genetik Was denkst du? Wie lässt sich die etwa zwei Meter lange DNA in einem winzig kleinen Zellkern verpacken? Wird es ein Mädchen oder ein Bub? Wie weiß die befruchtete Eizelle, wie sie sich entwickeln soll? Braunäugige Eltern können blauäugige Kinder haben. Aber können auch blauäugige Eltern braunäugige Kinder haben? Warum tritt frühzeitiger Haarausfall häufiger bei Männern als bei Frauen auf? 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. Stütz- und Bewegungssystem Seite 13: Skelettmuskel Muskelfibrillen bestehen aus Eiweißfäden Die Muskelfibrillen bestehen aus zwei unterschiedlichen Typen von Eiweißfäden – aus Aktin und Myosin. Sie bewirken das Verkürzen bzw. Erschlaffen der Muskeln. Durch die regelmäßige Anordnung der Muskelfibrillen ( Abb. 17) lassen Muskelfasern unter dem Mikroskop eine Querstreifung erkennen. Die Skelettmuskulatur wird deshalb auch als quergestreifte Muskulatur bezeichnet. Das Myosin besitzt bewegliche Köpfchen Erhält ein Muskel den Befehl sich zu verkürzen, heften sich die Myosinköpfchen an das Aktin ( Abb . 17 A) und klappen um. Dabei ziehen sie die Aktinfäden zueinander ( Abb. 17 B). Beim Entspannen löst sich die Bindung zwischen Aktin und Myosin und die Eiweißfäden gleiten wieder auseinander ( Abb. 17 C). Es gibt auch Muskeln, die nicht unserem Willen unterliegen Neben den willkürlichen Muskeln ( S. 16) haben wir auch Muskeln in unserem Körper, die wir nicht mit dem Willen steuern können. Unser Brustkorb hebt und senkt sich unbewusst und ermöglicht, dass wir atmen können. Unser Darm schiebt den Nahrungsbrei weiter, ganz ohne unser bewusstes Zutun. Die für diese Vorgänge zuständigen Muskeln arbeiten, ob wir es wollen oder nicht. Sie werden deshalb als unwillkürliche Muskeln bezeichnet. 17 Bau und Funktion eines Skelettmuskels (Schema) unwillkürliche Muskeln bestehen aus langgestreckten, spindelförmigen Zellen, die keine abgegrenzten Einzelmuskeln, sondern ein flächiges Muskelgewebe bilden. Die Muskulatur erscheint nicht gestreift, da die für die Kontraktion verantwortlichen Aktin- und Myosinfäden in den Zellen nicht regelmäßig angeordnet sind. Sie wird deshalb als glatte Muskulatur bezeichnet. Eine Ausnahme bildet der Herzmuskel: Er weist eine quergestreifte Struktur wie die Skelettmuskulatur auf, stellt aber eine eigene Muskelart dar. Erstelle eine Tabelle, die die willkürliche Muskulatur mit der unwillkürlichen Muskulatur hinsichtlich Aufbau, Steuerung und Vorkommen im menschlichen Körper vergleicht. Du bist dran! Muskel Bündel von Muskelfasern Muskelfaser Muskelfibrille Myosin Aktin A B C v2f7sh Animation 17 Buchseite Hier erarbeitest du dir ein biologisches Thema mithilfe von Informationen, Abbildungen und verschiedenen Aufgaben. Online-Code: Einfach den Code im Suchfenster auf www.oebv.at eingeben und du wirst direkt zu Bonus-Material oder Lösungen weitergeleitet. In der Randspalte findest du wichtige Begriffe und nützliche Zusatzinformationen. 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 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 ein Quiz zur Wissensüberprüfung und Wiederholung und abschließend 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 120–121 in diesem Buch zeigen dir anhand der Beispiele Stadt und Regenwald, dass Ökosysteme miteinander in Beziehung stehen und welchen Einfluss der Mensch dabei hat. Bio PLUS Die „Bio PLUS“-Seiten (Seiten 6–7) zeigen dir die Entwicklung vom Einzeller zum Vielzeller. 4 Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv
Ergebnisse interpretieren und Schlüsse ziehen Wie lassen sich Ergebnisse bzw. Daten, die du gesammelt hast, interpretieren? Wie kannst du aus diesen Erkenntnissen Schlüsse ziehen? Was ist bei einer Internetrecherche zu beachten? Methoden und Tipps, die dir dabei helfen sollen, lernst du im Folgenden kennen. Ergebnisse von Versuchen und Experimenten bewerten Führe das Experiment, das du durchgeführt hast, wenn möglich, mehrmals durch und vergleiche deine Ergebnisse auch mit deinen Mitschülerinnen und Mitschülern. Achte dabei auf folgende Punkte: • Kannst du das Experiment wiederholen? Gibt es abweichende Ergebnisse? Nenne mögliche Gründe. • Lies deine Hypothese, die du vorab formuliert hast. Wurde sie bestätigt? Falls nicht: Formuliere anhand deiner neuen Erkenntnisse eine neue Hypothese. • Wie könntest du dein Experiment verbessern? Welche Folgeexperimente fändest du aufgrund deiner neuen Erkenntnisse interessant? Sich eine Meinung bilden, Standpunkte vertreten und Argumente formulieren Zur Interpretation von Ergebnissen gehören auch persönliche Schlussfolgerungen. Folgende Fragen können dir dabei helfen: • In welchen Alltagssituationen spielt dein Experiment bzw. deine Beobachtungen eine Rolle? • Kannst du aus deinen Ergebnissen konkrete Empfehlungen für deine Mitschülerinnen und Mitschüler ableiten? Nenne Argumente, die diese Empfehlung aufgrund deiner Ergebnisse unterstützen. • Bedenke mögliche andere Meinungen, die gegen deine Schlussfolgerung sprechen könnten. Was könntest du ihnen sachlich entgegnen? 1 Der Vergleich von Ergebnissen hilft bei der Interpretation. 2 Bei einer Diskussion sind unterschiedliche Standpunkte erlaubt. Im Internet recherchieren und Quellen beurteilen Wenn es nicht möglich ist, ein eigenes Experiment durchzuführen, kannst du auch andere Quellen nutzen (Recherche). Du kannst dafür Schulbücher oder Literatur aus der Bibliothek verwenden. Auch eine Recherche im Internet mit Suchmaschinen oder in Videoportalen kann helfen. Aber Achtung! Oft sind Informationen im Internet falsch. Quellen aus dem Internet nutzen Es ist wichtig, die Vertrauenswürdigkeit deiner Suchergebnisse kritisch zu beurteilen. Folgende Fragen helfen dir dabei: • Von wem stammt die Information? Auf jeder Webseite gibt es ein Impressum. Dort steht, welche Person oder welche Organisation für den Inhalt der Webseite verantwortlich ist. • Ist die Information gut begründet? Achte darauf, ob es sich um die Meinung einer einzelnen Person handelt oder ob allgemein anerkannte Tatsachen beschrieben werden. Bei Einzelmeinungen in Internetforen oder persönlichen Webseiten (Blogs) sei besonders kritisch – du solltest noch weitere Quellen suchen. • Ist das Suchergebnis aktuell? Achte auf Datumsangaben. Nutze auch die „Erweiterte Suche“ von Suchmaschinen. Damit kannst du die Suche verfeinern und zB nur Ergebnisse des letzten Jahres anzeigen lassen. Wichtig! Wenn du Informationen aus dem Internet verwendest: Gib immer die Quelle deiner Informationen an, damit für andere nachvollziehbar ist, woher diese Daten und Ergebnisse stammen. 5 Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv
Bio PLUS 1 Kolibakterien Vom Einzeller zum Vielzeller Einzeller erfüllen alle Lebensfunktionen Vor mehr als 3,8 Milliarden Jahren traten die ersten Lebewesen auf. Sie waren vermutlich einzellige Urbakterien. Aus der zweiten Klasse weißt du sicher noch, dass Bakterien keinen Zellkern besitzen, ihre Erbanlagen liegen frei im Zellplasma. Aus den Bakterien entstanden vermutlich vor mehr als zwei Milliarden Jahren die ersten Einzeller mit Zellkern. Bakterien und Einzeller mit Zellkern (zB Geißeltierchen, Sporentierchen, Wurzelfüßer) sind so ausgestattet, dass sie alle Lebensfunktionen erfüllen können: Bewegung, Stoffwechsel, Wachstum, Fortpflanzung und Reizbarkeit (Reaktion auf Umweltreize). Fossilienfunde deuten darauf hin, dass die ersten mehrzelligen Organismen vor etwa 1,5 Milliarden Jahren auftraten. In der Folge entstand die heutige Artenvielfalt an Vielzellern und schließlich entwickelten sich vor vermutlich 300 000 Jahren die direkten Vorfahren des heute lebenden Homo sapiens. Die Zellen der Mehr- bzw. Vielzeller weisen nicht alle Lebensfunktionen auf, sie können deshalb auch nicht wie die Einzeller eigenständig existieren. Arbeitsteilung durch Zellspezialisierung Die Vorstellung, wie sich aus einzelligen Lebewesen mehr- bzw. vielzellige entwickelt haben könnten, beruht auf Beobachtungen innerhalb der Gruppe der Grünalgen: Einzellige Grünalgen ( Abb. 4A) leben selbstständig. Es gibt aber auch Gattungen, bei denen bis zu 64 durch Schleim zusammengehaltene Einzelzellen Kolonien bilden ( Abb. 4 B-C). Bei manchen dieser koloniebildenden Formen kann es über Plasmabrücken (fadenförmige Verbindungen aus Plasma) zu einem Stoffaustausch zwischen den Zellen kommen. Auch ist eine koordinierte Bewegung durch gemeinsamen Geißelschlag möglich. Dennoch behalten die einzelnen Zellen ihre Eigenständigkeit. Anders bei der aus bis zu 20 000 begeißelten Einzelzellen bestehenden Kugelalge Volvox ( Abb. 4D): Sie stellt durch Zelldifferenzierung und damit verbundene Arbeitsteilung eine hochorganisierte Kolonie, die unmittelbare Vorstufe zum Vielzeller, dar. Homo sapiens homo (lat.) = Mensch, sapiens (lat.) = klug, weise, vernunftbegabt Kolonie Gruppe von Individuen, die zeitweilig oder dauernd auf engem Raum zusammenlebt Zelldifferenzierung Spezialisierung der Zellen auf bestimmte Aufgaben; differe (lat.) = sich unterscheiden Arbeitsteilung Bei Volvox übernehmen unterschiedliche Zellen unterschiedliche Aufgaben: Ein Teil der Zellen ist für die Fortpflanzung zuständig (Fortpflanzungszellen). Der andere Teil der Zellen (Körperzellen) erfüllt alle Aufgaben, die der Aufrechterhaltung der Lebensvorgänge dienen. 2 Kugelalge Volvox 3 menschlicher Fötus, ca. 12 Wochen alt 4 Grünalgen: A einzellig, B-D koloniebildend, D Volvox (Ausschnitt) A B C D 6 Nur zu Prüfzw cken – Eigentum des Verlags öbv
Vom Einzeller zum Vielzeller Zelle – Gewebe – Organe - Organsysteme Die Spezialisierung der Zellen auf bestimmte Funktionen führt zu einer Leistungssteigerung des Organismus – eine der Voraussetzungen dafür, dass im Laufe der Evolution immer höher entwickelte Lebensformen auftraten. Im menschlichen Körper gibt es mehrere Hundert Zellarten, die bestimmte Aufgaben haben. So wehren die weißen Blutkörperchen ( S. 48) beispielsweise Krankheitserreger ab, während Sinneszellen für die Aufnahme von Reizen zuständig sind ( S. 61 ff). Zellen, die weitgehend die gleichen Aufgaben erfüllen, verbinden sich zu Geweben (eine Ausnahme davon bilden die Blut- und Geschlechtszellen). Verschiedene in ihrer Funktion einander ergänzende Gewebe bilden spezialisierte abgegrenzte Funktionseinheiten, die Organe. Organe, die gemeinsam bestimmte Aufgaben erfüllen, bilden Organsysteme. Die Organisation von der Zelle über Gewebe und Organe bis hin zum Organsystem ist in Abb. 5 am Beispiel des menschlichen Stütz- und Bewegungssystems dargestellt. Das Bewegungssystem ermöglicht unserem Körper Bewegung, verleiht ihm seine äußere Gestalt und hat Stütz- und Schutzfunktion ( S. 8 ff). Organe des Bewegungssystems sind u.a. die Skelettmuskeln. Durch Kontraktion und Relaxation ermöglichen sie Bewegungsvorgänge. Die Zellen, die das Skelettmuskelgewebe aufbauen, sind zu mehrkernigen langgestreckten Skelettmuskelfasern verschmolzen. Sie beinhalten langgestreckte Eiweißmoleküle, die die Muskelkontraktion bewirken ( S. 17). Zellarten Es kommen mehr als 300 verschiedene Zellarten im menschlichen Körper vor. Reize Informationen aus der Umwelt bzw. aus dem Körperinneren Kontraktion con- (lat.) = zusammen, trahere (lat.) = ziehen Relaxation relaxatio (lat.) = Entspannung Bereits in der 1. Klasse hast du die Organsysteme des Menschen kennengelernt. Liste sie auf und nenne jeweils die dazugehörigen Organe. Du bist dran! 5 Bewegungssystem des Menschen, Schema Organsystem: Stütz- und Bewegungssystem Sehne Blutgefäße Gewebe: Muskelfasern verbinden sich zu Muskelfaserbündeln Organ: Knochen Organ: von Bindegewebe umhüllte Muskelfaserbündel bauen den Muskel auf Zelle: miteinander verschmolzene Muskelzellen bilden eine Muskelfaser (vielkernige Muskelzelle) 7 Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv
Stütz- und Bewegungssystem Das Stütz- und Bewegungssystem gibt deinem Körper Form und ermöglicht, dass du aufrecht stehen und dich bewegen kannst. Das Skelett des Menschen Ohne Skelett würden die Weichteile unseres Körpers zusammensinken, wie bei einem Zelt, bei dem man das Gestänge entfernt hat. Das Skelett hat also Stützfunktion. Überdies schützt es lebenswichtige Organe. So wird beispielsweise das Gehirn von der festen Schädelkapsel umgeben. Herz und Lunge liegen im Brustkorb. Unser Skelett besteht aus knapp über 200 Knochen sowie Knorpeln. Knochen sehen abhängig von ihrer Funktion und ihrer Lage im menschlichen Körper unterschiedlich aus: Röhrenknochen sind lange Knochen, wie zum Beispiel die Oberarmknochen und die Oberschenkelknochen. Die Rippen, das Brustbein, die Schulterblätter, die Beckenknochen und die Schädelknochen sind platte Knochen. Die Handwurzelknochen sind kurze Knochen. Als Sesambeine werden kleine rundliche Knochen wie zB die Kniescheibe bezeichnet. Außerdem gibt es unregelmäßige Knochen wie die Wirbelknochen oder den Unterkieferknochen. Knorpel dienen an vielen Stellen im Körper zur Festigung, aber auch zum Schutz vor Reibung. Sie sind auch am Aufbau von Knochen beteiligt ( S. 9). Was denkst du? Warum ist unsere Wirbelsäule doppelt S-förmig gekrümmt und nicht gerade wie ein Stock? Nahrungsmittelunverträglichkeit und Nahrungsallergie – ist das dasselbe? Wieviel Liter Luft passen in die Lunge eines Erwachsenen hinein? Fieber und Schmerz – sinnvoll oder nutzlos? Wie du vom Vorjahr weißt: Gerstenkörner sind die körnigen Früchte der Gerste. Aber können auch Menschen ein „Gerstenkorn“ haben? Was genau ist AIDS? Knochen bestehen hauptsächlich aus Calcium und Phosphorsalzen, die ihnen hohe Festigkeit verleihen. Löst man aus einem Knochen die Mineralstoffe, zB durch Behandlung mit Salzsäure, heraus, erhält man einen Knochen, der so biegsam ist wie Gummi. Knorpel Das Knorpelgewebe ist ein elastisches Stützgewebe. Das heißt, dass sich Knorpel bei Krafteinwirkung verformen, danach aber wieder ihre ursprüngliche Gestalt annehmen. Die Verformbarkeit lässt sich besonders gut an der von Knorpeln gestützten Nase und den Ohrmuscheln feststellen. 1 Knorpel in der Ohrmuschel zur Festigung 8 Der Mensch Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv
Stütz- und Bewegungssystem In den Wachstumsfugen findet Knochenwachstum statt Das Skelett eines Säuglings ist zum größten Teil knorpelig. Der Knorpel wird erst allmählich durch Knochensubstanz ersetzt. Erst nach Abschluss des Wachstums, zwischen dem 20. und 22. Lebensjahr, ist dieser Vorgang abgeschlossen und das Skelett größtenteils verknöchert. Beim Röhrenknochen eines heranwachsenden Kindes befinden sich zwischen dem Knochenschaft und den Gelenksköpfen so genannte Wachstumsfugen, die mit Knorpelsubstanz ausgefüllt sind ( Abb. 2). An den Wachstumsfugen wird neue Knochensubstanz gebildet. Die Knochen wachsen also von hier aus in die Länge. Im Röhrenknochen eines Erwachsenen sind die Wachstumsfugen geschlossen. An bestimmten Stellen bleibt der Knorpel erhalten Allerdings werden nicht an allen Teilen des menschlichen Körpers die Knorpelanteile durch Knochensubstanz ersetzt: Bei den Gelenken überziehen Gelenksknorpel ( Abb. 3A und S. 15) die Gelenksflächen, um eine Reibung zwischen den am Gelenk beteiligten Knochen zu verringern. An manchen Stellen im Skelett verbinden Knorpel auch Knochen miteinander. Diese elastischen Knochenverbindungen werden als Fugen bezeichnet. Beim Menschen findet man sie zwischen den Rippen und dem Brustbein ( Abb. 3B), als Schambeinfuge ( Abb. 3C) zwischen den Schambeinen und als Bandscheiben zwischen den Wirbelkörpern ( Abb. 3D und S. 12). Knorpel findet man auch zur Festigung bzw. als Stützelement in der Nase, den Ohrmuscheln und in der Luftröhre sowie im Kehlkopf (Kehlkopfgerüst). Knochen bestehen aus Knochenrinde und Knochenbälkchen Betrachtest du den Aufbau eines Knochens im Querschnitt ( Abb. 4) siehst du, dass im äußeren Bereich, in der Knochenrinde, die Knochensubstanz sehr dicht gepackt ist. Im Inneren ist sie aufgelockert. Sie bildet dort so genannte Knochenbälkchen. Das Innere der Knochen erhält dadurch ein schwammartiges Aussehen. Die Lücken sind mit einem speziellen Gewebe, dem Knochenmark ( S. 10), ausgefüllt. Die Knochenrinde wird von einer gut durchbluteten Knochenhaut umgeben. Blutgefäße führen auch ins Knocheninnere. Mit dem Blut werden Stoffe transportiert, die der Ernährung des Knochens dienen. An der Innenseite der Knochenhaut gibt es Knochenbildungszellen. Sie liefern Knochensubstanz für das Dickenwachstum des noch nicht ausgewachsenen Knochens sowie zur Ausheilung von Knochenbrüchen. Die Knochenhaut enthält Nerven, was ihre Schmerzempfindlichkeit erklärt. Wachstumsfuge knorpeliger Zwischenraum zwischen Knochenschaft und Gelenkskopf; Ort des Knochenwachstums Knochenmark füllt die Hohlräume der Knochen aus und dient unter anderem der Bildung von Blutzellen. 2 Röhrenknochen, Lage der Wachstumsfugen blau 3 Wirbelsäule, Brustkorb, Becken und Oberschenkel (Modell), Knorpelanteile blau/türkis 4 Querschnitt durch einen Knochen (Schema) Vielleicht konntest du bereits folgende schmerzhafte Erfahrung machen: Stößt du dir das Schienbein, schmerzt es stärker, als wenn du dir die Hinterseite des Unterschenkels stößt. Erläutere den Grund für das unterschiedliche Schmerzempfinden. Du bist dran! Gelenksköpfe Knochenschaft Brustbein Schambein A B D C Knochenrinde Knochenbälkchen 9 Nur zu Prüfzw cken – Eigentum des Verlags öbv
Der Mensch Röhrenknochen sind sehr stabil In den Gelenksköpfen eines Röhrenknochens sind die Knochenbälkchen so angeordnet, dass Druck- oder Zugkräfte, die auf den Knochen einwirken, von ihnen aufgefangen und der festen Knochenrinde im Schaftbereich zugeleitet werden. Im Schaftbereich der Röhrenknochen sind die Knochenbälkchen nahezu vollständig zurückgebildet. Dadurch entsteht eine Höhle, die Markhöhle. Sie ist von Knochenmark ausgefüllt. Aufgrund dieser Bauweise sind die Knochen nicht allzu schwer und trotzdem sehr stabil. Diese Art der Konstruktion, eine „Erfindung“ der Natur, wird auch in der Architektur eingesetzt. So diente das Stützsystem der Knochen beispielsweise als Vorbild für die Konstruktion des Eiffelturms in Paris ( Abb. 5). Das rote Knochenmark bildet Blutzellen Bei Säuglingen kommt in allen Knochen rotes Knochenmark vor. Es ist die Produktionsstätte der roten und weißen Blutkörperchen ( S. 47 und 48) sowie der Blutplättchen ( S. 48). Mit zunehmendem Alter wird in einem Teil der Knochen das rote Knochenmark in gelbes Fettmark umgewandelt, das keine Blutzellen mehr erzeugen kann. Knochenmark, das Blutzellen bildet, findet man beim Erwachsenen nur noch im Brustbein, in den Rippen, in den Schädelknochen, in den Schlüsselbeinen, in den Wirbelkörpern, in den Beckenknochen, im oberen Bereich der Oberschenkelknochen sowie in den Oberarmknochen. 5 Röhrenknochen (Schema) und Eiffelturm in Paris Löse das Kreuzworträtsel. Umlaute werden als Umlaute geschrieben. Die markierten Buchstaben ergeben die Bezeichnung für die Wissenschaft, die sich mit der Nutzung von „Erfindungen“ der Natur in der Technik beschäftigt. Du bist dran! 1. Substanz, die Hohlräume in den Knochen ausfüllt 2. äußerer Bereich eines Knochens 3. Eigenschaft von Knorpeln: die … 4. Knorpelscheiben zwischen den Wirbelkörpern 5. werden vom roten Knochenmark gebildet 6. Teil des Röhrenknochens, der die Markhöhle enthält LÖSUNG: 1 2 3 4 5 6 1 2 3 4 4 5 1 2 6 6 3 5 10 Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv
Stütz- und Bewegungssystem Armskelett besteht aus Oberarmknochen, Elle, Speiche und dem Handskelett, das wiederum aus Handwurzel-, Mittelhand- und Fingerknochen gebildet wird. Beinskelett besteht aus Oberschenkelknochen, Schien- und Wadenbein sowie dem Fußskelett, das wiederum aus Fußwurzel-, Mittelfuß- und Zehenknochen gebildet wird. Setze die Namen der einzelnen Knochen richtig in Abb. 6 ein. (Tipp: Du hast bereits in der ersten Klasse das menschliche Skelett kennengelernt.) Beckenknochen Brustbein Brustwirbelsäule Elle Fingerknochen Fußwurzelknochen Halswirbelsäule Handwurzelknochen Kniescheibe Kreuzbein Lendenwirbelsäule Mittelfußknochen Mittelhandknochen Oberarmknochen Oberschenkelknochen Rippen Schädel Schienbein Schlüsselbein Speiche Steißbein Unterkieferknochen Wadenbein Zehenknochen Du bist dran! Das Skelett besteht aus Kopf-, Rumpf- und Gliedmaßenskelett Unser Skelett gliedert sich in das Kopfskelett, auch als Schädel bezeichnet, das Rumpfskelett (Wirbelsäule und Brustkorb) und das Gliedmaßenskelett (Armskelett und Beinskelett). Der Schultergürtel (Schulterblätter und Schlüsselbeine) bildet die Verbindung des Armskeletts mit dem Rumpfskelett. Der Beckengürtel (Beckenknochen) ist die Verbindung des Beinskeletts zum Rumpfskelett. 6 Das Skelett des Menschen (Schema) 11 Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv
Der Mensch Die Wirbelsäule ist die zentrale Achse unseres Körpers Bereits in der 1. Klasse hast du die Wirbelsäule als zentrale Achse des Skeletts kennengelernt. Sie setzt sich aus untereinander angeordneten Wirbelknochen ( Abb. 7A) zusammen. Ein Wirbelknochen besteht aus dem Wirbelkörper, dem Wirbelloch, Querfortsätzen und dem Dornfortsatz. Die Wirbellöcher bilden einen Wirbelkanal. In diesem liegt das Rückenmark gut geschützt. Mittels einer MRT-Aufnahme ( Abb. 7B) lässt es sich gut zeigen. Der oberste Abschnitt der Wirbelsäule, die Halswirbelsäule, besteht aus sieben Halswirbelknochen. An sie schließen zwölf Brustwirbelknochen (Brustwirbelsäule) und fünf Lendenwirbelknochen (Lendenwirbelsäule) an. Den unteren Bereich bilden fünf Kreuzwirbelknochen, die miteinander zum Kreuzbein verwachsen sind, und das Steißbein, das aus vier bis fünf miteinander verwachsenen Steißwirbelknochen besteht. Die doppelt S-förmige Krümmung und die zwischen den Wirbelkörpern liegenden Bandscheiben haben stoßdämpfende Wirkung. Dornfortsatz nach hinten gerichteter Fortsatz eines Wirbels; der erste Halswirbel, der so genannte Atlas, hat keinen Dornfortsatz. Beim Kreuzbein, das aus fünf fest miteinander verwachsenen Wirbelknochen besteht, sind auch die Dornfortsätze miteinander verschmolzen. Rückenmark Strang von Nerven, die das Gehirn mit allen anderen Teilen des Körpers verbinden MRT-Aufnahme MRT steht für Magnetresonanztomographie. Bei diesem Verfahren werden Gewebe und Organe mit Hilfe von Magnetfeldern und hochfrequenten elektromagnetischen Wellen dargestellt. Bandscheiben sind elastische Knorpelscheibchen. Sie verhindern ein Aneinanderscheuern der Knochen, verleihen der Wirbelsäule aufgrund ihrer Verformbarkeit Beweglichkeit und federn Stöße (zB beim Springen und Laufen) ab. So schützen sie das Gehirn vor Erschütterungen. 7 (A) Wirbelkörper: als Beispiel 6. Brustwirbel (obere Abb. Blick von oben, untere Abb. Blick von der Seite) und (B) Wirbelsäule: Seitenansicht (linkes Bild) und im MRT (rechtes Bild) Dornfortsatz Wirbelkörper Querfortsatz Dornfortsatz Wirbelloch A Steißbein B Rückenmark Bandscheibe Kreuzbein Halswirbelsäule Brustwirbelsäule Lendenwirbelsäule 12 Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv
Stütz- und Bewegungssystem Der Schädel besteht aus 22 Schädelknochen Die Wirbelsäule ist über den Atlas, den ersten Halswirbel, mit dem Schädel ( Abb. 9) verbunden. Der Schädel besteht aus Schädelknochen, die mit Ausnahme des Unterkieferknochens unbeweglich miteinander verbunden sind. Es werden 22 einzelne Knochen zu den Schädelknochen gezählt. Zusätzlich zu diesen befinden sich noch weitere Knochen, die Gehörknöchelchen ( S. 72) und das Zungenbein, im Schädel. Das Gehirn liegt gut geschützt im oberen Teil des Schädels, im Gehirnschädel. Das Schädeldach (Stirnbein, rechtes und linkes Scheitelbein und Hinterhauptsbein) ist bei einem Neugeborenen noch nicht ganz verknöchert, zwischen den Knochen befinden sich die Fontanellen. Sie ermöglichen ein Verschieben der einzelnen Knochenplatten gegeneinander, was bei der Geburt den Durchtritt durch den Geburtskanal ( S. 103) erleichtert. Der untere Teil des Gehirnschädels, die Schädelbasis, enthält Öffnungen, durch die Nerven und Blutgefäßen ziehen ( Abb. 8). Die Gesichtsknochen bilden den Gesichtsschädel. Sie bestimmen die Form des Gesichts. Schädel Kopfskelett; besteht aus dem Gehirnschädel und dem Gesichtsschädel Schädelknochen zu ihnen zählen die Knochen des Gehirn- und des Gesichtsschädels (siehe unten) Gehirnschädel Schläfenbein, Hinterhauptsbein, Scheitelbein, Stirnbein und Keilbein sind Knochen des Gehirnschädels. Fontanellen Knochenspalten am Schädel neugeborener Wirbeltiere einschließlich des Menschen, bei dem sie sich bis zum vollendeten zweiten Lebensjahr allmählich schließen. Dann sind die Knochenplatten durch Knochennähte miteinander verbunden. fons (lat.) = Quelle Schädelbasis Teile des Stirnbeins, des Hinterhauptsbeins, der Keilbeine, der Scheitelbeine und der Schläfenbeine Gesichtsschädel Nasenbein, Jochbein sowie Ober- und Unterkieferknochen sind Knochen des Gesichtsschädels. Kommt ein Baby auf die Welt, lässt sich bei diesem häufig eine langgezogene Kopfform beobachten. Das tut dem Baby nicht weh und die Verformung verschwindet nach einigen Tagen wieder. Erkläre, weshalb eine solche Deformation überhaupt möglich und notwendig ist. Du bist dran! 8 Schädelbasis von oben gesehen (Schädeldach entfernt) 9 Schädel, Modell (li. von vorne, Mi. von der Seite, re. von hinten) Stirnbein Schläfenbein Scheitelbein Hinterhauptsbein Keilbein Hinterhauptsloch (Durchtrittstelle des Rückenmarks) Stirnbein Augenhöhle Nasenbein Jochbein Keilbein Oberkieferknochen Unterkieferknochen Knochennähte Scheitelbein Hinterhauptsbein Schläfenbein 13 Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv
Der Mensch Der Brustkorb – ein schützendes Knochengerüst Die Brustwirbelsäule ist gelenkig ( S. 12, 15) mit zwölf Rippenpaaren verbunden, die wiederum mit Ausnahme der zwei untersten Rippenpaare über Knorpel mit dem Brustbein in Verbindung stehen. Das dadurch entstehende korbartige Gehäuse, der Brustkorb, schützt die in ihm liegenden Organe (Lunge und Herz). Außerdem kommt ihm eine wichtige Aufgabe bei der Atmung zu, wie du später noch erfahren wirst ( S. 37): Aufgrund der beweglichen Verbindungen im Rückenbereich und der knorpeligen Verbindungen im Brustbereich weist er eine gewisse Elastizität auf. So ist das Ein- und Ausatmen überhaupt möglich. Schulter- und Beckengürtel verbinden Rumpf- und Gliedmaßenskelett Der Schultergürtel und der Beckengürtel verbinden das Rumpfskelett mit dem Gliedmaßenskelett (Arm- und Beinskelett, S. 11), das eine hohe Beweglichkeit aufweist. Gelenke machen das Skelett beweglich Ermöglicht wird die hohe Beweglichkeit des Gliedmaßenskeletts durch Gelenke. Die bekanntesten sind im Armskelett das Schulter-, das Ellbogen- und das Handgelenk und im Beinskelett das Hüft-, das Knie- und das Sprunggelenk. Schultergürtel besteht aus den Schulterblättern und den Schlüsselbeinen Beckengürtel besteht aus zwei Beckenknochen (Schambein, Sitzbein und Darmbein), die mit dem Kreuzbein verbunden sind ( Abb. 10) 10 Beckenknochen (Modell) Rumpfskelett besteht aus Wirbelsäule, Rippen und Brustbein 11 Die größten Gelenke des Gliedmaßenskeletts 1. In Abb. 11 sind die größten Gelenke des Gliedmaßenskeletts eingekreist. Beschrifte richtig. Suche die Gelenke anschließend an deinem Körper. 2. Prüfe bei den von dir gezeigten Gelenken, ob sie alle dieselbe Beweglichkeit ermöglichen, und beschreibe Unterschiede. Du bist dran! Schambein Sitzbein Darmbein Kreuzbein 4z72qu Animation 14 Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv
Stütz- und Bewegungssystem Kugel- und Scharniergelenke erlauben unterschiedliche Bewegungen Im Unterschied zu Fugen ( S. 9) und Nähten, die beide zu den unbeweglichen Knochenverbindungen zählen, sind Gelenke bewegliche Knochenverbindungen. In unserem Körper gibt es verschiedene Gelenkstypen mit unterschiedlicher Bewegungsfähigkeit. Das Hüftgelenk ist beispielsweise ein so genanntes Kugelgelenk. Es ermöglicht dem Oberschenkel eine Bewegung in alle Richtungen ( Abb. 12). Die Beweglichkeit eines Scharniergelenks ist vergleichbar mit der einer Kastentüre. Ein Beispiel eines Scharniergelenks ist das Ellbogengelenk ( Abb. 13). Es erlaubt eine Beugung und Streckung des Unterarmes gegenüber dem Oberarm. Gelenkskopf und Gelenkspfanne passen ineinander Unabhängig vom Gelenkstyp sind alle Gelenke ähnlich gebaut ( Abb. 14): Der Gelenkskopf ist das nach außen gewölbte Ende eines Knochens und passt in eine Vertiefung des anderen am Gelenk beteiligten Knochens, die Gelenkspfanne. Zwischen Gelenkskopf und Gelenkspfanne, die beide mit einer Knorpelschicht überzogen sind, befindet sich der Gelenksspalt. Das Gelenk wird von einer Haut, der Gelenkskapsel, umhüllt. Diese scheidet eine Substanz, die Gelenksschmiere, ins Gelenksinnere ab. Die Gelenksschmiere wirkt wie Schmieröl − der Gelenkskopf kann sich fast reibungsfrei in der Gelenkspfanne bewegen. Nähte sind unbewegliche Knochenverbindungen, die durch das Zusammenwachsen von Knochen entstehen (zB Schädelknochen). Bänder sind wenig dehnbare, faserartige Bindegewebsstränge Verstauchungen und Verrenkungen sind Gelenksverletzungen Die Knochen des Gelenks werden durch Bänder fest zusammengehalten. Diese spannen sich entweder außen über die Knochenenden oder verbinden innerhalb des Gelenks Gelenkskopf und -pfanne miteinander. Wird ein Gelenk mit Gewalt überbeugt oder überstreckt, können sowohl die Bänder als auch die Gelenkskapsel kurzfristig überdehnt werden. Dies wird als Verstauchung bezeichnet. Dabei kann es sogar zu Einrissen kommen. Wird der Gelenkskopf aus der Gelenkspfanne gerissen, spricht man von einer Verrenkung. Das Gelenk wird dabei „ausgekugelt“. 12 Kugelgelenk (Schema) 13 Scharniergelenk (Schema) 14 Bau eines Gelenks (Schema) links, Bau eines Kniegelenks rechts Bänder Gelenkskapsel Gelenkskopf Gelenksschmiere Kniescheibe Kreuzband Kniescheiben- band (Patellasehne) Gelenksspalt Gelenksknorpel Gelenkspfanne Oberschenkelknochen Kniegelenksknorpel Meniskus Seitenband Unterschenkelknochen Wadenbein 15 Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv
Der Mensch Muskeln ermöglichen Bewegung Die Gelenke ( S. 15) ermöglichen die Beweglichkeit deines Körpers. Um ihn allerdings aktiv bewegen zu können, brauchst du deine Muskeln. Die Muskeln sind mit ihren Sehnen an den Knochen festgewachsen. Muskeln können sich nur verkürzen Muskeln sind aus Muskelfasern aufgebaut, die sich nur zusammenziehen können. Das Zusammenziehen nennt man auch Kontraktion bzw. die Fasern kontrahieren. Dadurch verkürzen sich die Muskeln und sie werden gleichzeitig dicker. Gut beobachten kann man das Verdicken zum Beispiel beim Anwinkeln des Unterarmes. Durch Verkürzen eines Oberarmmuskels, der den Unterarm nach oben zieht, fühlt sich der Oberarm auch fester an. Dieser Muskel wird Bizeps genannt. Da sich Muskelfasern nur verkürzen können, muss ein anderer Muskel aktiv werden, um den Arm wieder zu strecken. Der Trizeps, der sich an der Außenseite des Oberarms befindet, zieht sich zusammen und dehnt dadurch den Bizeps wieder auf seine ursprüngliche Länge. Für die Bewegung an einem Gelenk sind also immer mindestens zwei Muskeln notwendig. Sie werden als Gegenspieler bezeichnet. Die Skelettmuskulatur unterliegt unserem Willen Die Skelettmuskulatur tritt nur dann in Aktion, wenn wir das wollen. Wir haben mehr als 500 dieser willkürlichen Muskeln. Skelettmuskeln bestehen aus Muskelfaserbündeln An einem Skelettmuskelquerschnitt kann man erkennen, dass der Muskel aus Bündeln von Muskelfaserzellen besteht ( Abb. 17). Zwischen den Muskelfaserbündeln verlaufen Nerven und Blutgefäße. Die Muskelfaserzellen (Muskelfasern) sind miteinander verschmolzene Muskelzellen und daher vielkernig. Sie bestehen aus so genannten Muskelfibrillen. Muskeln bestimmen die Körperform, sie sind das „Fleisch“ unseres Körpers Sehne dünnes Ende eines Muskels Kontraktion con- (lat.) = zusammen-, trahere (lat.) = ziehen Bizeps Armbeugemuskel Trizeps Armstreckermuskel Skelettmuskulatur Muskeln, mit denen das Skelett bewegt wird Muskelfaserzellen sind miteinander verschmolzen und werden daher meist nur als Muskelfasern bezeichnet. 15 Skelettmuskulatur des Menschen 16 Bewegung des Unterarms durch die Gegenspieler Bizeps und Trizeps (Schema) 1. Verkürzt sich der Bizeps, wird der Unterarm nach oben gezogen. 3. Um den Arm wieder zu strecken, verkürzt sich der Trizeps … 2. Der Trizeps ist dabei entspannt. 4. … und dehnt dabei den Bizeps. Sehne Finde durch Internetrecherche heraus, wieso Bizeps und Trizeps die Vorsilben bi- (lat.) = zwei bzw. tri- (lat.) = drei besitzen. Du bist dran! 4z72qu Animation 16 Nur zu Prüfzw cken – Eigentum des Verlags öbv
Stütz- und Bewegungssystem Seite 13: Skelettmuskel Muskelfibrillen bestehen aus Eiweißfäden Die Muskelfibrillen bestehen aus zwei unterschiedlichen Typen von Eiweißfäden – aus Aktin und Myosin. Sie bewirken das Verkürzen bzw. Erschlaffen der Muskeln. Durch die regelmäßige Anordnung der Muskelfibrillen ( Abb. 17) lassen Muskelfasern unter dem Mikroskop eine Querstreifung erkennen. Die Skelettmuskulatur wird deshalb auch als quergestreifte Muskulatur bezeichnet. Das Myosin besitzt bewegliche Köpfchen Erhält ein Muskel den Befehl sich zu verkürzen, heften sich die Myosinköpfchen an das Aktin ( Abb . 17 A) und klappen um. Dabei ziehen sie die Aktinfäden zueinander ( Abb. 17 B). Beim Entspannen löst sich die Bindung zwischen Aktin und Myosin und die Eiweißfäden gleiten wieder auseinander ( Abb. 17 C). Es gibt auch Muskeln, die nicht unserem Willen unterliegen Neben den willkürlichen Muskeln ( S. 16) haben wir auch Muskeln in unserem Körper, die wir nicht mit dem Willen steuern können. Unser Brustkorb hebt und senkt sich unbewusst und ermöglicht, dass wir atmen können. Unser Darm schiebt den Nahrungsbrei weiter, ganz ohne unser bewusstes Zutun. Die für diese Vorgänge zuständigen Muskeln arbeiten, ob wir es wollen oder nicht. Sie werden deshalb als unwillkürliche Muskeln bezeichnet. 17 Bau und Funktion eines Skelettmuskels (Schema) unwillkürliche Muskeln bestehen aus langgestreckten, spindelförmigen Zellen, die keine abgegrenzten Einzelmuskeln, sondern ein flächiges Muskelgewebe bilden. Die Muskulatur erscheint nicht gestreift, da die für die Kontraktion verantwortlichen Aktin- und Myosinfäden in den Zellen nicht regelmäßig angeordnet sind. Sie wird deshalb als glatte Muskulatur bezeichnet. Eine Ausnahme bildet der Herzmuskel: Er weist eine quergestreifte Struktur wie die Skelettmuskulatur auf, stellt aber eine eigene Muskelart dar. Erstelle eine Tabelle, die die willkürliche Muskulatur mit der unwillkürlichen Muskulatur hinsichtlich Aufbau, Steuerung und Vorkommen im menschlichen Körper vergleicht. Du bist dran! Muskel Bündel von Muskelfasern Muskelfaser Muskelfibrille Myosin Aktin A B C v2f7sh Animation 17 Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv
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