2Begegnungen mit der Natur Christine-Eva Biegl
Begegnungen mit der Natur 2, Schulbuch + E-Book Schulbuchnummer: 215570 Begegnungen mit der Natur 2, Schulbuch E-Book Solo Schulbuchnummer: 215572 Mit Bescheid des Bundesministeriums für Bildung, Wissenschaft und Forschung vom 16. Juli 2024, GZ 2022-0.744.258, 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 Mittelschulen und an allgemein bildenden höheren Schulen – Unterstufe im Unterrichtsgegenstand Biologie und Umweltbildung (Lehrplan 2023) geeignet erklärt. Dieses Werk wurde auf der Grundlage eines zielorientierten Lehrplans verfasst. Konkretisierung, Gewichtung und Umsetzung der Inhalte erfolgen durch die Lehrerinnen und Lehrer. 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.“ Umschlagsbild: lukjonis - stock.adobe.com Illustrationen: Christine Pleyl, Wien: Seiten 16/16, 20/25, 26/8, 27/11, 32/7, 33/9, 36/19, 36/20, 37/o., 41/35, 41/38, 56/2, 71/17, 75/36, 78/45, 89/13, 105/47, 117/12, 126, 127; Cindy Leitner, öbv: Seiten 24/1, 30/o., 38/25, 46/o., 55/o., 83/u., 87/8, 99/29; Hannes Margreiter, Wien: Seiten 35/16, 37/21, 38/23, 39/26, 39/27, 49/3, 72/21a, 72/21b, 72/21c, 72/21d, 72/21e, 72/21f, 76/37, 76/39, 92/4, 95/19, 97, 102/35, 104/46; Johanna Kramer-Gerstacker, öbv: Seiten 79/46; Martin Gaal: Seiten 40/33; Ronald Kalchhauser, Wien: Seiten 114/5; Wildner+ Designer GmbH, Fürth: Seiten 42/40, 50/6, 61/6, 62/7, 68/7, 69/8, 70/16, 70/16a, 70/16b, 70/16c, 71/18, 71/20, 78/44, 79/48, 113/2, 113/3, 116/11, 120/16, 122/20 1. Auflage (Druck 0001) © Österreichischer Bundesverlag Schulbuch GmbH & Co. KG, Wien 2024 www.oebv.at Alle Rechte vorbehalten. Jede Art der Vervielfältigung, auch auszugsweise, gesetzlich verboten. Redaktion: Dr. Stefan Kapeller, Wien; Mag. Johanna Kramer-Gerstacker, Wien Herstellung: Sigrid Prünster Umschlaggestaltung: Jens-Peter Becker, normaldesign GbR, Schwäbisch Gmünd Layout: Jens-Peter Becker, normaldesign GbR, Schwäbisch Gmünd Satz: Arnold & Domnick, Leipzig Druck: Ferdinand Berger & Söhne Ges.m.b.H., Horn ISBN 978-3-209-12226-1 (Begegnungen m. d. Natur SB 2 + E-Book) ISBN 978-3-209-13382-3 (Begegnungen m. d. Natur SB 2 E-Book Solo) Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv
www.oebv.at Christine-Eva Biegl Begegnungen 2 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 BegNat2 ein und los geht’s! www.esquirrel.com Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv
Wie du mit Begegnungen mit der Natur arbeitest 4 Im Internet recherchieren und Quellen beurteilen 5 THEMA Unsichtbares sichtbar machen 6 Lebewesen bestehen aus Zellen 9 Die Welt im Mikroskop Zellen genauer betrachtet 10 Die Vielfalt der Einzeller 12 Bakterien – die ersten Lebewesen 14 Die Welt im Mikroskop – gut aufgepasst? 20 Die Welt im Mikroskop – auf einen Blick! 21 Kenn ich das? Muster in der Natur 22 Die Welt der Pflanzen Entstehung der Pflanzenvielfalt 24 Sporenpflanzen 25 Moose – die ersten Pflanzen an Land 25 Farne sind Gefäßpflanzen 27 Sporenpflanzen – gut aufgepasst? 29 Blütenpflanzen 30 Organe der Blütenpflanzen 31 Fotosynthese und Zellatmung 36 Die Fortpflanzung der Blütenpflanzen 38 Geschlechterverteilung bei Pflanzen 41 Ungeschlechtliche Fortpflanzung 42 Blütenpflanzen – gut aufgepasst? 44 Die Welt der Pflanzen – auf einen Blick! 45 Das Reich der Pilze Die Vielfalt der Pilze 48 Die Fortpflanzung der Pilze 49 Ernährung und Bedeutung der Pilze 50 Häufige Pilze in heimischen Wäldern 53 Das Reich der Pilze – gut aufgepasst? 54 Das Reich der Pilze – auf einen Blick! 55 THEMA Tiere ohne Wirbelsäule 56 Die Evolution des Lebens im Überblick 58 Weichtiere Schnecken sind Weichtiere 60 Schnecken sind Weichtiere – gut aufgepasst? 62 Schnecken sind Weichtiere – auf einen Blick! 65 INHALT Arbeitsheft M S. 3–8 Animation Ernährung der Pflanze 3n227i Arbeitsheft M S. 9–14 Arbeitsheft M S. 15–17 Arbeitsheft M S. 18 2 Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv
Gliederfüßer Die Vielfalt der Gliederfüßer 66 Insekten und Spinnen im Vergleich 68 Direkte Entwicklung und Metamorphose 73 Staatenbildende Insekten 76 Die Bedeutung der Gliederfüßer 80 Die Gefährdung der Insekten 82 Die Vielfalt der Gliederfüßer – gut aufgepasst? 84 Die Vielfalt der Gliederfüßer – auf einen Blick! 85 THEMA Landlebensräume der Erde 86 Grasland und Grünland in Österreich 88 Ökosystem Wald Wald – Vielfalt und Bedeutung 90 Wald ist nicht gleich Wald 91 Stockwerke im Wald 96 Die Ökologie des Waldes 104 Die Beziehung zwischen Mensch und Wald 106 Die Vielfalt des Lebens im Wald – gut aufgepasst? 108 Die Vielfalt des Lebens im Wald – auf einen Blick! 109 THEMA Gesund durch Bewegung – Fit mach mit! 110 Die Biologie der Sinne Nervensystem und Sinne 112 Vom Reiz zur Reaktion 115 Die Sinne des Menschen – der Sehsinn 116 Geruchs- und Geschmackssinn 119 Gehör und Gleichgewichtssinn 120 Tast-, Temperatur- und Schmerzsinn 122 Nervensystem und Sinne – gut aufgepasst? 124 Nervensystem und Sinne – auf einen Blick 125 Mikroorganismen im Größenvergleich 126 Stichwortregister 128 Animation Mundwerkzeuge der Insekten Bienentanz h9yt3x p93787 Arbeitsheft M S. 19–30 Bio-Clip Schmetterlinge 84h7vj Animation Entstehung einer Au Stoffkreislauf im Regenwald j86m4h 39e46m Arbeitsheft M S. 31–38 Bio-Clip Laubbäume bestimmen 8j6jy3 Arbeitsheft M S. 40–47 3 Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv
Blick ins Buch Digitale Zusatzmaterialien Online-Codes Einfach den Code im Suchfenster auf www.oebv.at eingeben und du wirst direkt zu digitalem Zusatzmaterial (zB Videoclips, Animationen, interaktive Übungen) oder Lösungen weitergeleitet. öbv QuickMedia 1. Scanne den QR-Code und lade die App auf dein Smartphone oder dein Tablet. 2. Scanne deinen Buchumschlag oder wähle dein Schulbuch in der App-Medienliste aus. 3. Scanne eine gekennzeichnete Buchseite oder wähle ein Audio/Video aus der App-Medienliste aus. Wie du mit Begegnungen mit der Natur arbeitest Buchseite Hier erarbeitest du dir ein biologisches Thema mithilfe von Informationen, Abbildungen und verschiedenen Aufgaben. In der Randspalte findest du Erklärungen zu Fachbegriffen, Wortherkünfte sowie inhaltliche Ergänzungen, die zum Verständnis beitragen. Du bist dran! Die Aufgaben fördern dein selbstständiges Arbeiten. Kenn ich das? Hier kannst du Wissen anhand wiederkehrender Muster in der Natur vernetzen. Gliederfüßer Insekten und Spinnentiere im Vergleich Insekten und Spinnentiere sind einander auf den ersten Blick in vielem sehr ähnlich. Bei genauer Betrachtung lassen sich jedoch mehrere Unterschiede entdecken. Im Folgenden sind Ähnlichkeiten und Unterschiede im Bau von Insekten und Spinnentieren am Beispiel der Honigbiene und der Kreuzspinne dargestellt. Der Körper der Insekten ( Abb. 5) ist in drei Abschnitte, nämlich in Kopf, Brust und Hinterleib, gegliedert. Am Brustteil, der aus drei Segmenten gebildet wird, befinden sich bauchwärts drei Beinpaare. Flugfähige Insekten haben außerdem auf der Rückenseite des Brustteils ein bis zwei Paar Flügel ausgebildet. Alle Vertreter der Klasse der Spinnentiere weisen einen in Kopfbruststück und Hinterleib gegliederten Körper auf ( Abb. 6). Das stark chitinisierte Kopfbruststück trägt bauchwärts vier Laufbeinpaare, der Hinterleib ist weich. Alle Spinnentiere sind flügellos. Die in mehrere Abschnitte gegliederten Beine ( Abb. 7) weisen bei den Spinnentieren ein kleines zusätzliches Glied zwischen Schenkel und Schiene auf. Vermutlich sind die Beine dadurch noch beweglicher als die der Insekten. Spinnentiere Die Klasse umfasst unter anderem die Ordnung der Echten Spinnen oder Webspinnen, die Ordnung der Weberknechte, die Ordnung der Skorpione ( Seite 73) und die Ordnung der Milben. Honigbiene gehört zur Ordnung der Hautflügler, die zwei Paar häutige Flügel ausgebildet haben. Kreuzspinne gehört zur Ordnung der Echten Spinnen, die auch als Webspinnen bezeichnet werden, da sie Spinnfäden, unter anderem zum Netzbau ( Seite 72), weben können. Insekten Der Klasse der Insekten gehören viele Ordnungen an, zB die Käfer, die Schmetterlinge und die Hautflügler (zB Bienen und Ameisen. Fliegende Gliederfüßer haben oft große Augen und können sehr gut sehen. Bodenbewohnende Arten haben oft kleinere Augen, dafür einen guten Tastsinn. Erkläre diesen Zusammenhang. Du bist dran! 5 Honigbiene, Körperbau Hinterleib Brust Kopf Flügel Beine 6 Kreuzspinne, Körperbau Beine Hinterleib Kopf – Bruststück 7 Insektenbeine (Schema) Hüfte Schenkelring Fuß mit Krallen Schiene Schenkel Die Flugfähigkeit war ein wichtiger Schritt in der Evolution der Insekten Vor etwa 350 Millionen Jahren traten die ersten flugfähigen Insekten auf. Die Möglichkeit, sich aktiv in der Luft fortzubewegen, brachte große Vorteile. Sie konnten Feinden schneller entkommen, besser neue Lebensräume erkunden und auch größere Entfernungen bei der Nahrungssuche wie auch beim Auffinden von Geschlechtspartnern zurücklegen. Die Flugfähigkeit ermöglichte es den Insekten, sich weltweit zu verbreiten und sich so zur artenreichsten Gruppe von Lebewesen zu entwickeln. Die Flügel der flugfähigen Wirbeltiere sind umgewandelte Laufbeinpaare. Dies erschwert vielen Vögeln und Fledermäusen die Fortbewegung am Boden, weshalb sie dabei oft unbeholfen wirken. Die Flügel der Insekten sind Hautausstülpungen am Rücken, die im Lauf der Evolution neu entstanden sind. Insekten können sich deshalb sowohl am Boden als auch in der Luft geschickt fortbewegen. Kenn ich das? 68 Schnecken sind Weichtiere – auf einen Blick! Weichtiere Schnecken sind mit Muscheln und Tintenfischen nah verwandt ă Muscheln, Schnecken und Kopffüßer (Tintenfische) sind nah miteinander verwandt, sie gehören zum Stamm der Weichtiere. Sie haben weder ein Innen- noch ein Außenskelett. Zum Schutz ihres weichen Körpers scheiden allerdings viele von ihnen Kalkgehäuse oder Kalkschalen ab. Schnecken sind Weichtiere – auf einen Blick! Schnecken sind Weichtiere – gut aufgepasst? Schnecken sind Weichtiere – das hast du gelernt! 1. Löse das Kreuzworträtsel. Umlaute sind als Umlaute zu schreiben (Ä, Ö, Ü). Das Lösungswort ist die Bezeichnung für die abgebildete Schnecke. Finde mit Hilfe des Internets das Besondere an dieser Weinbergschnecke heraus. 1 weltweit auftretende Veränderung des Klimas, die das Überleben vieler Arten von Lebewesen gefährdet 2 paarige Organe am Kopf der Schnecke 3 Das Atemloch ist die Öffnung zur … 4 Lebewesen mit weiblichen und männlichen Geschlechtsorganen 5 eingeschleppte Schneckenart, die einheimische Arten verdrängt; Spanische … 6 Substanz, die aus Drüsen im Mantelwulst abgesondert wird 7 Haut, die den Eingeweidesack umhüllt 8 bei vielen Weichtieren vorkommendes Organ zur Nahrungsaufnahme Lösung: 1 2 3 4 5 6 7 8 91011121314 1 7 2 3 5 3 4 5 6 13 9 11 7 4 6 8 10 8 1 12 14 2 Schnecken erforschen! 2. Wie schnell ist Schneckentempo? Schnecken kann man, besonders bei Regenwetter, einfach beobachten. Finde heraus, ob Schnecken wirklich so langsam sind, wie ihnen nachgesagt wird. a) Suche eine Schnecke in deiner Umgebung. Notiere dir Datum und Fundort. Häufig wird man an feuchten Standorten fündig. Erkläre den Grund dafür. b) Bestimme die Schnecke mithilfe eines Bestimmungsbuches oder einer Bestimmungsapp am Handy. Notiere den Namen. c) Beobachte die Schnecke mindestens fünf Minuten und miss die Strecke, die sie in dieser Zeit zurückgelegt hat. Schnecken sind Weichtiere – was denkst du? 3. Lies die Aussagen der beiden Figuren. Gib deine Meinung dazu an und begründe sie. Schnecken fressen in meinem Gemüsegarten den frischen Salat. Aus meiner Sicht sind es Schädlinge. Das Wort „Schädling“ ist kein biologischer Begriff. In der Natur haben alle Lebewesen den gleichen Stellenwert. Ein einfaches Nervensystem und Sinnesorgane ermöglichen die Wahrnehmung der Umwelt ă Punktaugen an der Spitze eines Fühlerpaares ermöglichen den Schnecken eine Hell – Dunkelunterscheidung und vermitteln eine Wahrnehmung von Umrissen. Ein zweites Fühlerpaar hat die Aufgabe als Tastorgane. Zwitter mit Fremdbefruchtung ă Die meisten Schnecken sind Zwitter, die sich jedoch nicht selbst befruchten. Sie begatten einander, wobei ein Austausch der Spermien stattfindet. Aussehen und Aufgabe – perfekt aufeinander angepasst ă In der Mundöffnung befindet sich bei den Weichtieren eine Raspelzunge zur Nahrungsaufnahme. Mit den nach hinten gerichteten Chitinzähnchen wird der Boden abgeraspelt. Die Nahrungsbrocken werden wie mit einem Förderband in den Verdauungstrakt befördert. ă Der Gasaustausch erfolgt im Bereich der Atemhöhle. Hier enthält die Haut des Eingeweidesackes besonders viele feine Blutgefäße. Es steht somit eine große Oberfläche für den Stoffaustausch zur Verfügung. Das Blut transportiert Nährstoffe und Stoffwechselendprodukte teilweise offen im Körper ă Viele Schnecken sind wie die Weinbergschnecke Pflanzenfresser. Es gibt jedoch auch Aasfresser und räuberische Arten. Der Verdauungstrakt befindet sich im Eingeweidesack. ă Weichtiere haben ein offenes Blutgefäßsystem. ă Eine Niere filtert Stoffwechselendprodukte aus dem Blut. 64 65 Wiederholung und Zusammenfassung Gut aufgepasst? Am Ende eines Abschnitts findest du drei Aufgaben. Die 1. Aufgabe hilft die, das Gelernte zu festigen. Bei der 2. Aufgabe wirst du selbst aktiv und kannst forschend Neues entdecken. Die 3. Aufgabe ladet dich ein, dir Gedanken zu machen und Aussagen kritisch zu hinterfragen. Auf einen Blick! Auf diesen Abschlussseiten findest du eine Zusammenfassung der wichtigsten Inhalte, damit du den Überblick behältst! Android iOS Thema Auf diesen Seiten werden Zusammenhänge der Biologie verdeutlicht. Sie führen dich von einem Themenbereich in den nächsten. Gut aufgepasst? Auf einen Blick! Thema Die Vielfalt der Wirbellosen Tiere ohne Wirbelsäule Alle Tiergruppen, die du in der ersten Klasse kennengelernt hast, haben eines gemeinsam – eine Wirbelsäule als inneres Stützelement. Sie werden deshalb als Wirbeltiere bezeichnet. Bis heute wurden etwa 1 800 000 Tierarten weltweit beschrieben. Davon machen die Wirbeltiere mit zirka 60 000 Arten nur einen ganz geringen Teil aus. Alle anderen weisen keine Wirbelsäule auf, sie werden als Wirbellose zusammengefasst. Schwämme , Nesseltiere und Weichtiere waren die ersten Tiere Viele der heute noch lebenden wirbellosen Tierstämme traten vor rund 530 Millionen Jahren auf, Schwämme, Nesseltiere und Weichtiere vermutlich noch früher. Schwämme sind festsitzende Tiere, die hauptsächlich im Meer vorkommen. Sie sind einige Millimeter bis mehrere Meter groß. Ihr krugförmiger Körper ist sehr einfach aus zwei Zellschichten aufgebaut. In der inneren Zellschicht gibt es begeißelte Zellen ( Abb. 2), die durch Geißelschlag Wasser durch Poren ins Innere des Schwammkörpers strudeln. Dort werden kleine Nahrungsteilchen herausgefiltert und verdaut. Die Nährstoffe werden anschließend an die anderen Zellen verteilt. Das gefilterte Wasser verlässt den Schwammkörper durch die obere Öffnung. Nesseltiere kommen sowohl festsitzend als auch freischwimmend in Süßgewässern und im Meer vor. Zu ihnen gehören unter anderem Polypen ( Seite 57 Abb. 3) und Quallen ( Seite 57 Abb. 4, 5). Charakteristisch sind ihre Nesselzellen. Zum Beutefang wird aus ihnen ein mit Gift gefüllter Pfeil herausgeschleudert. Er bohrt sich durch die Haut des Beutetieres, das durch das Gift gelähmt wird. Die Nesselzellen dienen auch der Feindabwehr. Nesseltiere haben ein sehr einfach gebautes Nervensystem. Mit Lichtsinneszellen können sie ihre Umgebung aus allen Richtungen wahrnehmen und darauf reagieren. Wirbeltiere Fische, Amphibien, Reptilien, Vögel, Säuger Wirbellose Unterschiedliche Tiergruppen, deren einzige Gemeinsamkeit das Fehlen einer Wirbelsäule ist. Gift Das Gift der Nesseltiere verursacht je nach Tierart beim Menschen ein Brennen auf der Haut, einen juckenden Ausschlag bis hin zu Herz- und Kreislaufproblemen. Eines der gefährlichsten Nesseltiere ist die Seewespe ( Seite 57 Abb. 5). Ihr Gift kann zum Tode führen. 1 Schwämme sind festsitzende Tiere 2 Bau eines Schwammes (Schema) begeißelte Zellen Poren Wasserstrom 56 4 Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv
Im Internet recherchieren und Quellen beurteilen Eine Recherche ist die Suche nach bestimmten Informationen. Dazu werden verschiedene Informationsquellen benutzt. Das sind zB Zeitschriften, Bücher oder häufig Webseiten oder Videoportale im WWW (World Wide Web). Das WWW ist Teil des Internets, oft spricht man daher auch von Internetrecherche. In der Wissenschaft ist das Recherchieren der erste Schritt, um eine Forschungsfrage zu beantworten. Was weiß man bisher darüber? Was wurde bereits erforscht? Auch bei vielen Aufgaben im Biologie-Unterricht ist es notwendig, Informationen im Internet zu recherchieren. Achtung! Oft sind Informationen im Internet falsch! Fehler passieren! Falschinformationen können unabsichtich ins Internet gestellt worden sein. Häufig sind die Informationen nicht mehr aktuell. Manchmal werden auch absichtlich falsche Informationen bereitgestellt, um Menschen zu täuschen (Fake News). Suchergebnisse filtern – so wirst du zum Recherche-Profi! Bei der Eingabe eines Suchbegriffes in einer Suchmaschine erhält man oft viel zu viele Ergebnisse. • Verwende mehrere Suchbegriffe. • Verwende Anführungszeichen, um exakte Wortverbindungen zu suchen, zB „Gewässer in Österreich“. • Nutze auch die „Erweiterte Suche“ von Suchmaschinen. Damit kannst du die Suche verfeinern und zB nur Ergebnisse des letzten Jahres anzeigen lassen. Checkliste zur Beurteilung deiner Quellen Es ist wichtig, die Vertrauenswürdigkeit deiner Suchergebnisse kritisch zu beurteilen. Folgende Fragen helfen dir dabei: ă 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. ă 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. ă Ist das Suchergebnis aktuell? Achte auf Datumsangaben. Wie notiere ich meine Recherche-Ergebnisse? Du hast interessante Informationen aus vertrauenswürdigen Quellen gefunden? Großartig! Notiere deine Informationen und gib an woher du sie hast. Damit können auch andere nachvollziehen, woher deine Daten und Ergebnisse stammen. Gib immer die Quelle deiner Informationen an! Beispiele: • „Im Jahr 2021 wurden in Österreich pro Tag 10 Hektar durch Bautätigkeiten, Verkehr und Betriebsflächen an Fläche beansprucht.“ (https:// www.umweltbundesamt.at/news221202, abgerufen am 9.8.2023) • „Tiere mit einem Raubtiergebiss werden zur Ordnung der Raubtiere zusammengefasst.“ (Begegnungen mit der Natur 1, öbv-Verlag, 2023. Seite 34). 1 Suchergebnisse filtern für bessere Ergebnisse 2 Quellen kritisch beurteilen 3 Quellen von Informationen notieren 5 Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv
Thema Die Bausteine der Lebewesen 10-fache Vergrößerung 400-fache Vergrößerung Unsichtbares sichtbar machen Menschen können ohne Sehhilfen (zB Brillen, Kontaktlinsen) Dinge bis zu 0,1 mm Größe sehen. Alles, was kleiner ist, wird nur mit optischen Hilfsmitteln sichtbar. Lupen ( Abb. 1) sind eingerahmte Glaslinsen mit Griff, die bis zu 25-fache Vergrößerungen ermöglichen. Das mittlere Foto oben zeigt zB Haut durch eine Lupe in 10-facher Vergrößerung. Mit einem Mikroskop ( Abb. 2) können stärkere Vergrößerungen erreicht werden. Gängige Schulmikroskope erzielen 40- bis 400-fache Vergrößerungen. Das Foto oben rechts zeigt zB einen Ausschnitt aus einem Pflanzenblatt in 400-facher Vergrößerung. Moderne Lichtmikroskope, wie sie in der Forschung verwendet werden, liefern bis zu 2000-fache Vergrößerungen. Mit ihnen lassen sich Objekte mit einer Größe bis zu 0,2 Mikrometer betrachten. Das Okular ist dem Auge, das Objektiv dem Objekt näher Die Vergrößerungen im Mikroskop ( S.7 Abb. 2) werden durch Kombination von zwei Glaslinsen, dem Okular ( S.7 Abb. 2/1) und dem Objektiv ( S.7 Abb. 2/5), erzielt. Die meisten Lichtmikroskope haben drei bis vier Objektive unterschiedlicher Vergrößerungen drehbar auf dem so genannten Objektivrevolver ( S.7 Abb. 2/4) gelagert. Durch Drehen des Revolvers lässt sich die gewünschte Vergrößerung einstellen. Objektiv und Okular sind durch den Tubus ( S.7 Abb. 2/2) verbunden. Das Objektiv entwirft ein vergrößertes Zwischenbild des Objekts, das mit dem Okular nochmals vergrößert wird. Die Gesamtvergrößerung erhält man, wenn man beide Vergrößerungen multipliziert: Vergrößerung Objektiv x Vergrößerung Okular = Gesamtvergrößerung So lässt sich eine 400-fache Vergrößerung zB durch ein Objektiv mit einer 20 fachen und ein Okular mit einer 20-fachen Vergrößerung erzielen. Optische Hilfsmittel sind Geräte, mit dessen Hilfe Gegenstände bzw. Einzelheiten von Gegenständen vergrößert betrachtet werden können (zB Lupen, Mikroskope). Mikroskop Gerät, das verwendet wird, um kleinste Gegenstände oder Kleinstlebewesen sichtbar zu machen bzw. Einzelheiten vergrößert betrachten zu können. Glaslinsen Gläser mit gewölbten Flächen Mikrometer ein Mikrometer (µm) ist der tausendste Teil eines Millimeters; 1 µm = 0,001 mm Okular Linse, die dem Auge näher ist; oculus (lat.) = Auge Objektiv Linse, die dem zu betrachtenden Gegenstand, dem Objekt, näher ist; obiacere (lat.) = gegenüberliegen. 1 Lupen ermöglichen bis zu 25-fache Vergrößerungen 6 Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv
Die Bausteine der Lebewesen Die Objekte werden auf einen Objektträger aufgebracht Zur Betrachtung eines Objekts mit dem Mikroskop benötigt man einen Objektträger. Das Objekt wird gemeinsam mit einem Flüssigkeitstropfen (zB Wasser) in die Mitte der kleinen Glasplatte gegeben und mit dem Deckglas abgedeckt ( Abb. 3). Es bettet das Objekt flach ein. Dies ist notwendig, um es scharf sehen zu können. Danach wird der Objektträger mit dem Objekthalter ( Abb. 2/6) am Objekttisch ( Abb. 2/7) fixiert. Das Objekt wird mit der Lampe ( Abb. 2/9), die am Fuß ( Abb. 2/8) befestigt ist, von unten beleuchtet. Die Helligkeit der Beleuchtung kann eingestellt werden. Grob- und Feintrieb sind Räder, mit deren Hilfe sich der Abstand zwischen dem Objekttisch und dem Objektiv verändern lässt. Dies dient der Einstellung der Bildschärfe. Durch Drehen des Grobtriebs ( Abb. 2/10) wird der Objekttisch um Zentimeter nach oben oder unten bewegt. Damit wird das Objekt zunächst grob erfasst. Um ein möglichst scharfes Bild zu bekommen, kann anschließend der Objekttisch mit Hilfe des Feintriebs ( Abb. 2/11) um Millimeter verschoben werden. Das Stativ ( Abb. 2/3) ist der Teil des Mikroskops, der den Objekttisch und die Optik (Okular, Tubus, Objektive) trägt. 2 Lichtmikroskop 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 1. Beschrifte mit Hilfe des Textes S.6 und 7 die Bestandteile des Lichtmikroskops in Abb. 2. 2. Du hast ein Mikroskop dessen Okular 10-fach vergrößert. Am Objektivrevolver befinden sich drei Objektive. Eines vergrößert 4-fach, eines 10-fach und eines 40-fach. Gib die Vergrößerungen an, die du mit diesem Mikroskop erzielen kannst. 3. Eine menschliche Eizelle hat einen Durchmesser von etwa 0,1 mm. Auf einer Abbildung ist eine Eizelle mit einem Durchmesser von 5cm zu sehen. a) Berechne um das Wievielfache die Eizelle vergrößert dargestellt ist. b) Gib an, mit welchen Vergrößerungen von Objektiv und Okular diese Gesamtvergrößerung zu erzielen ist. 4. Gib in Millimetern an, bis zu welcher Größe Objekte mit Hilfe moderner Lichtmikroskope betrachtet werden können. Du bist dran! Objektträger kleine rechteckige, dünne Glasplatte, auf die das Objekt zum Mikroskopieren aufgebracht wird 3 Objekt auf Objektträger Deckglas Objektträger Objekthalter 7 Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv
Herstellung eines Präparates Das Wort Präparat kommt aus dem Lateinischen und bedeutet „das Vor- oder Zubereitete“. In der Biologie versteht man unter einem Präparat ein Objekt, das so aufbereitet wird, dass es zur Anschauung, zu Lehrzwecken oder zur Forschung verwendet werden kann. Im Folgenden lernst du, wie du ein mikroskopische Präparat selbst herstellen kannst. Besorge dir eine rote Zwiebel, ein kleines Messer, eine spitze Pinzette, eine Pipette sowie einen Objektträger und ein Deckglas. Außerdem brauchst du ein Glas mit Wasser. • Schneide die Zwiebel in Viertel ( Abb. 4 A) und zerteile anschließend ein Viertel in die einzelnen Schalen. • Suche an der Innenseite einer der Schalen eine Stelle, die etwas rot gefärbt ist ( Abb. 4 B). Ritze dort ein kleines Quadrat hinein ( Abb. 4 C). Von diesem kannst du nun mit Hilfe der Pinzette ein feines Häutchen abziehen ( Abb. 4 D). • Lege das Häutchen vorsichtig auf den Objektträger und gib mit Hilfe der Pipette einen Tropfen Wasser darauf. Nimm anschließend ein Deckglas vorsichtig mit der Pinzette (Achtung, das Deckglas zerbricht leicht). Führe es schräg gehalten an den Wassertropfen heran und senke es langsam ab. Du kannst das Zwiebelhäutchen nun mit dem Mikroskop betrachten. Richtig mikroskopieren • Halte das Mikroskop beim Herausstellen aus dem Schrank oder beim Transportieren nur am Stativ. • Achte darauf, dass der Fuß ( S.7 Abb. 2/8) fest auf der Unterlage steht. • Reinige verschmutzte Linsen mit einem weichen Tuch oder destilliertem Wasser. • Schwenke das kürzeste Objektiv (kleinste Vergrößerung) ein, bevor du den Objektträger auflegst. • Achte darauf, dass der Objektträger trocken und sauber ist, bevor du ihn auf den Objekttisch gibst und mit dem Objekthalter fixierst. • Achte bei der Scharfeinstellung des Bildes darauf, dass Objektiv und Präparat einander nicht berühren und dadurch beschädigt werden. Arbeite mit dem Grobtrieb deshalb nur beim kürzesten Objektiv. Kontrolliere beim Drehen des Objektivrevolvers von der Seite, dass ein längeres Objektiv das Objekt nicht berührt. • Stelle am Mikroskop wieder das Objektiv mit der kleinsten Vergrößerung ein, bevor du deine Arbeit beendest und den Objektträger entnimmst. Du bist dran! METHODE 4 Material zur Herstellung eines Nasspräparates 5 Herstellung eines Präparates D B C A H F G E 8 Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv
Die Bausteine der Lebewesen Lebewesen bestehen aus Zellen Im vergrößerten Bildausschnitt in Abb. 3 kannst du sehen, dass das Haus aus Bausteinen aufgebaut ist. Der englische Physiker und Naturforscher Robert Hooke erkannt mit dem Mikroskop, dass auch Pflanzen aus kleinen Bausteinen bestehen. Er nannte diese Bausteine Zellen. Beim Mikroskopieren eines Zwiebelhäutchens ( S.4) wird der Aufbau aus Zellen sichtbar. Heute weiß man, dass alle Lebewesen aus Zellen aufgebaut sind. Ein Mensch besteht aus Tausenden Milliarden Zellen – eine unvorstellbare Zahl. Zellen sind auf bestimmte Aufgaben spezialisiert Im menschlichen Körper gibt es mehr als 300 verschiedene Zellarten, die bestimmte Aufgaben haben. So wehren zB die weißen Blutkörperchen Krankheitserreger ab, während die roten Blutkörperchen Sauerstoff transportieren. Geschlechtszellen dienen der Fortpflanzung. Mit Ausnahme der Blutzellen und der Geschlechtszellen verbinden sich gleichartige Zellen zu Geweben mit bestimmten Aufgaben. Muskelzellen beispielsweise schließen sich zu Muskelgewebe und Knochenzellen zu Knochengewebe zusammen. Verschiedene Gewebe ergänzen einander in ihren Aufgaben und bauen so gemeinsam Organe auf. So etwa pumpt das Herz das Blut durch den Körper, das Gehirn verarbeitet Informationen ( S.112). Verschiedene Organe arbeiten als Organsysteme zusammen. Bereits im Vorjahr hast du zum Beispiel das Verdauungssystem, das Stütz- und Bewegungssystem sowie das Fortpflanzungssystem kennengelernt. In einem gesunden Organismus, egal ob Mensch, Tier oder Pflanze, arbeiten die einzelnen Organe und Organsysteme zusammen. Fällt ein Organsystem aus, so führt dies meist zu einer schwerwiegenden Schädigung des gesamten Organismus. 6 Ein Wohnhaus besteht aus Bausteinen 7 Zellen eines Zwiebelhäutchens Robert Hooke (1635–1703) konstruierte bereits im 17. Jahrhundert ein Mikroskop, mit dem ihm bis zu 100-fache Vergrößerungen gelangen. Tausende Milliarden Im Vergleich dazu: Es leben über acht Milliarden Menschen auf der Welt. Geschlechtszellen Eizellen und Spermien Organe Teile des Körpers, die bestimmte Aufgaben erfüllen; organum (lat.) = Werkzeug, Organ Organsysteme Gruppen von Organen, die gemeinsam bestimmte Aufgaben erfüllen (zB Bewegungssystem, Verdauungssystem, Atmungssystem, Blutgefäßsystem, Ausscheidungssystem, Nervensystem). Organismus anderes Wort für ein einzelnes Lebewesen; Mz. Organismen 8 Von der Zelle zum Organismus am Beispiel des Menschen Zellen Gewebe Organ Organsystem Organismus 9 Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv
Zellen genauer betrachtet Die meisten Lebewesen bestehen aus vielen Zellen. Manche bestehen nur aus einer einzigen Zelle. Obwohl diese Einzeller mikroskopisch klein sind, haben sie Eigenschaften wie andere Lebewesen auch: Sie können sich bewegen, auf Reize reagieren, sich ernähren und atmen. Sie haben einen Stofftransport innerhalb des Körpers, bauen Stoffe auf und ab, scheiden Stoffe aus, wachsen und pflanzen sich fort. Alle Zellen weisen einen gemeinsamen Grundbauplan auf In Süßgewässern kommt der Einzeller Euglena vor. An ihm kann man den Aufbau einer Zelle gut zeigen ( S.11, Abb. 1 und 2): Die Zelle besteht aus dem Zellplasma, das von einem dünnen Häutchen, der Zellmembran, umgrenzt ist. Im Zellplasma liegen ein Zellkern und andere Zellorganellen. Der Zellkern enthält wie ein Kochbuch Anleitungen und Informationen, die als Erbanlagen oder Gene bezeichnet werden. Mit ihnen kontrolliert und steuert der Kern die Lebensvorgänge in der Zelle. Je nachdem, welche Aufgaben sie zu erfüllen haben, unterscheiden sich Zellen in Form und Größe. Außerdem können sie Extraausstattungen aufweisen. So besitzt zB Euglena ein langes fadenförmiges Gebilde zur Fortbewegung, eine Geißel. Reize Informationen aus der Umwelt bzw. aus dem Körperinneren 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. Zellorganellen; Einzahl: das Organell Bei Vielzellern sind die verschiedenen Organe für die Lebensvorgänge zuständig. Sie bestehen aus Geweben, also Zellverbänden. Auch innerhalb von einzelnen Zellen gibt es Strukturen, die bestimmte Aufgaben erfüllen. Diese „Organe“ einer Zelle werden Organellen genannt. Er bedeutet „kleine Organe“. 10 Die Welt im Mikroskop Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv
Zellen genauer betrachtet Pflanzen- und Tierzellen weisen Unterschiede auf In Abb. 3 ist pflanzliches, in Abb. 4 tierisches Gewebe im Mikroskop zu sehen. Betrachtet man die einzelne Pflanzen- und Tierzellen etwas genauer, lassen sich Unterschiede erkennen. Pflanzliche Zellen haben außerhalb der Zellmembran noch eine Hülle aus Cellulose, die Zellwand. Sie verleiht der Zelle Form und Festigkeit. Ein weiteres Merkmal, das Pflanzen- von Tierzellen unterscheidet, ist die Vakuole, ein Bläschen, das mit Zellsaft gefüllt ist. In Pflanzenzellen nimmt dieses Zellorganell fast den ganzen Innenraum der Zelle ein, sodass das Zellplasma mit dem Zellkern und den übrigen Zellorganellen ganz an die Zellwand gedrängt wird. Tierzellen haben keine Zellsaftvakuole. Chloroplasten färben Pflanzenzellen grün Bei genauer Betrachtung kann man einen weiteren Unterschied zwischen tierischen und pflanzlichen Zellen erkennen. In den Pflanzenzellen kommen grün gefärbte Zellorganellen vor, die Chloroplasten. In ihnen findet die Fotosynthese statt: aus Wasser und Kohlenstoffdioxid wird energiereicher Traubenzucker und Sauerstoff hergestellt. 1 Euglena Zellbau; Schema Augen eck Zellmembran Zellkern Zellplasma Zellorganellen Geißel 2 Euglena; mikroskopische Aufnahme Cellulose Kohlenhydrat; dient u. a. in der Papierherstellung als Grundstoff Zellsaft besteht aus Wasser, in dem verschiedenste Stoffe gelöst sind, wie beispielsweise Zucker, Säuren und Farbstoffe. Durch die mit Zellsaft prall gefüllten Vakuolen erhalten Pflanzenzellen zusätzlich Festigkeit. Geben Pflanzen mehr Wasser ab, als sie über die Wurzeln aufnehmen, nimmt der Wassergehalt in den Vakuolen ab. Sie werden dadurch kleiner – die Pflanze welkt. Chloroplasten erscheinen aufgrund der Einlagerung des grünen Farbstoffes Chlorophyll grün. 3 Pflanzliches Gewebe (lichtmikroskopische Aufnahme, ca. 350fach vergrößert) und Pflanzenzelle (Schema) Chloroplast Zellkern Vakuole Zellwand Zellmembran Zellplasma Zellorganellen Zellkern 4 Tierzelle (Schema) und tierisches Gewebe (lichtmikroskopische, eingefärbte Aufnahme, ca. 400fach vergrößert) Kreuze auf Tierzellen Zutreffendes an. Die Buchstaben der richtigen Antworten ergeben hintereinander gelesen die Bezeichnung für Lebewesen, die so klein sind, dass sie nur mit Hilfe eines Mikroskops zu sehen sind. Zellkern MIKRO Zellwand KLEINST Zellmembran ORGA Vakuole TIER Chloroplasten CHEN Zellplasma NIS Zellorganellen MEN Zellsaft WELT Du bist dran! 11 Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv
Die Welt im Mikroskop Die Vielfalt der Einzeller Einzeller gibt es seit rund 1,7 Milliarden Jahren. Man findet sie überall, wo Wasser ist, beziehungsweise wo es feucht genug ist, im Meer genauso wie im Süßwasser. Euglena kann sich wie eine Pflanze, aber auch wie ein Tier ernähren Wie alle Lebewesen brauchen auch Einzeller Nährstoffe, also Stoffe, die unter anderem ihrem Wachstum dienen und ihnen Energie liefern. Einer dieser wichtigen Nährstoffe ist Traubenzucker. In Abb. 2 ( S.11) kannst du sehen, dass Euglena grün erscheint. Euglena ist wie die Pflanzenzellen mit Chloroplasten ausgestattet. Ist ausreichend Sonnenlicht vorhanden, findet in ihnen Fotosynthese statt. Leben Euglenen längere Zeit im Dunkeln, können sie aber auch Nahrung aus der Umgebung aufnehmen. Gelöste Nährstoffe gelangen durch die Zellmembran ins Innere der Zelle. Zusätzlich werden feste Nahrungsteilchen, die der Zellmembran anhaften, nach und nach in diese eingesenkt und schließlich ins Zellinnere abgeschnürt ( Abb. 5). In den so entstandenen Nahrungsbläschen findet die Verdauung statt. Anschließend werden verwertbare Stoffe aus den Bläschen ins Zellplasma abgegeben. Unverwertbare Stoffe werden auf umgekehrtem Weg wieder aus der Zelle ausgeschieden ( Abb. 6). Neben Einzellern, die sich wie Euglena sowohl pflanzlich als auch tierisch ernähren können, gibt es auch rein pflanzliche und rein tierische Einzeller. Die meisten Einzeller pflanzen sich ungeschlechtlich fort Bei den Tieren und Pflanzen, die du in der 1. Klasse kennengelernt hast, entwickelt sich neues Leben durch Befruchtung. Das väterliche und mütterliche Erbmaterial wird dabei vermischt. Die Nachkommen weisen deshalb Merkmale beider Elternorganismen auf. Erfolgt die Fortpflanzung durch Geschlechtszellen, spricht man von geschlechtlicher Fortpflanzung. Die meisten Einzeller können sich allein, also ohne Partner, fortpflanzen. Hat ein Einzeller seine volle Größe erreicht und steht ausreichend Nahrung zur Verfügung, verdoppeln er seinen Zellkern und die anderen Zellorganellen und teilt sich danach in zwei Zellen. Diese Art der Fortpflanzung wird als ungeschlechtliche Fortpflanzung bezeichnet. Alle Lebewesen benötigen Nährstoffe Lebewesen, deren Zellen mit Chlorophyll ausgestattet sind (zB grüne Pflanzen, Euglena) können mit Hilfe des Sonnenlichts Traubenzucker erzeugen. Der Traubenzucker liefert den Lebewesen nicht nur Energie, er ist auch Ausgangsstoff für andere Nährstoffe (Eiweiß, Fette). Lebewesen, die Nährstoffe selbst herstellen können, werden als Erzeuger oder Produzenten bezeichnet. Tiere und auch der Mensch müssen die Nährstoffe mit der Nahrung aufnehmen. Sie werden als Verbraucher oder Konsumenten bezeichnet. Kenn ich das? Der deutsche Name der Euglena ist „Augentierchen“. Die Bezeichnung ist in zweierlei Hinsicht nicht korrekt. Finde die Begründung dafür. Du bist dran! 5 Längsteilung bei Euglena (mikroskopische Aufnahme) 6 Aufnahme fester Nahrungsteilchen bei Einzellern Nahrungsteilchen Zellmembran 7 Ausscheidung bei Einzellern Unverwertbare Stoffe Zellmembran geschlechtliche Fortpflanzung auch als sexuelle Fortpflanzung bezeichnet; zwei Geschlechtszellen verschmelzen zur ersten Zelle eines neuen Lebewesens ungeschlechtliche Fortpflanzung asexuelle Fortpflanzung; die Nachkommen haben das gleiche Erbmaterial wie der Elternorganismus; Individuen, die das gleiche Erbmaterial aufweisen, werden als Klone bezeichnet 12 Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv
Zellen genauer betrachtet Pflanzliche Einzeller sind wichtige Sauerstoffproduzenten Pflanzliche Einzeller sind ein wesentlicher Bestandteil des Planktons. Kieselalgen beispielsweise sind Hauptbestandteil des Meeresplanktons. Sie erzeugen einen großen Teil des in der Atmosphäre enthaltenen Sauerstoffs. Pflanzliche Einzeller sind außerdem Nahrungsgrundlage für tierisches Plankton, das wiederum vielen Tieren als Nahrungsquelle dient. Unter den tierischen Einzellern gibt es Krankheitserreger Unter den tierischen Einzellern gibt es welche, die als Parasiten Krankheiten hervorrufen. Die in tropischen Gebieten der Erde vorkommenden Plasmodien werden von Anophelesmücken ( S.81 Abb. 53) übertragen. Sie verursachen beim Menschen Malaria. Die Krankheit ist von regelmäßig auftretenden Fieberschüben begleitet. Die Toxoplasmose wird durch den weltweit verbreiteten Gewebeparasiten Toxoplasma hervorgerufen. Als Wirte dienen nahezu alle Säuger, unter anderem 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 Krankheitsanzeichen 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. Krankheitserreger können mit der Nahrung aufgenommen werden Amöben kommen hauptsächlich im Bodenschlamm von Tümpeln, Teichen und Seen vor. Sie 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 ( Abb. 9). In subtropischen und tropischen Ländern kommt eine Amöbenart vor, die im Dickdarm des Menschen parasitiert. Die betroffenen Personen leiden an Amöbenruhr. Die Krankheit ist durch Bauchkrämpfe und schwere Durchfälle gekennzeichnet. Die Übertragung erfolgt hauptsächlich durch unsauberes Trinkwasser, rohes Obst, Gemüse und Salat. Ungekochte Lebensmittel sollen daher vor dem Verzehr gut gewaschen werden. 8 Kieselalgen (lichtmikroskopische Aufnahme) Plankton ist der Sammelbegriff für im Wasser schwebende, meist mikroskopisch kleine Lebewesen. Atmosphäre Lufthülle der Erde; Luft ist ein Gemisch aus verschiedenen Gasen (Stickstoff, Sauerstoff, Kohlenstoffdioxid, …) 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. infizieren anstecken; auf unterschiedlichen Wegen gelangen Krankheitserreger in den Körper und vermehren sich dort. Zellkern Scheinfüßchen Zellkern Scheinfüßchen 9 Fortbewegung und Nahrungsaufnahme bei der Amöbe (Schema); die Pfeile zeigen die Fließrichtung des Zellplasmas. Zellkern Scheinfüßchen 1. Amöbe nähert sich Nahrungsteilchen 2. Nahrungsteilchen werden umschlossen 3. Nahrungsteilchen werden verdaut 4. Unverwertbare Stoffe werden ausgeschieden 13 Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv
Die Welt im Mikroskop Bakterien, die ersten Lebewesen Vor mehr als 3,5 Milliarden Jahren traten im Meer die ersten Lebewesen auf. Es waren Bakterien, die sich durch den Abbau chemischer Verbindungen aus der Umgebung ernährten. Die Urbakterien benötigten keinen freien Sauerstoff, den es damals auch noch nicht gab, weder im Wasser noch in der Atmosphäre. Sie bestand hauptsächlich aus Wasserdampf und Kohlenstoffdioxid. Durch Fotosynthese reicherte sich Sauerstoff in der Atmosphäre an Aus den Urbakterien entwickelten sich unterschiedliche Bakterienarten. Vor rund 2,7 Milliarden Jahren traten erstmals Bakterien auf, die mit Hilfe bestimmter Farbstoffe die Energie des Sonnenlichts zum Aufbau von Traubenzucker aus Kohlenstoffdioxid und Wasser nutzen konnten. Durch die Tätigkeit dieser Fotosynthese betreibenden Bakterien reicherte sich allmählich Sauerstoff in der Atmosphäre an. Für viele Bakterienarten waren die neuen Umweltbedingungen lebensfeindlich. Der Sauerstoff war für sie Gift. Viele Arten starben deshalb aus. Gleichzeitig war die Sauerstoffrevolution aber ein Ereignis, das die Evolution enorm voran trieb. Zum einen führte der Anstieg des Sauerstoffgehalts in der Atmosphäre zur Bildung von Ozon und der Ozonschicht. Zum anderen entwickelten sich Bakterien, die den bei der Fotosynthese entstandenen Traubenzucker zur Energieversorgung nutzen konnten. Traubenzucker als Energielieferant und die schützende Ozonschicht waren die Voraussetzung dafür, dass sich das Leben in der heutigen Vielfalt entwickeln konnte. Bakterien sind einzellige Lebewesen ohne Zellkern Bakterien sind 0,001–0,75 mm kleine, einzellige Lebewesen. Sie weisen allerdings einen etwas anderen, einfacheren Zellbau ( Abb. 11) als Einzeller beziehungsweise pflanzliche und tierische Zellen auf. Der wesentlichste Unterschied ist das Fehlen eines Zellkerns. Das Erbmaterial liegt frei im Zellplasma. Auch die meisten anderen Zellorganellen sind in der Bakterienzelle nicht vorhanden. Bei den meisten Bakterienzellen ist wie bei den Pflanzenzellen der Zellmembran eine Zellwand aufgelagert. Diese Zellwand weist allerdings eine andere chemische Zusammensetzung auf als die der Pflanzenzellen. Manche Bakterienarten bilden um die Zellwand noch eine schützende Schleimhülle. Auch Geißeln, die der Fortbewegung dienen, und Haftfäden ( Abb. 11) sind nicht bei allen Bakterien vorhanden. Wasserdampf gasförmiges Wasser Sauerstoffrevolution Bezeichnung für den enormen Sauerstoffanstieg in der Atmosphäre , der vor rund 2,7 Milliarden einsetzte, und vor rund 2,4 Milliarden Jahren zum Aussterben der meisten damals lebenden Organismen führte. Ozon, Ozonschicht Treffen Sonnenstrahlen auf Sauerstoff, so entsteht das Gas Ozon. In einer Höhe von 15 bis 35 km befindet sich eine Anreicherung von Ozon, die Ozonschicht. Sie verhindert, dass der Großteil der für Lebewesen schädlichen Sonnenstrahlung die Erdoberfläche erreicht. Zellorganellen Fotosynthese betreibende Bakterien haben beispielsweise keine Chloroplasten. Die Fotosynthese findet in Einstülpungen der Zellmembran statt. 10 Bakterien kommen in verschiedenen Formen vor. Spirillen Vibrionen Bazillen Streptokokken Staphylokokken Kokken 11 Bau einer Bakterienzelle (Schema) Schleimhülle Haftfäden Zellplasma Erbanlagen Zellwand Zellmembran Geißel Zellorganellen 14 Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv
Zellen genauer betrachtet Bakterien pflanzen sich ungeschlechtlich fort Wenn die Umgebungstemperatur passt und ausreichend Nahrung und Feuchtigkeit vorhanden sind, können sich Bakterienzellen erstaunlich schnell durch Zweiteilung vermehren. Die in unserem Dickdarm lebenden Kolibakterien beispielsweise teilen sich alle 20 Minuten. 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, wenn etwa nicht ausreichend Nahrung zur Verfügung steht, können manche Bakterienarten sogenannte Sporen bilden: Das Zellplasma zieht sich zusammen und umgibt sich mit einer dickeren, widerstandsfähigen Wand. In diesem Zustand können Bakterien Jahre überdauern, auch unter extremen 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. Treffen sie auf bessere Lebensbedingungen, werden die Bakterien wieder aktiv. Ihre hohe Fortpflanzungsrate und die Fähigkeit mancher Arten, auch ungünstige Lebensbedingungen überdauern zu können, tragen dazu bei, dass Bakterien im Lauf der Evolution nicht ausgestorben sind sondern bis heute überlebt haben. LUCA war vermutlich der Vorfahre aller Lebewesen Wissenschafterinnen und Wissenschafter vermuten, dass der Vorfahre aller Lebewesen bereits vor 3,8 Milliarden Jahren entstanden ist. Studien zufolge entwickelte sich die als LUCA bezeichnete Urzelle in heißen Quellen in der Tiefsee, also in lichtlosem Bereich. Die Energie, die LUCA zum Leben benötigte, stammte aus einfachen chemischen Reaktionen für die die Anwesenheit von Wasserstoff notwendig war. Für den Stoffwechsel benötigte LUCA außerdem Kohlenstoffdioxid, Stickstoff und Schwefel sowie die Metalle Eisen und Nickel. LUCA ist die Abkürzung für Last universal common Ancestor. Übersetzt bedeutet es „letzter allgemeiner gemeinsamer Vorfahre“. Kenn ich das? 12 In heißen Tiefseequellen liegt vermutlich der Ursprung des Lebens Kolibakterien ernähren sich vom Darminhalt, wobei es, abhängig von der vom Menschen aufgenommenen Nahrung, zu mehr oder weniger starker Gasentwicklung (Blähungen!) kommt. Gelangen die begeißelten Bazillen aus dem Dickdarm in andere Körperbereiche, können sie Krankheiten verursachen. Eine Infektion der Harnblase beispielsweise, die meistens durch falsche Toilettenhygiene verursacht wird, führt zur Harnblasenentzündung. Bakterien kommen in unterschiedlichen Formen vor. In Abb. 10 auf S.14 sind die am häufigsten vorkommenden, mit ihren wissenschaftlichen Namen beschriftet, abgebildet. Betrachte die verschiedenen Formen und versuche anschließend die deutschen Namen (siehe unten) zuzuordnen, indem du die richtigen Buchstaben neben die hier nochmals angeführten wissenschaftlichen Namen schreibst. Die Buchstaben ergeben hintereinander gelesen die Bezeichnung für Medikamente, die bei der Bekämpfung von Krankheiten helfen, die durch Bakterien verursacht werden. Kokken ( ) Staphylokokken ( ) Streptokokken ( ) Bazillen ( ) Vibrionen ( ) Spirillen ( ) Kommabakterien (I) Kugelbakterien (AN) traubenförmig angeordnete Kugelbakterien (TI) Stäbchenbakterien (OT) spiralförmige Bakterien (KA) zu Ketten angeordnete Kugelbakterien (BI) Du bist dran! 15 Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv
Die Welt im Mikroskop Bakterien sind überall verbreitet Im Lauf der Evolution haben sich Bakterien an die unterschiedlichsten Lebensräume angepasst. Sie leben in der Erde, im Wasser, in der Luft, auf und in anderen Lebewesen und sogar an extremen Standorten, wie etwa in Gletschern, in heißen Quellen und in Salzseen. Wie bei den Einzellern gibt es auch unter den Bakterien Arten, die wie die Pflanzen Fotosynthese betreiben und Arten, die energiereiche Nährstoffe aus der Umgebung aufnehmen und abbauen. Bakterien zersetzen tote Biomasse In den einheimischen Laubwäldern fallen jährlich pro Hektar drei bis vier Tonnen Blätter an. Dazu kommen abgestorbene Äste, morsche Stämme, vertrocknete Gräser und andere Pflanzen. Tiere hinterlassen Ausscheidungen und nach ihrem Tod Kadaver. Auf Äckern bleiben Stoppeln, die Wurzeln des abgemähten Getreides und andere Erntereste über. Auch in Gärten sammeln sich im Laufe des Jahres beachtliche Mengen pflanzlicher Abfälle an. Blieben diese Reste, die sogenannte tote Biomasse, unverändert liegen, müssten Menschen, Tiere und Pflanzen bald darunter ersticken. Viele Tiere wie Tausendfüßer, Milben und Spinnen, Asseln sowie Insekten und deren Larven ernähren sich von diesen nährstoffreichen Resten und zerkleinern sie dabei immer mehr. Letztendlich zersetzen Bakterien und Pilze die Reste in Wasser, Kohlenstoffdioxid und Mineralstoffe. Diese werden von den Pflanzen unter anderem wiederum zur Produktion von Nährstoffen benötigt. Bakterien und Pilze werden aufgrund ihrer Abbautätigkeit als Destruenten bezeichnet. Ohne sie wäre der Vorrat an Mineralstoffen im Boden ziemlich rasch verbraucht. Sie werden von Pflanzen (Produzenten) für ihr Wachstum benötigt. 13 Im Toten Meer leben salzunempfindliche Bakterien 14 Totholz, Nahrung für Destruenten 15 Falllaub, Nahrung für Destruenten Biomasse Gesamtheit der in lebenden oder toten Lebewesen vorkommenden bzw. aus ihnen stammenden energiereichen Stoffe. Destruenten oder Zersetzer bauen energiereiche Stoffe in Mineralstoffe, Wasser und Kohlenstoffdioxid ab; destruere (lat.) = abbauen energiereiche Stoffe energiereiche Stoffe energiereiche Stoffe Mineralstoffe Produzenten (Erzeuger) Konsumenten (Verbraucher) Destruenten (Zersetzer) 16 Produzenten, Konsumenten und Destruenten bewirken einen ständigen Kreislauf der Stoffe 16 Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv
Zellen genauer betrachtet Bakterien verderben Lebensmittel Bakterien beschränken ihre Abbautätigkeit nicht nur auf Abfälle der Natur. So verursachen Bakterien auch das Verderben von Lebensmitteln. Sie zersetzen zB das in Fleisch und Fisch enthaltene Eiweiß, bauen Fett ab, das dadurch ranzig schmeckt, und lassen Milch sauer werden. Bakterien können Krankheiten hervorrufen Manche Bakterien sind Parasiten. Sie ernähren sich vom Zellinhalt, vom Gewebe oder von Körperflüssigkeiten ihrer Wirte. Bei ihrer Stoffwechseltätigkeit scheiden sie Stoffe aus, die beim Wirtsorganismus Krankheitsanzeichen verursachen. In Erde, Staub, Schmutz und Ausscheidungen kommen Sporen von Tetanusbakterien vor. Sie können selbst durch kleinste Wunden in den Körper eindringen. Dort werden sie aktiv und produzieren ein Gift, das eine krampfartige Starre der Muskulatur bewirkt. Diese als Wundstarrkrampf 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. Sie fangen die Krankheitserreger im Fall einer Infektion sofort ab und machen sie unschädlich. Da die Zahl der Antikörper mit der Zeit abnimmt, muss alle fünf bis zehn Jahre eine Auffrischungsimpfung durchgeführt werden. Bakterien können Durchfallerkrankungen verursachen. Neben den Kolibakterien ( S.15), die bei mangelnder Hygiene von Kot 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. Geschwollene Mandeln, Halsschmerzen, Schluckbeschwerden und meist hohes Fieber sind Anzeichen einer Mandelentzündung (Angina). Die Verursacher, Streptokokken oder Staphylokokken, werden von Mensch zu Mensch durch Tröpfcheninfektion übertragen. Wundstarrkrampf wird auch als Tetanus bezeichnet. Österreichischer Impfplan Liste empfohlener Impfungen, die jährlich vom Gesundheitsministerium herausgegeben wird. Hygiene Maßnahmen zur Erhaltung und Verbesserung der Gesundheit Salmonellen sind eine Bakteriengattung, deren Vertreter beim Menschen und manche Arten auch bei Tieren Darmprobleme verursachen. Salmonelleninfektionen können durch den hohen Wasserverlust aufgrund des Durchfalls besonders für Kleinkinder und alte Menschen sehr gefährlich werden. Tröpfcheninfektion Ansteckung erfolgt durch Krankheitserreger in kleinen Flüssigkeitströpfchen, die beim Husten, Niesen oder Sprechen in die Luft gelangen und eingeatmet werden. a) Begründe das gesundheitliche Risiko, wenn man rohen Kuchenteig schleckt. b) Warum muss Geflügel vor dem Verzehr richtig durchgebraten sein, während Rindfleischsteaks häufig innen noch leicht blutig gegessen werden? Erkläre den Unterschied. Du bist dran! 17 Beim Husten und Niesen die Armbeuge vor Mund und Nase halten schützt vor Tröpfcheninfektion. 18 Hühnerfleisch wird durchgebraten. 17 Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv
www.oebv.atRkJQdWJsaXNoZXIy MTA2NTcyMQ==