Biologie, clasa a VII-a, manual tradus in limba germană
Biologie
Lehrbuch für die 7. Klasse
Alexandrina-Dana Grasu
Jeanina Cîrstoiu
Dieses Lehrbuch ist das Eigentum des Bildungsministeriums.
Dieses Lehrbuch wurde in Übereinstimmung mit dem Lehrplan herausgebracht, genehmigt durch den Ministerialerlass OM Nr. 3393 vom 28.02.2017.
119 – Landesweite Notfallnummer für Fälle von Kindesmissbrauch 116.111 – Telefonnummer für die Beratung der Kinder
Biologie
Lehrbuch für die 7 Klasse
Alexandrina-Dana Grasu
Jeanina Cîrstoiu
Das Lehrbuch wurde durch Erlass des Bildungsministers Nr. 5420/04.07.2024 genehmigt.
Das gedruckte Lehrbuch wird den Schülern kostenlos zur Verfügung gestellt und ist ab dem Schuljahr 2024–2025 für vier Schuljahre übertragbar.
Schulamt
Schule/Kolleg/Gymnasium
Zustand des Lehrbuchs* bei Empfang bei Abgabe
* Für den Zustand des Lehrbuchs gelten folgende Bewertungen: neuwertig, gut, gepflegt, unbefriedigend, beschädigt.
• Lehrer prüfen, ob die Informationen in der obigen Tabelle korrekt sind.
• Schüler dürfen im Schulbuch keine Anmerkungen machen.
Biologie. Lehrbuch für die 7. Klasse
Alexandrina-Dana Grasu, Jeanina Cîrstoiu
Wissenschaftliche Referenten: Univ.-Prof. Dr. Paulina Anastasiu, Biologiefakultät, Universität Bukarest Prof. mit 1. did. Grad Mirela Magdalena Marinescu, Nationales Informatikkolleg „Tudor Vianu”, Bukarest
98 Vegetative Vermehrung bei Pflanzen 98 Vermehrung durch Sporen, durch Knospung bei Hefen, Vermehrung der Bakterien
des menschlichen Körpers, Pubertät 100 Fortpflanzungssystem des Menschen 102 Selbsterkenntnis und Verantwortung in Empfängnis und Verhütung 107 BESONDERHEITEN DER SEXUELLEN FORTPFLANZUNG BEI DEN WIRBELTIEREN 108 ELEMENTE DER HYGIENE DES MENSCHLICHEN
EINHEIT 3: SELBSTREGELUNGSMECHANISMEN
STRUKTUR DES LEHRBUCHS
GEDRUCKTE VERSION
Das Biologie -Lehrbuch für die 7. Klasse ist in Lerneinheiten gegliedert, die die Inhalte des Lehrplans weiterentwickeln. Die Lektionen sind besonders ansprechend dargestellt und beinhalten Beispiele von Tätigkeiten, die zur Bildung fachspezifischer Kompetenzen führen. Die inhaltliche Gestaltung ermöglicht Verbindungen zu den anderen Studienfächern.
Titelseite der LERNEINHEIT
Hauptillustration
Inhalte
Fachkompetenzen
Titel der Lerneinheit
LEKTIONSSEITEN
Nummer der Lerneinheit
Arbeitsmappenblatt
Lektionsinhalt
Anwendungen
Erfahre mehr! Lektionstitel
Anzahl von Dendriten und drei Hauptrollen haben, nämlich sensibel, assoziativ und motorisch Abb. 3).
Eigenschaften der Neuronen Neuronen haben manche Eigenschaften,
Praktische Arbeit
Merke dir!
Abbildungen
WIEDERHOLUNG
Systematisieren und Festigen
Projektaufgaben
KENNTNISÜBERPRÜFUNG ANTWORTEN
KENNTNISÜBERPRÜFUNG
Bewertungselemente
Selbstbewertungssequenz
Erinnere dich!: Informationen, Konzepte und Fragen, die einen Zusammenhang zwischen den bereits vorhandenen Kenntnissen und Fähigkeiten der Schüler und denjenigen herstellen sollen, die durch die Inhalte des Unterrichts erworben werden.
Anwendungen: Tätigkeiten, die darauf abzielen, die durch den Inhalt des Unterrichts gewonnenen Informationen anzuwenden. Sie werden als Fragen oder Arbeitsaufgaben dargestellt, die an einen Inhalt angehängt sind.
Merke dir!: wichtige und relevante Informationen zum Thema.
Praktische Arbeiten: bestimmt zur direkten Beobachtung der mikroskopischen Strukturen oder Ausführung der Beobachtungen und Experimente im Labor; sie werden begleitet von Arbeitsanleitungen, welche die notwendigen Materialien, Arbeitsetappen und Art der Verwertung der Tätigkeit enthalten, sowie die Anweisungen bezüglich der Sozialform in welcher sie stattfinden: einzeln, paarweise oder in Gruppen.
Einzel- oder Gruppenprojekt: Forschungsaktivitäten und die Anwendung einiger untersuchter Begriffe, um Theorie und Praxis in Beziehung zu setzen.
Erfahre mehr! richtet sich an Klassen/Schüler, die schneller eine Lektion lernen, aber auch ein höheres Verständnisniveau zeigen.
Einige Informationen vertiefen die Themen des Lehrplans, andere sind zusätzliche Informationen, die für ein globales Bild der untersuchten Systeme als notwendig erachtet wurden.
Wörterbuch: beinhaltet die Erklärung der wissenschaftlichen Begriffe und ihrer Etymologie.
Übungen: Bewertungsaktivitäten: Aufgaben mit Dual-Choice, Multiple-Choice, Zuordnung, Probleme, Problemsituationen, Essay.
Projektaufgaben: können einzeln, zu zweit oder in Gruppen in den folgenden Phasen realisiert werden: Dokumentationen aus verschiedenen gedruckten Publikationen (Atlanten, Zeitschriften, Lehrbücher) oder virtuelle (Dokumentarfilme, wissenschaftliche Artikel auf spezialisierten Websites, digitales Lehrbuch) unter Angabe der verwendeten Quellen.
Untersuchungsthema zielt darauf ab, Funktionen und Prozesse von Organismen im Unterricht oder im Labor in Gruppen-, Paar- oder Einzelaktivitäten zu erforschen, Ergebnisse aufzuzeichnen und/oder Schlussfolgerungen zu formulieren.
– Markierungen, die unterschiedliche Schwierigkeitsgrade einiger Anwendungen, Aufgaben, Übungen anzeigen.
Allgemeine und fachspezifische Kompetenzen
Gemäß dem Lehrplan für das Fach BIOLOGIE, Klasse 7, genehmigt durch den Erlass des Bildungsministers Nr. 3393/28.02.2017
1. Erforschung biologischer Systeme, Prozesse und Phänomene mit wissenschaftlichen Instrumenten und Methoden
1.1 Systematisierung von Informationen aus Texten, Filmen, Tabellen, Zeichnungen, Schemata, die als Quellen für die Erforschung biologischer Systeme, Prozesse und Phänomene dienen
1.2 Unabhängige Durchführung von Recherchen aufgrund von Arbeitsblättern, die von den Schülern erarbeitet wurden
1.3 Übernehmen von Rollen im Team, um Arbeitsaufgaben zu lösen
2. Angemessene Kommunikation in verschiedenen wissenschaftlichen und sozialen Kontexten
2.2 Darstellung der Informationen in einer Gruppe durch Modelle, Grafiken, Texte und Kunstwerke mit IKT-Mitteln unter Verwendung geeigneter biologischer Fachterminologie
3. Lösen von biologischen Problemstellungen durch logisches Denken und Kreativität
3.1 Entwicklung von Modellen biologischer Systeme
3.2 Entwicklung von Algorithmen zur Durchführung einer Untersuchung
4. Manifestation eines gesunden Lebensstils in natürlicher Umgebung, die dem Leben förderlich ist
4.1 Gestaltung von Maßnahmen zur Erhaltung und Förderung eines gesunden Lebensstils
4.2 Interpretation der Beziehungen zwischen Verhalten und Gesundheit
Selbstbewertungsbogen zum Schülerverhalten während der Lernaktivitäten
Denke während jeder Lerneinheit über deine Aktivitäten nach. Lies jedes Verhaltensziel sorgfältig durch und prüfe jedes Mal die Antwort, die am besten zu dir passt.
Verhaltensziel
Ich habe neue und interessante Informationen erfahren.
Ich habe die Anweisungen befolgt.
Ich habe sowohl einzeln als auch im Team gearbeitet.
Ich habe bei Gruppentätigkeiten mit anderen zusammengearbeitet.
Ich habe mich an Diskussionen über den Unterricht beteiligt.
Wenn ich einen Fehler gemacht habe, wollte ich wissen, wie ich ihn korrigieren kann.
Ich habe die Aktivitäten abgeschlossen.
Immer Oft Manchmal Niemals
WIEDERHOLUNG DER KENNTNISSE AUS DER 6. KLASSE
Erinnere dich!
Welche grundlegenden Eigenschaften haben Lebewesen?
Wodurch unterscheiden sie sich von den leblosen Bestandteilen der Umwelt?
Lebewesen bestehen aus Zellen.
Sie ermöglichen einen Austausch von Materie, Energie, Informationen mit der Umwelt.
Sie behalten ihren Bau konstant, unabhängig von Umweltveränderungen und Reaktionen darauf.
Lebewesen bilden sich durch Teilung und/oder Vereinigung von Zellen; haben Wachstums- und Entwicklungsstadien; können sich fortpflanzen und sterben
Sie haben unterschiedliche Beziehungen zu anderen Lebewesen derselben oder einer anderen Art.
Welche Grundfunktionen haben Lebewesen?
Erinnere dich an Gewebe, Organe und Organsysteme, welche die drei Funktionskategorien bei Pflanzen und Tieren/Menschen erfüllen. Übertrage die Tabelle in dein Heft und vervollständige sie.
Pflanzen
Ernährungsfunktionen
Ernährung – Blätter/ andere grüne Teile
Atmung –
Kreislauf –
Ausscheidung –
Tiere
Ernährung – Verdauungssystem (zähle die Organe auf) Atmung –
Kreislauf –Ausscheidung –
Beziehungsfunktionen Sinneswahrnehmung
Fortpflanzungsfunktion
Blüten
Ernährungsfunktionen sichern den Organismen wie auch jeder Zelle die Versorgung mit lebensnotwendigen Stoffen, deren Umwandlung und Ausscheidung unbrauchbarer Produkte.
Was beinhaltet autotrophe Ernährung, was aber heterotrophe Ernährung? Welche Organismen ernähren sich autotroph? Welches ist die Hauptform der autotrophen Ernährung? Um zu antworten, untersuche die Zeichnung in Abb. 1.
Welche Zusammenhänge gibt es zwischen den Ernährungsfunktionen?
EINGANGSBEWERTUNG
I. Wähle für folgende Aussagen nur eine richtige Variante aus. (2 × 10 Punkte = 20 Punkte)
1. Die Zusammenhänge zwischen den Ernährungsfunktionen beim Menschen erfolgen durch:
a. Saft, weil er im ganzen Körper zirkuliert;
b. das Verdauungssystem, weil es alle Zellen mit Nährstoffen versorgt;
c. die Atmung, weil sie alle Zellen mit Energie versorgt;
d. das Blut, weil es Stoffe zwischen den verschiedenen Organen des Körpers transportiert.
2. Die Aufgaben der Photosynthese bestehen in:
a. Energieerzeugung und deren Speicherung in allen Pflanzenorganen;
b. Bildung organischer Stoffe für die Pflanze und für die gesamte Nahrungskette;
c. Bildung von Sauerstoff und Kohlendioxid, die für die Atmung aller Lebewesen notwendig sind;
d. Umwandlung von Lichtenergie in organische Substanzen.
II. Ordne jedes Beispiel in Spalte A der Beschreibung in Spalte B zu.
Musterlösung: 1d
Eine Beschreibung lässt keine Assoziation zu. (2 × 15 Punkte = 30 Punkte)
Spalte A
Spalte B
1. Ernährung a) erfolgt über ein Röhrensystem, das durch den Körper verläuft .
2. Kreislauf b) sorgt für die Beseitigung von überschüssigem Wasser.
3. Atmung c) erfolgt bei Pflanzen durch dasselbe Organ wie Photosynthese und Transpiration d) erfolgt bei Pflanzen durch Photosynthese und durch den Verzehr anderer Lebewesen bei Tieren.
Spalte A Spalte B
1. Verdauungssystem a) hat ein zentrales Organ mit der Rolle einer Pumpe
2. Kreislaufsystem b) trifft man bei heterotropher Ernährung durch aktive Nahrungsaufnahme an
3. Ausscheidungssystem c) umfasst paarige Organe, die Blut filtern. d) umfasst paarige Organe, die beim Gasaustausch mit der Umwelt eine Rolle spielen
III. 1. Bestimme zwei Anpassungen für die Nahrungsaufnahme in Gewässern und zwei Anpassungen für die Atmung in Gewässern. (10 Punkte)
2. Zeige den Einfluss der Temperatur auf: Photosynthese, Wasseraufnahme aus dem Boden, Wasserausscheidung durch Pflanzen. (15 Punkte)
3. Nenne und erläutere drei Regeln der Lebensmittelhygiene. (15 Punkte)
Von Amts wegen werden 10 Punkte vergeben. GESAMTPUNKTZAHL = 100 Punkte
Beziehungsfunktionen
Die Lerninhalte, die du durchnehmen wirst:
• Sensibilität und Bewegung der Pflanzen
• Nervensystem des Menschen
• Sinnesorgane des Menschen
• Besonderheiten der Sensibilität bei Wirbeltieren
• Endokrine Drüsen des Menschen
• Bewegungssystem des Menschen
• Anpassungen der Fortbewegung an verschiedene Lebenswelten
• Integration von Beziehungsfunktionen
• Elemente der Hygiene und Prävention von Krankheiten
EINHEIT
Bewerte am Ende dieser Einheit die Tätigkeit, die du in diesen Lektionen durchgeführt hast. Fülle einen Selbstbewertungsbogen nach dem Muster auf Seite 6 aus, um deinen Fortschritt zu verfolgen. Füge das Blatt deiner Arbeitsmappe hinzu.
BEZIEHUNGSFUNKTIONEN, GRUNDFUNKTIONEN DER LEBEWESEN
Alle lebenden Organismen, von den einfachsten bis zu den komplexesten, sind fähig, unabhängig zu überleben. Überleben beinhaltet Beziehungen zur Umwelt. Diese bedeuten materiellen, energetischen und informativen Austausch.
Um zu überleben, muss jedes Lebewesen in der Lage sein:
aus der Umwelt Nahrung und Energie zu gewinnen, sie zu verarbeiten und sie entsprechend zu verwenden; die unbrauchbaren Stoffe an die Umwelt abzugeben;
sich in der Umwelt zu orientieren, Informationen über Veränderungen der Umwelt zu erhalten und auf diese zu reagieren, die Funktionsweise der verschiedenen Körperteile zu koordinieren, als Ganzes zu handeln.
Damit die Art, zu der es gehört, überleben kann, muss das Lebewesen in der Lage sein, sich zu vermehren, ähnliche Nachkommen hervorzubringen, die überlebensfähig sind und sich an die jeweilige Umwelt anpassen.
Alle diese Prozesse beinhalten die Erfüllung der drei Funktionskategorien:
Ernährungsfunktionen (im Vorjahr studiert)
Beziehungsfunktionen
Fortpflanzungsfunktion
Ernährungs- und Beziehungsfunktionen sind für das Überleben des Einzelnen von entscheidender Bedeutung. Die Fortpflanzungsfunktion ist für das Überleben der Art unerlässlich.
Anwendungen
Identifiziere in Abb. 1 Systeme, die Ernährungsfunktionen sichern. Welches sind diese Funktionen? Welches System fehlt im Bild? Welche Systeme sichern im Unterschied dazu die Beziehungsfunktionen?
Die Umwelt ändert sich ständig. Um zu überleben, müssen ein- und mehrzellige Organismen auf die Umwelt reagieren und sich an diese anpassen. Diese adaptiven Reaktionen müssen reguliert und koordiniert werden.
Die Mehrzeller, deren Körper aus Zellen bestehen, die in Geweben, Organen und Organsystemen zusammengefasst sind, benötigen auch eine Koordinierung der internen Tätigkeiten, damit die Reaktion auf die Umwelt für den gesamten Organismus am besten geeignet ist.
Die Systeme mit koordinierender Rolle im tierischen und menschlichen Körper sind das Nervensystem und das endokrine System.
Es gibt enge Verbindungen zwischen dem Nervensystem und dem endokrinen System.
Das Nervensystem arbeitet mithilfe von Nervenimpulsen, Botschaften, die schnell übermittelt werden und insbesondere Informationen über die äußere Umgebung liefern. Nervenbotschaften gewährleisten die Sensibilität – Empfindungsbildung, die Bewegung – Lageveränderung durch Muskelkontraktion, schnelle Regelung von Anpassungstätigkeiten sowie die höhere Nerventätigkeit (wie Denken, Gedächtnis usw.).
Die Sinnesorgane sind an der Erfassung von Botschaften aus der Umwelt beteiligt. Sie haben Zellen, die darauf spezialisiert sind, bestimmte Energieformen (Licht, chemische, mechanische, Wärme) zu empfangen und in Nervenimpulse umzuwandeln. Diese wandern über die Nerven zum Gehirn, wo Empfindungen entstehen.
Das endokrine System arbeitet mit Hormonen, chemischen Stoffen, die in den Körperflüssigkeiten zirkulieren und verschiedene innere Tätigkeiten regulieren. Die Hormonaktivitäten sind langsamer als die von Nervenimpulsen erzeugten und dauern länger an. Bei Pflanzen wurde Empfindlichkeit nachgewiesen und verschiedene Arten von Bewegungen sowie die Produktion von Hormonen festgestellt, obwohl es bei ihnen kein Nervensystem und kein endokrines System gibt.
Anwendungen
1. Betrachte die Bilder in Abb. 2 und 3. Ohne näher auf die Organe einzugehen, aus denen die beiden Systeme bestehen, finde mindestens eine Ähnlichkeit und einen Unterschied hinsichtlich der Lage der Organe und der Verbindung zwischen ihnen.
Nervensystem
Endokrines System
Beide Systeme
Abb. 2 Nervensystem
2. Vervollständige die Sätze mit den richtigen Wörtern:
Abb. 3 Endokrines System
Impulse sind schnelle Nachrichten, die im System wirken. Das System funktioniert, indem es produziert, die durch Körperflüssigkeiten bei Tieren und zirkulieren. Sensibilität wird von , Nachrichten, und die Regelung der Tätigkeit der Organe durch gewährleistet.
SENSIBILITÄT UND BEWEGUNG DER PFLANZEN
Erinnere dich!
Was sind die grundlegenden Eigenschaften von Lebewesen? Welche davon sind spezifisch für Pflanzen? Wie unterscheiden sich Pflanzen von Tieren?
Sensibilität und Bewegung sind Grundmerkmale der Lebewesen. Vergleicht man jedoch Pflanzen mit Tieren, neigt man anzunehmen, dass sich Tiere bewegen und Pflanzen nicht. Pflanzen führen aber auch Bewegungen durch, die als Reaktion auf Umwelteinflüsse auftreten. Pflanzenbewegungen können passiv oder aktiv sein.
Passive Bewegungen (Abb. 1) werden durch physikalische Mechanismen bestimmt: das Schwimmen von Wasserpflanzen unter dem Einfluss von Wasserströmungen, die Verbreitung von Früchten oder Samen mithilfe von Wind oder Tieren. In diesem Fall verbrauchen Pflanzen keine Bewegungsenergie, sondern nutzen die Umweltfaktoren.
Wörterbuch
Aktive Bewegungen werden von Pflanzen oder Pflanzenorganen ausgelöst und verbrauchen Energie. Bewegliche Pflanzen können frei oder festsitzend sein. Einige Bewegungen sind schnell, direkt beobachtbar, andere langsamer. Die Hauptkategorien der aktiven Bewegungen sind Tropismen, Nastien und Taktismen Tropismen sind Orientierungsbewegungen, die sich nach der Reizquelle richten:
= Licht; geo = Boden; hydro = Wasser
Phototropismus (Abb. 2) stellt die Ausrichtung von Pflanzenteilen (z. B. den Blättern) zum Licht dar;
Geotropismus (Abb. 3) stellt die Orientierung in Richtung der Erdanziehung (zum Erdmittelpunkt –die Wurzeln wachsen nach unten) oder in die entgegengesetzte Richtung (die Stängel wachsen nach oben) dar;
Hydrotropismus stellt die Orientierung der Wurzeln zum Bodenwasser dar;
Chemotropismus stellt die Ausrichtung auf die mineralstoffreicheren Bodenzonen dar.
Abb. 2 Phototropismus bei Blättern
Abb. 3 Geotropismus bei Bohnenwurzeln und -stängeln
Abb. 1 Verbreitung der Früchte und Samen des Rohrkolbens
photo
Nastien werden durch Schwankungen der Umweltreize bestimmt.
Photonastien sind Bewegungen, die durch Schwankung der Lichtintensität verursacht werden. Zum Beispiel öffnen sich Löwenzahnblüten bei Licht und schließen sich bei Dunkelheit.
Thermonastien sind Bewegungen, die durch Temperaturschwankungen verursacht werden. Zum Beispiel öffnen sich die Tulpenblüten bei Hitze und schließen sich bei Kälte.
Seismonastien entstehen durch mechanische Faktoren. Bei Mimosenblättern ziehen sich die Blättchen zurück, wenn sie berührt werden. Die Blätter fleischfressender Pflanzen schließen sich, wenn sie von Insekten berührt werden.
Untersuchung
Schau dir die Pflanzen in den Bildern unten an. Identifiziere und benenne Pflanzenbewegungen und deren Ursachen.
Übertrage folgende Tabelle ins Heft und ergänze sie gemäß dem angegebenen Modell.
Pflanze
Löwenzahn
Tulpe
Mimose
Fleischfressende Pflanze
Taktismen sind Bewegungen freier Pflanzen oder mobiler Zellen zu einem Reiz.
Phototaktismus kann man bei einigen Algen beobachten, die auf hellere Wasserzonen zusteuern.
Chemotaktismus trifft man bei männlichen Gameten an, die sich zu den weiblichen bewegen, angezogen von deren Substanzen.
Bewegung
Öffnen der Blüte
Ursache
Lichtzunahme
Erfahre mehr!
• Eine besondere Art der Bewegung trifft man bei den rankenden Pflanzen, die sich um eine Stütze winden. Diese Bewegungen nennt man Nutationen. Gib Beispiele für rankende Pflanzen.
• Das Große Springkraut (siehe unten) hat Früchte, die zum Zeitpunkt der Reife bei der geringsten Berührung explosionsartig den Samen wegschleudern. Was für eine Bewegung ist das?
Tulpenblüte
Mimose
Fleischfressende Pflanze
B
C
Praktische Arbeiten
Einige der folgenden Tätigkeiten können in der Klasse innerhalb einer Stunde durchgeführt werden, während andere mehr Zeit benötigen. Mache die vorgeschlagenen Beobachtungen oder Experimente und gib dann anhand der Informationen im Lehrbuch die Bewegungsarten der Pflanzen an.
1. Betrachte eine Pflanze, die in einem Topf neben dem Fenster wächst. Wie sind die Blätter ausgerichtet? Drehe den Topf so, dass die Blätter zur Innenseite des Raumes zeigen. Beobachte ihre Position für eine Woche. Was für Bewegungen sind das?
2. Bringe ein paar Bohnensamen in einem Glas mit Erde zum Keimen. Die Bohnen müssen so platziert werden, dass die Keimung durch das durchsichtige Glas beobachtet werden kann. Sobald Würzelchen und Stängelchen erscheinen, entferne sie und pflanze sie in umgekehrter Lage wieder ein (mit dem Würzelchen nach oben, aber immer noch vom Boden bedeckt). Beobachte während der folgenden Tage die Wachstumsbewegungen der Pflanze. Wie orientieren sich Würzelchen und Stängelchen? Zeichne die Pflanze in verschiedenen Phasen des Experiments in das Heft.
3. Berühre ein Fiederblättchen eines Mimosenblattes leicht mit der Spitze eines Bleistifts. Wie reagiert die Pflanze? Wie lange wird es dauern, bis es in seine ursprüngliche Lage zurückkehrt? Aber was passiert, wenn du die Basis des Blattstiels berührst? Und was passiert, wenn du den Topf leicht schüttelst? Notiere (ins Heft) die Zeit, die die Pflanze braucht, um zum Anfangszustand zurückzukehren.
4. Übertrage nach Abschluss der praktischen Arbeiten folgende Tabelle ins Heft und vervollständige sie gemäß dem angegebenen Muster:
Pflanze/Organ
Bewegungserzeugender Faktor Beobachtete Bewegung Name der in Übung 1 beobachteten Pflanze Licht Phototropismus
Welche anderen Experimente kannst du planen und durchführen, um die Pflanzen zu Hause oder in der Klasse / im Biologielabor zu studieren?
Unterlagen für die Arbeitsmappe
1. Zeichne oder fotografiere jeden Tag die Bewegungen der Blätter der Pflanze.
2. Erstelle täglich eine Zeichnung oder ein Bild, das die Bewegungen der Würzelchen und Stängelchen der Bohnen vom Zeitpunkt ihres Erscheinens bis zur Bildung der Blätter zeigt. Diese Unterlagen werden auch in der Lektion über das Keimen von Samen nützlich sein.
Übungen
Löungsmodell: Tropismusbewegungen sind:
a. passiv
1. Wähle die richtige Antwort zu folgenden Fragen aus: Pflanzenbewegungen treten auf als Antwort auf die Einwirkung von:
a. Umweltfaktoren
b. Ernährungsfunktionen
c. inneren Reizen
b. aktiv
c. aktiv wie auch passiv
Merke dir!
Pflanzenbewegungen sind passiv und aktiv. Die aktiven Bewegungen sind Tropismen, Nastien und Taktismen. Tropismen äußern sich als Ausrichtung der Pflanzen in Bezug auf Umweltfaktoren. Nastien sind ungerichtete Bewegungen, durch Schwankungen der Umweltfaktoren hervorgerufen. Taktismen sind die Bewegungen von Zellen oder freien Pflanzen hin zu einem Reiz. Die Bewegungen der Pflanzen sind im Allgemeinen langsam.
Dank Geotropismus:
a. orientieren sich Blätter zum Licht
b. orientieren sich Wurzeln nach dem Erdinneren
c. suchen Wurzeln nach feuchteren Bodenbereichen
2. Untersuche das Bild nebenan und bestimme die möglichen Bewegungen.
3. Erstelle einen Miniaufsatz aus 3–4 Sätzen zum Thema „Vom Licht bestimmte Pflanzenbewegungen“.
Erinnere dich!
NERVENSYSTEM BEIM MENSCHEN
Warum ist Bindegewebe in den Nervenorganen notwendig? Warum aber Blutgefäße? Denke an die beiden anderen Arten tierischen und und menschlichen Gewebes, über die du in der 6. Klasse gelernt hast. Woraus besteht ein Gewebe?
Das Nervensystem koordiniert die Aktivitäten des Körpers durch Nachrichten, die man Impulse nennt.
Das Nervensystem besteht aus Nervenorganen. Nervenorgane bestehen aus Nervengewebe, aber auch aus Bindegewebe und Blutgefäßen.
Klassifizierung des Nervensystems
Nach Lage (Abb. 1) wird das Nervensystem eingeteilt in:
• Zentralnervensystem (ZNS) bestehend aus Gehirn und Rückenmark;
• peripheres Nervensystem (PNS) bestehend aus Nerven (Gehirn- und Rückenmarksnerven) und Nervenganglien.
Erfahre mehr!
Nach der Rolle wird das Nervensystem eingeteilt in:
• somatisches Nervensystem, welches die Verbindung zwischen dem Körper und dem Lebensraum herstellt und die Tätigkeit der Skelettmuskeln steuert;
• vegetatives Nervensystem (VNS), das die inneren Organe kontrolliert und ihre Tätigkeit an gewöhnliche Situationen (parasympathisches VNS) und an ungewöhnliche, überfordernde Situationen (sympathisches VNS) anpasst.
Anwendungen
Identifiziere Situationen, in denen die beiden Komponenten des VNS aktiviert werden.
Abb. 1 Einteilung des NS nach Lage
Praktische Arbeit
Makroskopische Beobachtungen
Verwende die konservierten biologischen Materialien aus dem Biologielabor und vergleiche sie mit dem Bild unten. Welche Komponenten sind in diesem Bild sichtbar?
Neuron, Nervenzelle
Neuronen sind Zellen, die verschiedene Formen, Größen und Rollen haben. Das Neuron ist die strukturelle und funktionelle Einheit des Nervensystems.
Aufbau eines Neurons
Das Neuron besteht aus Zellkörper und Fortsätzen (Dendriten und Axon) (Abb. 2). Der Zellkörper be steht aus Membran, Zytoplasma und Zellkern. Die Dendriten sind bei den meisten Neuronen zahl reich und leiten Nervenimpulse zum Zellkörper. Das Axon ist einzeln, länger als die Dendriten und leitet Impulse vom Zellkörper zu anderen Zellen. Das Axon kann von Hüllen (z. B. der Myelinscheide) umgeben sein und hat Endknöpfchen, die Bläs chen mit chemischen Botenstoffen enthalten.
Arten von Neuronen
Neuronen können verschiedene Formen haben: oval, stern-, spindel-, pyramidenförmig usw. Die Neuronen können eine unterschiedliche Anzahl von Dendriten und drei Hauptrollen haben, nämlich sensibel, assoziativ und motorisch (Abb. 3).
Anwendungen
Betrachte die drei Neuronentypen in Abb. 3.
Welcher Typ bringt Informationen zum ZNS?
Welche Neuronen leiten zu den Muskeln?
Welcher Typ verbindet die beiden anderen?
Erfahre mehr!
Nervengewebe besteht aus Neuronen (Nervenzellen) und Gliazellen, die für Neuronen unterschiedliche Rollen spielen. Erinnere dich!
Dendriten
Zellkörper
Zellkern
Axon mit Hüllen
Axonverzweigung
Myelin bildende Gliazellen
Endknöpfchen mit chemischen Botenstoffen
Assoziationsneuron motorisches Neuron
sensibles Neuron
Abb. 3 Arten von Neuronen
• Viele Axone sind stellenweise von Myelin bedeckt, einer perlmuttweißen Substanz, die von den sie umgebenden Gliazellen gebildet wird. Diese Axone leiten Nervenimpulse schneller weiter, da Myelin das Axon elektrisch isoliert, sodass die Nervenimpulse größere Abstände entlang des Axons überspringen können.
• Da die Nervenfortsätze lang sein können, wird die Lage der Neuronen durch die Lage des Neuronenkörpers bestimmt. In Abb. 3 kannst du feststellen, dass sich einige Neuronen im ZNS befinden, andere Neuronen im PNS.
Muskel
Haut
Praktische Arbeiten
Mikroskopische Beobachtungen
Richte das Mikroskop für die Beobachtung her. Handelt es sich um ein optisches Mikroskop, stelle den Spiegel so ein, dass das maximale Licht erfasst wird. Lege die Probe auf den Objekttisch und fixiere sie in der für die Beobachtung am besten geeigneten Lage. Stelle Grobtrieb und Feintrieb (Rädchen) ein, bis das Bild scharf wird.
Beobachte mikroskopische Präparate verschiedener Neuronenarten. Vergleiche die beobachteten Bilder mit den nebenstehenden. Zeichne eine Skizze des beobachteten Bildes in dein Heft. Notiere wesentliche Details in der Legende der Zeichnung und zeige dabei die Namen der neuronalen Komponenten und die Namen der Präparate an. Welches Klassifizierungskriterium wurde bei der Benennung dieser Neuronen verwendet? Welche anderen Neuronenklassifizierungskriterien kennst du?
Eigenschaften der Neuronen
Neuronen haben manche Eigenschaften, die sie von anderen Zellen des menschlichen Körpers unterscheiden:
Sie haben eine lange Lebensdauer (sie entstehen während des intrauterinen Lebens und können das ganze Leben des Individuums hindurch funktionieren).
Sie teilen und regenerieren sich nicht.
Sie verbrauchen viel Glukose und Sauerstoff, überleben wenige Minuten ohne Sauerstoff.
Sie sind sehr empfindlich auf Reize (Reize oder Signale aus der Umwelt und aus dem Körperinneren), die sie in Nervenimpulse umwandeln, zeigen also Erregbarkeit
Sie leiten Nervenimpulse durch Dendriten, Zellkörper und Axon, haben Leitgeschwindigkeit; die Leitgeschwindigkeit der Impulse variiert zwischen 5 und 100 m/s in den sensorischen Neuronen und zwischen 50 und 120 m/s in den motorischen Neuronen.
Sie leiten die Nervenimpulse mithilfe chemischer Botenstoffe von den Endknöpfchen der Axone über funktionelle Verbindungen, Synapsen genannt, an andere Neuronen oder Zellarten weiter (Abb. 4 und 5).
Sternförmige Neuronen im Rückenmark
Pyramidenförmige Neuronen in der Großhirnrinde
Neuronen bestehen aus Zellkörper, Dendriten und Axon. Sie erzeugen und leiten Nervenimpulse, die sie über Verbindungen, sogenannte Synapsen, an andere Zellen weiterleiten.
Axon
Dendriten
Muskelfaser
Axon
Endknöpfchen
Abb. 4 Synapse zwischen Neuronen
Abb. 5 Synapse zwischen Neuronen und Muskelfasern
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Neuron 1
Neuron 2
Übungen
I. Wähle die richtige Variante aus:
1. Das Neuron kann haben:
a. mehrere Zellkörper; b. mehrere Dendriten; c. mehrere Axone; d. einen Zellkörper ohne Zellkern.
2. Dendriten:
a. sind normalerweise weniger zahlreich als Axone;
b. leiten den Nervenimpuls zum Zellkörper; c. weisen oft Schutzhüllen auf; d. haben Endknöpfchen mit chemischen Botenstoffen.
3. Das Axon:
a. leitet den Nervenimpuls zum Zellkörper; b. kann unterschiedliche Schutzhüllen haben; c. fehlt in sensorischen Neuronen; d. kommt nur im Zentralnervensystem vor.
II. Ordne die Informationen in Spalte A denen in Spalte B zu.
1. Ordne die neuronalen Bestandteile in Spalte A den Informationen in Spalte B zu:
Spalte A
1. Zellkörper
2. Dendriten
3. Axon
Spalte B
a. haben Membran, Zytoplasma und Zellkern
b. haben Endknöpfchen mit chemischen Botenstoffen
c. haben normalerweise keine Schutzhüllen
2. Ordne die Funktionstypen der Neuronen in Spalte A ihren Rollen in Spalte B zu:
Spalte A
Spalte B
1. Sensorische Neuronen a. leiten Impulse zu den Muskeln
2. Assoziative Neuronen b. leiten Impulse von den Sinnesorganen
3. Motorische Neuronen c. verbinden Neuronen
3. Ordne die neuronalen Eigenschaften in Spalte A den Informationen in Spalte B zu:
Spalte A
Spalte B
1. Erregbarkeit a. das Leiten der Impulse von Neuron zu Neuron
2. Leitfähigkeit b. das Leiten der Nervenimpulse durch die Neuronen
3. Synaptische Übertragung c. bildet Nervenimpulse
III. 1. Informiere dich über die Gemeinsamkeiten und Unterschiede zwischen:
• Rückenmark und Knochenmark;
• Nervenganglien und Lymphknoten.
Aufgrund der Unterschiede erkläre, warum sich „Knochenmarktransplantation“ und „geschwollene Lymphknoten“ nicht auf Nervenorgane beziehen.
2. Formuliere zwei Sätze, in denen du die rumänischen Begriffe „inervare“ und „enervare“ richtig verwendest.
Erstellt aus Textilien oder Papier Neuronenmodelle verschiedener Formen, mit denen ihr neuronale Netzwerke aufbauen könnt. Wählt ein Neuron im Netzwerk aus und geht den Neuronen nach, die Impulse von diesem Neuron empfangen. Praktische Tätigkeit
Erinnere dich!
Aufbau des Nervensystems
A. Das Zentralnervensystem (ZNS)
Betrachte in Abb. 6 ein Modell des menschlichen Körpers aus dem Biologielabor. Wie heißen die beiden Organe des ZNS?
Das ZNS besteht aus Gehirn und Rückenmark, Nervenorgane in der Mitte des Körpers. Die Organe des Zentralnervensystems bestehen aus grauer Substanz und weißer Substanz
Erfahre mehr!
• Die graue Substanz des ZNS besteht aus Zellkörpern, wohingegen sich die weiße Substanz aus den Fortsätzen, insbesondere aus den Axonen mit Myelinscheide bildet.
• An der Außenseite des Knochenschutzes befinden sich Muskeln und Haut (Abb. 7). Die Gehirn-Rückenmarks-Flüssigkeit befindet sich zwischen zwei Schichten der Hirnhäute, aber auch in einigen Hohlräumen im ZNS.
Die ZNS-Organe verfügen über:
• Knochenschutz: Schädelkapsel, Wirbelsäule;
• Membranschutz: Hirnhäute, aus drei Schichten gebildet, mit der Aufgabe, das ZNS zu schützen und zu ernähren (Abb. 7);
• flüssigen Schutz: Liquor oder Gehirn-Rückenmarks-Flüssigkeit schützt und ernährt das ZNS.
Erfahre mehr!
Aus chemischer Sicht enthält die Nervensubstanz der Organe des ZNS 70–85 % Wasser. Der Rest ist Trockenmasse, von der 50 % Lipide (Fette), 40 % Proteine (Eiweiße) und 10 % Mineralstoffe sind.
Muskel Knochen
Hirnhäute
Gehirn-RückenmarksFlüssigkeit
Schutz der Organe des ZNS
Anwendungen
Welche Gefahr birgt eine kohlenhydratarme oder fettarme Ernährung in der Wachstumsphase? Welche aber in Zeiten intensiven Lernens, etwa bei Prüfungen?
Das ZNS umfasst Gehirn und Rückenmark, von Knochen, Häuten und Liquor geschützte Organe. Merke dir!
Abb. 6 Organe des ZNS
Abb. 7
Schädelkapsel
Gehirn
Rückenmark
Wirbelsäule
Haut
Gehirn
Erinnere dich!
Betrachte Abb. 8 oder das Modell im Biologielabor und erinnere dich an die Bestandteile des Gehirns.
Das Gehirn ist ein zentrales Nervenorgan, das sich in der Schädelkapsel befindet. Es besteht aus dem Großhirn, dem Kleinhirn und dem Hirnstamm (Abb. 8). Jeder Bestandteil hat einen anderen Aufbau und spezifische Funktionen, ist jedoch mit den anderen Bestandteilen des Zentralnervensystems verbunden. Das menschliche Gehirn hat eine Masse von etwa 1400 Gramm.
Großhirn
Kleinhirn Hirnstamm
Abb. 8 Lage der Gehirnkomponenten
von unten von der Seite von oben
Abb. 9 Äußerer Bau des Gehirns
Anwendungen
Betrachte Abb. 9, um den Unterschied in Volumen und Lage der Gehirnbestandteile zu erkennen. Warum sind nicht alle Bestandteile des Gehirns in Abb. 9 A sichtbar?
Praktische Arbeit
Makroskopische Beobachtungen
Erfahre mehr!
Zum Gehirn gehört auch das Zwischenhirn (Diencephalon).
Nutze die konservierten biologischen Materialien aus dem Biologielabor und vergleiche diese mit dem nebenstehenden Bild. Welche Komponenten sind in diesem Bild sichtbar?
Großhirn (Großhirnhälften)
Lage
Die beiden Großhirnhälften stellen den größten Teil des Gehirns dar und bedecken weitgehend die anderen Bestandteile des Gehirns.
Äußerer Bau (Abb. 10)
Die Großhirnhälften sind durch die Längsspalte getrennt und durch Verbindungsstrukturen aus weißer Substanz vereint.
Die Oberfläche der Großhirnhälften ist wegen der tiefen und weniger tiefen Furchen sehr gefaltet. Die tiefen Furchen teilen jede Hirnhälfte in Hirnlappen ein, dargestellt durch verschiedene Farben in Abb. 10. Die weniger tiefen Furchen teilen die Hirnlappen in Hirnwindungen.
Erfahre mehr!
Aufgrund der Furchen und Windungen vergrößert sich die Oberfläche des Großhirns sehr stark und hat ungefähr 2200 cm², von denen 1/3 sichtbar sind und 2/3 in den Wänden der Furchen liegen. Bei anderen Wirbeltieren ist das Großhirn weniger entwickelt.
Innerer Bau (Abb. 11)
Die beiden Arten von Nervensubstanzen sind in den Großhirnhälften wie folgt angeordnet:
Die graue Substanz bildet außen die Großhirnrinde (Cortex), ist aber auch innen in Form von Kernen vorhanden. Die Zonen der Großhirnrinde werden als Rindenfelder bezeichnet.
Die weiße Substanz befindet sich im Inneren der Großhirnhälften und zwischen den beiden Hälften als Verbindungsbrücken.
Die Großhirnrinde ist 2 bis 4 mm dick und enthält etwa 16 bis 18 Milliarden Neuronen. Erfahre mehr!
SEITENANSICHT
tiefe Furche
Stirnlappen
Scheitellappen
Hinterhauptslappen
Schläfenlappen
SICHT VON OBEN
Hirnwindungen Längsspalte
Abb. 10 Äußerer Bau der Großhirnhälften
Um wie viel ist die Oberfläche der Großhirnhälften aufgrund der Furchen und Hirnwindungen vergrößert? Anwendungen
weiße Substanz
Hohlraum mit Liquor
Abb. 11 Großhirnhälften: Schnitt in der Frontalebene weniger tiefe Furchen
äußere graue
Substanz (Großhirnrinde)
graue Substanz im Inneren
VORNE
VORNE
Kleinhirn
Lage
Das Kleinhirn befindet sich im hinteren Teil des Gehirns und wird größtenteils von den Großhirnhälften bedeckt. Es ist mit dem Hirnstamm verbunden.
Äußerer Bau
Das Kleinhirn (Abb. 12) besteht aus zwei großen Teilen, den Kleinhirnhälften, und einem Mittelstück, das die beiden Kleinhirnhälften verbindet. Die Oberfläche des Kleinhirns wird von zahlreichen parallelen Furchen unterschiedlicher Tiefe durchzogen.
Innerer Bau
Die graue Substanz befindet sich sowohl außen als Kleinhirnrinde, aber auch im Inneren in Form von Kleinhirnkernen
Die weiße Substanz befindet sich im Kleinhirn zwischen Rinde und Kernen.
Hirnstamm
Lage
Der Hirnstamm (Abb. 13) liegt unter dem Großhirn, vor dem Kleinhirn und über dem Rückenmark.
Äußerer Bau
Er besteht aus drei Abschnitten, die durch Nervenfasern mit den anderen Komponenten des Gehirns verbunden sind.
Innerer Bau
Die graue Substanz befindet sich im Hirnstamm in Form von Kernen.
Die weiße Substanz befindet sich an der Außenseite des Hirnstamms und zwischen den Kernen der grauen Substanz.
Merke dir!
Das Gehirn besteht aus dem Großhirn, dem Kleinhirn und dem Hirnstamm. Das Großhirn und das Kleinhirn haben außen graue Substanz in Form von Rinde. Alle drei Teile haben im Inneren graue Substanz in Form von Kernen.
Mittelstück
Abb. 12 Kleinhirn
Anwendungen
Wenn man weiß, dass 10 % der Gehirnmasse das Kleinhirn ausmachen, berechne die Masse des menschlichen Kleinhirns.
Erfahre mehr!
Die Kleinhirnrinde hat eine Fläche von ca. 1000 cm².
oberer Abschnitt mittlerer Abschnitt (Brücke)
Unterer Abschnitt (Verlängertes Mark)
Abb. 13 Hirnstamm
Erfahre mehr!
Jeder Abschnitt sieht anders aus; z. B. ist der mittlere (die Brücke) wie ein horizontaler Streifen angeordnet, während der untere (das Verlängerte Mark) eher der Zylinderform des Rückenmarks ähnelt. Zehn der zwölf Hirnnervenpaare sind mit dem Hirnstamm verbunden.
Kleinhirn Hirnstamm
Kleinhirnhälften
Rückenmark
Lage
Das Rückenmark befindet sich im Wirbelkanal der Wirbelsäule. Das Rückenmark ist kürzer als der Wirbelkanal, da es langsamer wächst als die Wirbelsäule.
Äußerer Bau (Abb. 14)
Das Rückenmark ist zylinderförmig, vorne und hinten leicht abgeflacht, hat einen Durchmesser von ca. 1 cm und Längsfurchen. Bei Erwachsenen beträgt die Länge des Rückenmarks 43–45 cm.
Das Rückenmark ist in fünf Abschnitte unterteilt, deren Namen mit den Regionen der Wirbelsäule identisch sind: Hals-, Brust-, Lenden-, Kreuz- und Steißabschnitt. Hals- und Lendenabschnitt sind verdickt, weil die komplexeren Bewegungen der Gliedmaßen durch die stärker entwickelten Nervenzentren in dieser Region gesteuert werden.
Im unteren Teil verlängert sich das Rückenmark zu einem Endfaden, der an die letzten Paare der Spinalnerven grenzt und zusammen mit denen den „Pferdeschweif“ bildet.
Innerer Bau (Abb. 15)
Der innere Aufbau des Rückenmarks lässt sich im Querschnitt leicht betrachten. Die graue Substanz bildet im Rückenmark eine Säule, die im Querschnitt die Form eines Schmetterlings hat. Die weiße Substanz befindet sich außerhalb der grauen Substanz und besteht aus Nervensträngen, die wiederum aus Bündeln von Nervenfasern gebildet sind.
Praktische Arbeit
Mikroskopische Beobachtungen
Halsabschnitt
Halsschwellung
Brustabschnitt
Lendenabschnitt Kreuzabschnitt
Lendenverdickung
Steißabschnitt
Pferdeschweif
Abb. 14 Rückenmark und Rückenmarksnerven
Wirbel
Beobachte das mikroskopische Präparat mit dem Querschnitt durch das Rückenmark. Vergleiche das, was du siehst, mit dem nebenstehenden Bild. Zeichne eine Skizze des betrachteten Bildes ins Heft. Beachte die wesentlichen Details bei der Beschreibung der Zeichnung, die von außen nach innen den Schutz des Rückenmarks, die sichtbaren Furchen und die beiden Nervensubstanzarten aufzeigt.
weiße Substanz
Rückenmarksnerv
graue Substanz
Wirbelkanal
Rückenmark
Abb. 15 Rückenmark – Lage und Struktur
Übungen
I. Wähle die richtige Antwort aus.
1. Das ZNS:
a. befindet sich im Inneren einer knöchernen Struktur; b. wird von der Hirnhaut geschützt; c. wird vom Liquor umgeben; d. alle Varianten sind korrekt.
2. Zur Lage der Organe des ZNS ist richtig:
a. das Kleinhirn liegt hinter dem Rückenmark; b. der Hirnstamm liegt vor dem Kleinhirn; c. das Rückenmark befindet sich über dem Hirnstamm; d. das Großhirn ist unterhalb des Kleinhirns.
3. Zur äußeren Struktur des ZNS gilt:
a. das Großhirn besteht aus zwei völlig getrennten Gehirnhälften; b. das Kleinhirn besteht aus zwei Kleinhirnhälften, die durch eine Längsspalte voneinander getrennt sind; c. der Hirnstamm hat drei Abschnitte; d. das Rückenmark hat fünf verdickte Abschnitte.
4. Wähle anhand der zusätzlichen Informationen die richtige Aussage aus: a. die Großhirnrinde hat eine Fläche von 1 000 cm2; b. die Kleinhirnrinde hat 2 200 cm2; c. die Großhirnrinde hat Milliarden Neuronen; d. die Kleinhirnrinde ist 2–4 mm dick.
II. Verknüpfe die Begriffe in beiden Spalten. In Spalte B bleibt ein Element nicht zugeordnet.
1. Ordne die Begriffe in Spalte A den Namen in Spalte B zu, um den Gehirnschutz zu identifizieren:
Spalte A Spalte B
1. knöcherner Schutz
2. häutiger Schutz
3. flüssiger Schutz
a. Hirnhäute mit drei Schichten
b. Schädelkapsel
c. Gehirn-Rückenmarksflüssigkeit (Liquor)
d. Wirbelsäule
2. Ordne die Komponenten in Spalte A ihrer Rolle in Spalte B zu, um den äußeren Aufbau des Großhirns zu beschreiben:
Spalte A Spalte B
1. Längsspalte
2. tiefe Furchen
3. weniger tiefe Furchen
a. grenzen die Großhirnlappen ab
b. trennt die beiden Großhirnhälften
c. trennt die beiden Kleinhirnhälften
d. grenzen die Hirnwindungen ab
III. Übertrage folgende Tabellen ins Heft und vervollständige sie mithilfe der Ausfüllvorlagen.
1. Vervollständige folgende Tabelle, um die äußere Struktur der Organe des ZNS zu beschreiben:
Organe des ZNS Äußerer Bau Großhirn
Rückenmark leicht abgeflachter Zylinder bestehend aus fünf Abschnitten, davon zwei verdickt
2. Vervollständige die nachstehende Tabelle, um die Lage der grauen Substanz in der Struktur des ZNS zu beschreiben:
Organe des ZNS Außenseite des Nervenorgans Im Inneren des Nervenorgans Großhirnrinde
Hirnstamm
Kerne
fehlt
fehlt
Übungen
IV. Beschreibe den Aufbau des Rückenmarks und beantworte folgende Fragen.
1. Welches sind die fünf Rückenmarksabschnitte?
2. Welches sind die zwei dicksten Abschnitte des Rückenmarks? Warum sind diese Abschnitte stärker entwickelt?
3. Was stellt der Pferdeschweif dar?
V. Löse folgende Aufgaben, indem du die zusätzlichen Informationen über das ZNS verwendest.
1. Berechne anhand der Informationen über die chemische Zusammensetzung der Nervensubstanz und über die Masse des Gehirns die Menge der Lipide im Gehirn.
2. Berechne das Volumen der Großhirnrinde.
I. Praktische Tätigkeit
Erstelle aus Plastilin oder anderen Modelliermaterialien ein Modell des menschlichen Gehirns, wie in Abbildung A dargestellt. Du kannst dieses Modell in ein Puzzle verwandeln. Diskutiere mit den Mitschülern die Namen der sechs Komponenten.
II. Praktische Tätigkeit in Schülergruppen
Benötigte Materialien: Plastilin oder zweifarbige Modelliermasse und Metallgarn, Marker, Etiketten, Polystyrol.
Bildet Gruppen, vorzugsweise zu je 5 Schülern. In jeder Gruppe formt jeder Schüler eines der im Bild B von 1 bis 5 vermerkten Elemente und notiert mit Buchstaben oder Zahlen die beiden Arten von Nervensubstanzen in jedem Element. Jede Gruppe setzt die Elemente zusammen und erhält ein Modell der Struktur des ZNS, ähnlich dem im nebenstehenden Bild. Das Modell kann man auf einer Halterung fixieren. Verwendet Etiketten oder Haftzettel um eine Beschriftung des ZNS-Modells zu erstellen.
Vergleicht die Modelle, korrigiert die Fehler und beantwortet mündlich oder schriftlich folgende Fragen:
• Welche Komponenten des ZNS bestehen aus zwei Hämisphären?
• Welches sind die Komponenten des ZNS, die außen graue Substanz aufweisen? Welchen Namen trägt die graue Substanz, die sich außen befindet?
• Welche Komponenten des ZNS haben im Inneren graue Substanz?
Erinnere dich!
B.
Peripheres Nervensystem (PNS)
Welche Bestandteile hat das PNS?
Welches sind die Bestandteile der Neuronen?
Welche funktionellen Arten von Neuronen kennst du?
Das periphere Nervensystem besteht aus Nerven und Nervenganglien. Die Nerven sind mit den Organen des ZNS verbunden. Entlang der Nerven können Ganglien liegen.
Die Nerven sind Organe, bestehen aus Fortsätzen der Neuronen (mit oder ohne Myelinscheide), die zu Bündeln zusammengefasst sind. Die Nerven und Nervenbündel sind von Hüllen umgeben und haben Blutgefäße, die sie ernähren.
Erinnere dich!
Betrachte in Abb. 16 die Komponenten eines Nervs. Denke an die Unterschiede zwischen Myelinfasern und myelinfreien Fasern.
Erfahre mehr!
Nervenganglien bestehen aus den Zellkörpern der Neuronen. Sie liegen entlang der Nerven. Je nach Aufgabe können die Nervenganglien sensibel oder vegetativ sein.
Anwendungen
Betrachte Abb. 17
Mit welchem Organ des ZNS ist dieser Nerv verbunden? Welche Nervenart ist im Bild seiner Lage nach dargestellt? Welcher Neuronentyp hat Fortsätze in diesem Nerv? Was für ein funktioneller Nerventyp ist der Nerv im Bild?
Abb. 17 Arten von Nervenganglien
Rückenmarksnerv
Blutgefäß
Nervenbündel
Nervenfaser ohne Myelin
Nervenfaser
Nervenfaser mit Myelin
Abb. 16 Struktur eines Nervs
Je nach Lage können die Nerven Hirnnerven (12 Paare) oder Rückenmarksnerven (31 Paare) sein. Die Hirnnerven sind mit dem Gehirn, die Rückenmarksnerven mit dem Rückenmark verbunden. Je nach Aufgabe können die Nerven sensorisch (sensibel), motorisch oder gemischt sein. Die gemischten Nerven enthalten afferente und efferente Nervenfasern. Die afferenten Fasern sind die sensorischen und sensiblen Fasern, die die Nervenimpulse aus verschiedenen Organen zum ZNS bringen. Die efferenten Fasern leiten Befehle zu den Muskeln und zu den Drüsen, die den Befehl ausführen. Diese Organe werden Effektoren genannt.
Rückenmarksnerv
vegetatives Ganglion
Hirnnerven
Die Hirnnerven (Abb. 18) bestehen aus 12 (mit römischen Ziffern von I bis XII durchnummerierten) Paaren, von denen zehn Paare (Paare III–XII) mit dem Hirnstamm verbunden sind. Jedes Paar hat mindestens einen eigenen Namen, der normalerweise auf innervierte Organe hinweist. Die Namen der Hirnnerven findest du in der Abbildung unten. Je nach ihrer Rolle sind die Hirnnerven sensorisch (drei Paare), motorisch (fünf Paare) bzw. gemischt (vier Paare).
Anwendungen
Beachte die Richtung der Pfeile in Abb. 18, welche die Richtung der Nervenimpulse durch die Hirnnerven angibt.
Identifiziere die sensorischen Nervenpaare.
Welche Organe werden von diesen Nerven innerviert?
Identifiziere die Paare motorischer Nerven.
Welche Organe werden von diesen Nerven gesteuert?
Warum werden manche Organe von unterschiedlichen Fasertypen innerviert?
Wieso gibt es gemischte Nerven, jedoch keine gemischten Nervenfasern?
Wörterbuch
glossa = Zunge oculus = Auge
III – Augenbewegungsnerv
Abb. 18 Hirnnerven I – Riechnerv II – Sehnerv
XII – Unterzungennerv
VI – Augenabziehnerv XI – Beinerv
IV – Augenrollnerv
V – Drillingsnerv
VII – Gesichtsnerv
VIII – Hör- und Gleichgewichtsnerv
IX – ZungenRachennerv
X – Vagusnerv
Rückenmarksnerven
Es gibt 31 Paare gemischter Rückenmarksnerven. Diese Paare werden nach den Abschnitten des Rückenmarks benannt und sind in jedem Abschnitt (von oben nach unten) nummeriert. Es gibt acht Halsnervenpaare, zwölf Brustnervenpaare, fünf Lendennervenpaare, fünf Paar Sakralnerven und ein Paar Steißbeinnerven. Jeder Abschnitt des Rückenmarks steuert einen bestimmten Bereich des Körpers durch die entsprechenden Rückenmarksnerven (Abb. 19). In einigen Abschnitten bilden Rückenmarksnerven Nervengeflechte, die als Nervenplexus bezeichnet werden.
Erfahre mehr!
Die Spinalnerven treten aus dem Wirbelkanal zwischen den Wirbeln aus. Wie du bereits erfahren hast, sind im unteren Teil des Wirbelkanals die Spinalnerven an der Bildung des „Pferdeschweifs“ beteiligt.
Spinalganglien
Stamm des Rückenmarksnervs
vegetatives Ganglion
Äste
vordere Wurzel hintere Wurzel
Abb. 20 Komponenten des Rückenmarksnervs
Anwendungen
Betrachte Abb. 20 und gib an, welche Arten von Organen von Spinalnerven innerviert werden.
Merke dir!
Das periphere Nervensystem besteht aus Nerven und Nervenganglien. Je nach Lage kann es sich bei den Nerven um Hirnnerven (12 Paare) und Spinalnerven (31 Paare) handeln. Entsprechend ihrer Rolle sind Nerven sensorisch (sensibel), motorisch oder gemischt. Alle Rückenmarksnerven sind gemischt.
Halsnerven
Brustnerven Lendennerven
Sakralnerven
Abb. 19 Bereiche, von Rückenmarksnerven innerviert
Anwendungen
Betrachte Abb. 19. Welche Körperbereiche werden von den Halsnerven innerviert? Aber welche von Brust-, Lenden- und Sakralnerven? Das Steißbeinnervenpaar innerviert den Steißbeinbereich.
Spinalnerven bestehen aus drei Arten von Komponenten:
• zwei Wurzeln (hintere und vordere);
• ein gemischter Stamm;
• mehrere Äste.
Erfahre mehr!
Abb. 20 zeigt die Fasern in den Komponenten der Spinalnerven. Afferente (aufsteigende) Fasern von Spinalnerven sind sensorische Fasern, die in der hinteren Wurzel, im Nervenstamm und in den Ästen vorhanden sind. Efferente (absteigende) Fasern sind in der Vorderwurzel, im Spinalnervenstamm und in den Ästen vorhanden.
Übungen
I. 1. Wähle die richtigen Ausssagen aus. Korrigiere die falschen Aussagen im Heft.
a. Das periphere Nervensystem besteht aus Rückenmarksnerven und Rückenmark.
b. Die Nervenganglien liegen entlang der Nerven.
c. An den motorischen Nervenfasern können sensorische Nervenganglien vorkommen.
2. Ordne die Nerventypen in Spalte A den Informationen in Spalte B zu:
Spalte A
1. Sensible/sensorische Nerven
2. Motorische Nerven
3. Gemischte Nerven
Spalte B
a. enthalten nur afferente Fasern
b. enthalten afferente und efferente Fasern
c. enthalten nur efferente Fasern
3. Ordne die Nervenfasertypen in Spalte A ihrer Rolle in Spalte B zu:
Spalte A
Spalte B
1. Sensible/sensorische Fasern a. leiten den Befehl zu den Eingeweiden
2. Motorische Fasern b. leiten den Befehl zu den Skelettmuskeln
3. Vegetative Fasern
c. leiten Informationen zum ZNS
II. Beantworte anhand der zusätzlichen Informationen folgende Fragen.
1. Welche Art von Nervenfasern sind in der Hinterwurzel des Rückenmarksnervs?
Welche aber in der Vorderwurzel? Weshalb ist der Stamm des Rückenmarksnervs gemischt?
2. Welche Nervenpaare innervieren die Sinnesorgane des Kopfes?
Welches gemischte Nervenpaar innerviert die Eingeweide der Brust- und Bauchregion?
3. Welche Auswirkungen kann die Zerstörung der folgenden Strukturen im PNS haben, wenn man weiß, dass sich Nervenfasern regenerieren können, Neuronenkörper jedoch nicht?
a. die vordere Wurzel der Lendennerven; c. der Stamm der Lendennerven; b. die hintere Wurzel der Brustnerven; d. Nervenganglien.
Praktische Tätigkeit
Arbeitet zu zweit. Auf Abb. 21 bestimmt die Lage der Nerven, welche die oberen Gliedmaßen innervieren. Bei jedem Paar misst ein Schüler mit einem Zentimetermaßband die Länge des Nervs, der die Haut des kleinen Fingers der rechten Hand des Partners versorgt. Dann tauscht die Rollen.
Vergleicht die ermittelten Werte eurer eigenen Nerven mit den Werten eurer Mitschüler. Wie werden sich diese Werte in den nächsten Jahren verändern? Formuliert eine Schlussfolgerung.
Abb. 21 Blutgefäße und Nerven in den oberen Gliedmaßen
Blutgefäße
Nerven
Erinnere dich!
Funktionen des Nervensystems
Welche Organe bilden das ZNS und das PNS? Welche Verbindung besteht zwischen den Rückenmarksnerven und dem Rückenmark, welche zwischen den Hirnnerven und dem Gehirn? Welche Nervenfaserarten haben die Spinalnerven? Welche Arten von Nervensubstanzen gibt es im ZNS?
Die Funktionen des Nervensystems ermöglichen die Anpassung des Körpers an den Lebensraum und die Kontrolle über die anderen Organe des Körpers. Die Ausübung dieser Funktionen erfolgt durch die Organe des ZNS und des PNS.
Anwendungen
Analysiere die Aktionen und Empfindungen, die in deinem Körper auftreten, wenn du mit einem schädlichen Reiz (z. B. den Stacheln eines Kaktus) in Kontakt kommst.
Wie ist es zum Kontakt zwischen Haut und Reiz gekommen? Was hast du gefühlt? Wie hat dein Körper auf diesen Kontakt reagiert?
In Abb. 22 sind einige der Nervenkomponenten dargestellt, die an der Ausführung von NS-Funktionen beteiligt sind. Die Bewegung, die zum Kontakt mit dem Reiz und zur Bildung des Schmerzempfindens geführt hat, wurde durch die Leitfunktion des NS erreicht.
Die Eingabe der von der Haut empfangenen Informationen hat auch zu einer Rückzugsreaktion der Hand geführt, um sich vom schädlichen Reiz zu entfernen. Dieser Nervenweg (von der Haut zu den Muskeln) bildet den Reflexbogen, der die Reflexfunktion des NS realisiert.
Erfahre mehr!
Die Leitfunktion übernehmen überwiegend Nervenfasern aus der weißen Substanz des ZNS, die in auf- und absteigenden Bündeln gruppiert sind.
Reflexbogen
Rezeptor
Großhirnrinde
Abb. 22 Funktionen des Nervensystems Effektor Antwort
Rückenmark
Der Reflexbogen ist die anatomische Grundlage des Reflexes und besteht aus fünf Komponenten: Rezeptor, afferente Bahn, Reflexzentrum, efferente Bahn und Effektor.
Erfahre mehr!
Bestandteile des Reflexbogens:
1) Rezeptor, der sich in den Sinnesorganen, aber auch in anderen Organen (Skelettmuskeln, Eingeweide) befindet; empfängt den Reiz und verwandelt ihn in einen Nervenimpuls.
2) Afferente Bahn besteht aus afferenten (sensiblen/sensorischen) Fasern der Nerven und leitet den Nervenimpuls vom Rezeptor zum ZNS.
3) Reflexzentrum befindet sich in der grauen Substanz des ZNS und wandelt den Nervenimpuls in einen Befehl um. Im Reflexzentrum „schließt” sich der betreffende Reflex.
4) Efferente Bahn besteht aus efferenten (motorischen) Fasern der Nerven und leitet den Befehl vom ZNS zum Effektor.
5) Effektor wird durch Muskeln und Drüsen dargestellt, hat die Aufgabe, den Befehl des ZNS auszuführen: Kontraktion oder Drüsensekretion.
Reiz
Reiz
Reflexe lassen sich nach mehreren Kriterien klassifizieren:
Klassifizierungskriterium der Reflexe Kategorien von Reflexen
Kortikale Reflexe (Reflexzentrum befindet sich in der Großhirnrinde.)
Lage des Reflexzentrums
Art des Effektors
Auftreten
Anwendungen
Subkortikale Reflexe (Reflexzentrum befindet sich im Gehirn, aber nicht in der Großhirnrinde.)
Rückenmarksreflexe (Reflexzentrum befindet sich im Rückenmark.)
Somatische Reflexe (Effektor ist der Skelettmuskel.)
Vegetative Reflexe (Effektor sind Herz, glatte Muskeln oder Drüsen): sympathische (für ungewöhnliche Situationen) und parasympathische (für gewöhnliche Situationen)
Verwende die Einteilungskriterien der Tabelle oben, um den in Abb. 22 dargestellten Reflex zu beschreiben. Wo befindet sich das Reflexzentrum im ZNS? Welche Art von Effektor führt den Befehl aus? Handelt es sich um einen erlernten Reflex?
Funktionen des Gehirns
Jede Komponente des Gehirns hat ihre eigenen Aufgaben, die ähnlich oder unterschiedlich sein können und sich ergänzen.
Rolle der Großhirnhälften
Die Großhirnhälften haben vielseitige Aufgaben.
Welches sind die Komponenten des Gehirns? Wie ist die graue Substanz in Komponente des Gehirns angeordnet? Erinnere dich!
Die meisten davon gehören zur Großhirnrinde. In der Großhirnrinde sind die Nervenzentren, welche die Bildung von Empfindungen, die Ausarbeitung von Befehlen und andere komplexere Aufgaben erfüllen. Diese kortikalen Zentren sind miteinander, aber auch mit den anderen Abschnitten des ZNS verbunden. Kortikale Reflexe können nach der Art, wie sie zustande kommen, klassifiziert werden: unbedingte Reflexe und bedingte Reflexe.
Unbedingte Reflexe
Bedingte Reflexe sind angeboren erwirbt man durch Übung sind bei allen Menschen gleich sind individuell bleiben ein Leben lang erhalten können durch fehlende Übung verschwinden
Reflexzentren auf jeder Ebene des ZNS, jedoch vorwiegend subkortikal und im Rückenmark
Reflexzentren sind in der Großhirnrinde
Verknüpfungen unbedingter Reflexe bilden Instinkte: Nahrungssuche, Verteidigung, Fortpflanzung usw. Der Ernährungstrieb beinhaltet unbedingte Reflexe wie Kauen, Speichelbildung, Schlucken usw. Das automatische Durchführen der bedingten Reflexe wird durch Wiederholung erreicht. Dynamische Stereotypen sind Reflexketten.
Erfahre mehr!
Die Erforschung der bedingten Reflexe wurde zwischen 1890 und 1900 von Iwan Petrowitsch Pawlow in Russland durchgeführt und etwas später auch auf internationaler Ebene bekannt.
In Abb. 23 ist einer der Hunde in Pawlows Experimenten dargestellt, der nach dem Präparieren im Pawlow-Museum in Russland ausgestellt worden ist. Zur Messung der Speichelsekretion verwendete Pawlow einen Speichelauffangbehälter wie in Abb. 24
Betrachte Abb. 25, um die Phasen der Auslösung von bedingten Reflexen nach Pawlows Forschung zu erkennen.
Pawlow erklärte die Entstehung dieser neuen Reaktion auf den Schallreiz durch die Verknüpfung der Zentren aus der Großhirnrinde während der Reflexbildung nach deren gleichzeitiger Aktivierung. Die Impulse, die im Hörzentrum ankommen, werden auch an das Hirnzentrum weitergeleitet, das die Speichelsekretion steuert. Das Leiten der Impulse erfolgt nicht in entgegengesetzter Richtung vom Speichelzentrum zum Hörzentrum.
Rindenfelder und ihre Rolle (Abb. 26)
Abb. 23 Pawlowscher Hund
Abb. 24 Speichelauffangbehälter
Vor Auslösen des bedingten Reflexes
unbedingter Reiz
Während des Auslösens des bedingten Reflexes
Reize neutraler Reiz kein Speichelfluss unbedingter Speichelfluss
unbedingter Speichelfluss
Nach dem Auslösen des bedingten Reflexes
bedingter Reiz bedingter Speichelfluss
Abb. 25 Stadien in der Entwicklung des konditionierten Reflexes
In der Großhirnrinde gibt es drei Haupttypen von Rindenfeldern: die sensiblen und sensorischen Felder (zur Bildung sensibler und sensorischer Empfindungen), die motorischen Felder (zur Ausarbeitung willkürlicher und unwillkürlicher Befehle) und die Assoziationsfelder (zum Verständnis der gebildeten Empfindungen). Das sensible Feld hat eine große Oberfläche. Hier entstehen taktile, Wärme- und Schmerzempfindungen für den ganzen Körper. In den sensorischen Feldern werden Empfindungen für die Sinnesorgane des Kopfes gebildet: Seh-, Hör-, Geruchs- und Geschmacksempfindungen.
Erfahre mehr!
Die Empfindungen für die rechte Hauthälfte entstehen in der linken Hirnhälfte. Die Steuerung der Muskeln in der rechten Körperhälfte erfolgt über die linke Hirnhälfte.
Die Informationen aus dem Lebensumfeld und die von diesen im Körper ausgelösten Reaktionen bilden das erste Signalsystem, das sowohl bei Menschen als auch bei Tieren vorhanden ist. Die Sprache ist das zweite Signalsystem, für den Menschen spezifisch, da es von Assoziationsfeldern wie dem Zentrum der Artikulation von Wörtern, dem Zentrum des Verstehens der gehörten Wörter, dem Zentrum des Verstehens der geschriebenen Wörter usw. bereitgestellt wird.
Die beiden Signalsysteme, die auf der Übertragung tausender Informationen beruhen, verbrauchen Energie. Zum Schutz vor Erschöpfung weist die Großhirnrinde während des Schlafs Perioden reduzierter Aktivität auf. Somit widerspiegelt sich der Tag-Nacht-Rhythmus (circadianer Rhythmus) im Schlaf-Wach-Rhythmus. Während der Schlafphase reduzieren mehrere Körperorgane ihre Tätigkeit. Die Anzahl der Schlafstunden ist für jede Altersgruppe unterschiedlich. 12- bis 14-Jährige benötigen 7 bis 8 Stunden Schlaf, um den Körper, insbesondere das Nervensystem, wiederherzustellen.
Die menschliche Großhirnrinde ist das Zentrum höherer Nervenprozesse wie Gedächtnis, Lernen, Denken, Kreativität, Bewusstsein usw. Gedächtnis ist die Speicherung von Informationen, die auf verschiedenen sensorischen Bahnen empfangen werden. Deshalb können wir über visuelles, auditives, kinästhetisches Gedächtnis (das Bewegungen beinhaltet) sprechen, die bei jedem Menschen unterschiedlich entwickelt sind und durch Übung trainiert werden können. Je nach Speicherungsdauer der Informationen gibt es das Ultrakurzzeit-, Kurzzeit- und Langzeitgedächtnis. Lernen beruht auf Gedächtnis, ist aber ein diesem überlegener Nervenprozess. Lernen ermöglicht die Verwendung von gespeicherten Informationen, um ähnliche Problemstellungen zu lösen. Denken ermöglicht den Gebrauch von Informationen, die in verschiedenen Situationen gelernt wurden. Kreativität beinhaltet eine höhere Ebene, in der die erlernten Informationen verwendet werden, um neue Dinge zu schaffen. Da die schöpferische Fähigkeit des Menschen nahezu unbegrenzt ist, ist auf der höheren Ebene das Bewusstsein erforderlich. Dies ermöglicht uns, die Auswirkungen dessen, was wir schaffen, vorherzusehen.
Anwendungen
Erfasse das Alter, in dem Menschen aus deinem Umfeld ihre ersten Worte gesprochen haben. Welches waren diese ersten Worte? Welche Gemeinsamkeiten fallen dir auf?
Erfahre mehr!
Die menschliche Spezies ist tagaktiv. Daher entspricht das Wachsein natürlicherweise dem Tag und das Schlafen der Nacht. Während des Schlafs wechseln sich Phasen des Tiefschlafs mit Phasen des Traumschlafs ab. Obwohl während des Schlafs einige Körperfunktionen an Intensität verlieren, können manche Träume diese Funktionen verstärken.
Anwendungen
Welche Veränderungen können bei Menschen auftreten, die nachts aktiv sind? Welche Typen an Aktivität können eine aktive Erholung sichern? Wie äußert sich der SchlafWach-Rhythmus bei Tieren?
Erfahre mehr!
Gedächtnis und Lernen sind auch bei Tieren vorhanden, da die meisten tierischen Verhaltensweisen sowohl die angeborene Komponente (Instinkt) als auch die erworbene Komponente (Lernen) aufweisen. Die Lernfähigkeit ist insbesondere bei Wirbeltieren mit Großhirnrinde vorhanden: Reptilien, Vögeln und Säugetieren.
Anwendungen
In welchen Situationen werden visuelles, auditives und kinästhetisches Gedächtnis getrennt verwendet? In welchen Situationen werden sie zusammen verwendet?
Welche Elemente machen den Unterschied zwischen kurz-, mittel- und langfristig gespeicherten Informationen aus?
In welchen Tätigkeitsfeldern kann sich die schöpferische Leistungsfähigkeit des Menschen äußern?
Rolle des Kleinhirns
Im Kleinhirn befinden sich die Nervenzentren, die die motorischen Funktionen des Körpers regulieren, wie das Gleichgewicht, den Muskeltonus (auch im entspannten Zustand vorhandene Grundspannung der Muskeln) und die Präzision willkürlicher Bewegungen, die von der Großhirnrinde gesteuert werden.
Rolle des Hirnstamms
Erinnere dich!
Welche Organe werden von den Hirnnerven innerviert? Welche Aufgaben haben diese Organe?
Im Hirnstamm befinden sich die Nervenzentren für zahlreiche Vitalreflexe. An der Entstehung der Reflexbögen beteiligen sich auch die mit dem Hirnstamm verbundenen Hirnnerven.
Die vom Hirnstamm sichergestellten Reflexe sind: Atmung, Saugen, Kauen, Schlucken, Speichelbildung, Erbrechen, Husten, Niesen, Schluckauf, Blinzeln, Verengung der Pupillen und Anpassung der Nahsicht. Welche vom Hirnstamm ausgelösten Reflexe haben Skelettmuskeln als Effektoren? Was für Folgen hat die Zerstörung des Hirnstamms?
Anwendungen
Funktionen des Rückenmarks
Das Rückenmark übernimmt die Reflexfunktion und die Leitfunktion, so wie andere Abschnitte des ZNS. Die Reflexfunktion wird von den Nervenzentren in der grauen Substanz des Rückenmarks zusammen mit den Nervenfasern der Rückenmarksnerven ausgeführt. Rückenmarksreflexe sind unwillkürliche, unbedingte Reflexe. Je nach Effektor können die Reflexe somatisch oder vegetativ sein. Die somatischen Rückenmarksreflexe können
Streck- und Beugereflexe sein.
Flexorreflexe, die sich als Beugung einer stimulierten Gliedmaße äußern, werden durch die Einwirkung eines schädlichen Reizes auf die Haut ausgelöst, um den schädlichen Reiz zu entfernen. Die Rolle dieser Reflexe ist der Schutz.
Erfahre mehr!
Jede Aufgabe wird von einem Teil des Kleinhirns erfüllt, sodass eine teilweise Zerstörung des Kleinhirns zu einer Beeinträchtigung führt. Durch die vollständige Zerstörung des Kleinhirns werden alle diese Funktionen beeinträchtigt. Dies wird nach ein paar Monaten ausgeglichen, da die Großhirnhälften weitgehend die Rolle des Kleinhirns einnehmen. Folglich kann der Mensch ohne Kleinhirn überleben.
Die vegetativen Reflexe des Hirnstamms sind parasympathisch und werden in normalen Situationen ausgelöst.
Alle Reflexe des Hirnstamms sind unwillkürlich. Wenn die Effektoren Skelettmuskeln sind, können manche dieser Reflexe auch willkürlich ausgeführt werden, jedoch unter der Kontrolle der Großhirnrinde.
heißer Gegenstand
Schmerzrezeptor afferente Bahn
Effektor
Abb. 27 Reflexbogen beim Beugereflex
Anwendungen
Betrachte Abb. 27. Wo befindet sich der stimulierte Rezeptor? Welche Bestandteile des Spinalnervs bilden die afferente Bahn? Wo befindet sich das Reflexzentrum? Wie viele Synapsen gibt es in der grauen Substanz? Welche Bestandteile des Spinalnervs bilden die efferente Bahn?
Beobachte verschiedene Reflexe, die du unwillkürlich ausführst. Welche Rolle spielen diese Reflexe?
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Streckreflexe werden durch Stimulation einer Muskelsehne ausgelöst und haben die Aufgabe, die Spannung in diesem Muskel aufrechtzuerhalten. Beispielweise besteht der Kniesehnenreflex aus der Streckung des Beins bei Reizung der unteren Sehne eines vorderen Oberschenkelmuskels (Abb. 28). Der Achillessehnenreflex besteht in der Streckung des Fußes bei der Stimulation der unteren Sehne eines hinteren Unterschenkelmuskels (Achillessehne) (Abb. 29). Streckreflexe haben eine Rolle bei der Aufrechterhaltung der Muskelspannung.
Quadrizeps
Oberschenkelknochen
Kniescheibe
Unterschenkelknochen
Untersuchung
1. Nachweis des Kniesehenenreflexes
untere Sehne des Quadrizeps
Wadenmuskel
Fersenknochen Achillessehne
Abb. 28 Kniegelenk Abb. 29 Rückseite des Beins
Die vegetativen Rückenmarksreflexe sind sympathisch und parasympathisch. Die sympathischen Reflexe bereiten den Körper auf ungewöhnliche, anstrengende Situationen vor, mit starken Emotionen (positive oder negative) und möglicherweise gefährlich; z. B.: Vergrößerung der Pupille, Weitsicht, Schwitzen, erhöhte Herzfrequenz (Tachykardie), Kontraktion von Milz und Leber bei körperlicher Anstrengung usw. Parasympathische Rückenmarksreflexe sichern das Wasserlassen und den Stuhlgang. Das Rückenmark steuert auch sexuelle Reflexe, die du im Kapitel über die Fortpflanzungsfunktion kennenlernen wirst.
Der Kniesehnenreflex kann durch Arbeiten zu zweit hervorgehoben werden. In jedem Paar sitzt ein Schüler mit übereinandergeschlagenen Beinen, um den Unterschenkel zu entspannen. Der andere Schüler klopft leicht, vorzugsweise mit einem Spezialhammer unter der Kniescheibe. Man sieht die schnelle Reflexantwort, die Streckung des Beines. Der Reflex kann auch durch Umkehren der Position der beiden Beine überprüft werden, um die Reaktion für die beiden unteren Gliedmaßen zu vergleichen. Durch Vertauschen der Rollen kann die Reflexantwort der beiden Schüler verglichen werden.
Überprüfen des Kniesehnenreflexes
2. Nachweis des Achillessehnenreflexes
Überprüfung des Achillessehnenreflexes
Der Achillessehnenreflex kann durch Reizung der Achillessehne ausgelöst werden. In jedem Paar liegt ein Schüler oder er schlägt die Beine übereinander, wie in der vorherigen Übung, um Muskeln zu entspannen. Mit einem Spezialhammer klopft man leicht auf die Sehne oberhalb der Ferse. Man beobachtet die schnelle Reflexantwort, die Streckung des Fußes. Der Reflex kann auch an der anderen Sehne überprüft werden, um die Reaktion für die beiden unteren Gliedmaßen zu vergleichen. Durch Vertauschen der Rollen kann die Reflexantwort der beiden Schüler verglichen werden.
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Die Mehrheit der Funktionen des NS basieren auf Reflexen, welche die Anpassung des Körpers an äußere und innere Veränderungen ermöglichen. Die Organe, die die vom NS gegebenen Befehle ausführen, sind die Effektoren: Muskeln und Drüsen. Die Rezeptoren, die die Reize empfangen, befinden sich insbesondere in den Sinnesorganen.
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Alle Wirbeltiere haben ein ZNS (Gehirn und Rückenmark) und ein PNS. Abhängig von der Umgebung und dem Lebensstil weisen das Gehirnvolumen und seine Haupthirnkomponenten unterschiedliche Entwicklungsgrade auf. Das Gehirn von Fischen ist klein, aber sie können Geruchs-, Hör- und Gleichgewichtsinformationen effizient verarbeiten und so das Überleben in der Wasserumgebung sichern. Das Amphibiengehirn umfasst stärker entwickelte visuelle Komponenten und ein größeres Kleinhirn zur Koordination der Bewegungen in den beiden Lebensräumen. Das Reptiliengehirn umfasst Großhirnhälften mit einer Großhirnrinde (die bei Fischen und Amphibien nicht entwickelt ist) und sorgt für eine bessere Anpassung an die Umwelt. Vögel haben ein größeres und komplexeres Gehirn als Reptilien, was mit der Fortbewegung durch den Flug, dem komplexen Sozialleben, der Stimmkommunikation und der Betreuung der Jungen zusammenhängt. Säugetiere sind die Wirbeltiere mit dem am weitesten entwickelten Gehirn. Sie verfügen über eine komplexere Großhirnrinde und das Kleinhirn, das die von der Großhirnrinde gesteuerten Bewegungen reguliert.
Übungen
Anwendungen
Beachte das unterschiedliche Verhältnis von Gehirn- zu Kopfvolumen bei den Wirbeltieren in Abb. 30. Welche Faktoren könnten mit diesem Unterschied im Gehirn- Kopf-Verhältnis zusammenhängen?
Abb. 30 Besonderheiten des Gehirns bei Wirbeltieren
1. Wähle die richtigen Aussagen zur Reflexfunktion des Nervensystems aus. Stelle die falschen Aussagen richtig und schreibe sie ins Heft.
a. Zwischen dem Rezeptor und dem Reflexzentrum befindet sich die efferente (motorische) Bahn.
b. Somatische Reflexe haben alle Muskeltypen als Effektoren.
c. Das Reflexzentrum analysiert die Informationen und erarbeitet den Nervenbefehl.
d. Unbedingte Reflexe werden nur von der Großhirnrinde gesteuert.
2. Ordne die Arten der kortikalen Bereiche in Spalte A ihrer Rolle in Spalte B zu. Ein Element in Spalte B wird nicht zugeordnet.
Spalte A Spalte B
1. Sensorische Felder a. Bildung von taktilen und thermischen Empfindungen
2. Motorische Felder b. Bildung von Seh-, Hör-, Geschmacks- und Geruchsempfindungen
3. Gemischte Felder c. Verständnis der Bedeutung der gebildeten Empfindungen
d. Ausarbeitung willkürlicher Befehle
3. Schreibe einen Miniaufsatz, drei bis vier Sätze lang, über die Rolle des Kleinhirns, des Hirnstamms und des Rückenmarks und verwende dabei die Begriffe: Gleichgewicht, Blinzeln, Pupillenverengung, Pupillenerweiterung, Kniesehne, Achillessehne.
Lurch
Kriechtier
Fisch
Mensch
Hund Vogel
SINNESORGANE DES MENSCHEN
Die Sinnesorgane sind auf das Empfangen von Reizen (Informationen) aus der Umwelt zum Erkennen, Anpassen, Verteidigen und Überleben spezialisierte Organe. Die Sinnesorgane enthalten für bestimmte Reize spezialisierte Rezeptoren. Reizinformationen werden von Rezeptoren in Nervenimpulse umgewandelt. Um ihre Hauptfunktion zu erfüllen, sind die Sinnesorgane sensibel/sensorisch innerviert. Die in den Sinnesorganen gebildeten Nervenimpulse werden von den afferenten Nervenfasern des PNS und den aufsteigenden Nervenfasern des ZNS bis zur Großhirnrinde geleitet, wo sich die spezifische Empfindung für jedes Organ bildet. Die Bildung der spezifischen Empfindung wird normalerweise auch von anderen Prozessen begleitet (z. B. manchen Reflexen, welche die Reizaufnahme der Sinnesorgane verbessern). Wie bei anderen Organen erfolgt die Beschreibung der Sinnesorganpaare unter Verwendung der Begriffe im Singular (Auge, Ohr usw.).
Auge und Sehsinn
Das Sehen liefert über 90 % der Informationen über die Umgebung (z. B. über Form, Größe und Farbe der Objekte, ihre Bewegung und den Abstand zwischen ihnen usw.). Zusammen mit anderen Sinnen beteiligt es sich an der Orientierung im Raum. Auch das Aufrechterhalten der Aufmerksamkeit und bestimmte Formen des Gedächtnisses werden durch den Sehsinn ermöglicht.
Das Auge ist ein paariges Organ, bestehend aus dem Augapfel und den Anhangsorganen.
Anhangsorgane des Augapfels sind Schutz- und Bewegungsorgane.
Schutzorgane sind Augenbrauen, Wimpern, Lider, Bindehaut und Tränendrüsen (Abb. 1).
Bewegungsorgane sind die sechs um den Augapfel angeordneten gestreiften Muskeln (Abb. 2). Ein Ende der Muskeln befestigt sich am äußeren Teil des Augapfels und das andere Ende befestigt sich an der Augenhöhle.
Der Augapfel liegt in der Augenhöhle. Er ist fast kugelförmig, mit einem Durchmesser von ca. 2,5 cm und einer Masse von ca. 6 g. Der Augapfel besteht aus Schichten (drei konzentrische Hüllen) und lichtbrechenden Mitteln.
Anwendungen
Beachte in Abb. 2 die Anordnung der sechs Muskeln des Augapfels. Welches Auge ist im Bild dargestellt? Welche Bewegungen macht jeder dieser Muskeln?
Die Bindehaut ist eine dünne, durchsichtige, durchblutete Membran, die die Augenlider auskleidet und die Vorderseite des Augapfels bedeckt. Die Tränendrüse (Abb. 1) sondert Tränen ab, die das Auge schützen, die Oberfläche der Bindehaut feucht halten und Krankheitserreger abtöten.
Tränendrüse
Tränenkanäle
Schichten des Augapfels (Abb. 3)
1. Die äußere Schicht besteht aus Hornhaut (vorne liegend und durchsichtig) und Lederhaut („Weiß des Auges”).
2. Die mittlere Schicht besteht aus Iris, Ziliarkörper und Aderhaut.
• Die Iris (Regenbogenhaut) ist der farbige Teil des Auges. Sie befindet sich vorne in der mittleren Schicht. In der Mitte hat die Iris eine Öffnung, die Pupille. Der Durchmesser der Pupille wird entsprechend der Lichtintensität (und anderer Faktoren) durch Kontraktion der radialen, glatten oder der kreisförmigen Muskeln der Iris geregelt.
• Der Ziliarkörper besteht aus den Ziliarprozessen (die das Kammerwasser absondern) und aus dem Ziliarmuskel. Der Ziliarmuskel ist ein glatter Muskel mit kreisförmigen und radiären Fasern, die an der Linse durch ein Band befestigt sind. Die abwechselnde Kontraktion dieser beiden Muskelfaserarten bewirkt, dass sich die Krümmung der Linse, abhängig vom Abstand zwischen den Augen und dem betrachteten Objekt, ändert, um eine scharfe Sicht zu ermöglichen.
• Die Aderhaut liegt unter der Lederhaut, wird durchblutet und setzt sich vorne mit dem Ziliarkörper fort. Aderhautblutgefäße spielen eine Rolle bei der Versorgung und Regulierung der Augentemperatur.
3. Die innere Schicht (Abb. 4) ist die Netzhaut, eine dünne Membran, die zahlreiche Zellarten enthält, vorwiegend Neuronen. Fotorezeptorzellen sind spezielle Neuronen, die lichtempfindliche Pigmente enthalten (Jodopsin in Zapfenzellen und Rhodopsin in Stäbchenzellen).
Nahe der Augenachse hat die Netzhaut einen Bereich mit einem Durchmesser von etwa 0,4 mm, der als gelber Fleck bezeichnet wird. Im gelben Fleck befinden sich vorwiegend Fotorezeptorzellen mit Zapfen. In seiner Mitte gibt es nur Zapfenzellen, der Bereich, in dem das Bild der betrachteten Objekte scharf ist. Unterhalb des gelben Flecks befindet sich der blinde Fleck, der Bereich ohne Fotorezeptoren, durch den der Sehnerv aus dem Augapfel austritt, um durch die Wand der Augenhöhle in der Schädelkapsel einzutreten. Mit Ausnahme des gelben und des blinden Flecks enthält die Netzhaut überwiegend Stäbchenzellen, sodass diese Fotorezeptorzellen viel größer sind als die mit Zapfen.
Ziliarkörper
Iris
Pupille
Kammerwasser
Hornhaut
Linse
Band
Glaskörper
Lederhaut
Aderhaut
Netzhaut
Gelber Fleck
Blinder Fleck
Sehnerv
Abb. 3 Schnitt durch den Augapfel
Blutgefäße
Die Pupille wird von außen als schwarze Scheibe wahrgenommen. Wie erklärst du die schwarze Farbe der Pupille?
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Die Farbe der Iris ist genetisch bedingt, Kinder können aber auch eine Kombination der Irisfarbe beider Elternteile erben.
Sehnerv
Zapfenzelle für Rot und Blau
Richtung der Lichtstrahlen
Neuronen
Zapfenzelle für Grün
Stäbchenzelle
Aderhaut
Lederhaut
Abb. 4 Struktur der Netzhaut
Lichtbrechende Mittel
Lichtbrechende Mittel sind durchsichtige Medien (flüssig, halbfest oder fest), durch die Lichtstrahlen hindurchtreten und ihre Richtung ändern, um den gelben Fleck zu erreichen. Die lichtbrechenden Mittel des Augapfels sind: Hornhaut, Kammerwasser, Linse und Glaskörper. Die Hornhaut ist das erste lichtbrechende Mittel, das von den Lichtstrahlen durchdrungen wird. Das Kammerwasser wird von den Ziliarprozessen produziert und erneuert, um durchsichtig und klar zu bleiben. Es befindet sich zwischen Hornhaut und Linse, beiderseits der Iris. Die Linse ist bikonvex (beiderseitig gewölbt), elastisch und nicht durchblutet, von einem Band an dem Ziliarmuskel befestigt. Je nach Abstand zwischen Augen und Gegenstand kann dieser die Linse wölben oder abflachen. Der Glaskörper ist eine gallertartige, kugelförmige Substanz, die sich zwischen Linse und Netzhaut befindet und die Kugelform des Augapfels sicherstellt.
Rolle des Auges
Entstehung des Bildes auf der Netzhaut Visuelle Reize sind Lichtstrahlen mit Wellenlängen zwischen 390 und 770 nm. Das Auge empfängt Lichtstrahlen, die von einer Lichtquelle ausgehen oder von Gegenständen reflektiert werden. Die Lichtstrahlen durchdringen die transparenten Schichten des Auges (die Bindehaut und die lichtbrechenden Mittel) und erfahren drei Brechungen: die erste auf der Außenseite der Hornhaut und die anderen beiden auf der Außen- und auf der Innenseite der Linse. Die Lichtstrahlen werden auf die Netzhaut, in den gelben Fleck, projiziert und bilden dort ein reelles (proportionales), verkleinertes und umgekehrtes Bild des betrachteten Objekts (Abb. 5)
Gesichtsfeld
Das Gesichtsfeld ist der mit dem Blick erfasste Raum. Jedes Auge hat sein eigenes Gesichtsfeld, das monokulare Gesichtsfeld. Die Überlappung der beiden Monokularfelder ist das binokulare Gesichtsfeld. Die Gegenstände im Binokularfeld erzeugen auf jeder Netzhaut ein Bild. In der Großhirnrinde werden diese Bilder überlagert. Das binokulare Sehen ermöglicht die dreidimensionale (räumliche) Wahrnehmung von Gegenständen.
Fotorezeption, Weiterleitung durch Nerven und Sehempfindung Lichtstrahlen dringen durch die Netzhaut in die Photorezeptorzellen. In den Zapfen- und Stäbchenzellen wird die Lichtenergie in Nervenimpulse umgewandelt, die den Sehnerv erreichen. Die beiden Sehnerven kreuzen teilweise ihre Fasern im Gehirn. Hinter der Kreuzung werden die Fasern als optische Bahnen bezeichnet und leiten die Impulse zum Gehirn. Die Impulse erreichen schließlich die Großhirnrinde, das Sehfeld, die Hinterseite des Gehirns, wo die visuelle Empfindung entsteht. Aufgrund der Faserkreuzung erhält jedes Sehfeld Informationen von beiden Augen (Abb. 6)
rechtes Gesichtsfeld linkes Auge
Abb. 6 Gesichtsfelder und Sehbahn linkes Gesichtsfeld
rechtes Auge linke
Anwendungen
Welche Veränderungen treten im Gesichtsfeld auf, wenn der linke Sehnerv keine Nervenimpulse mehr weiterleitet? Was aber, wenn der linke Sehtrakt geschädigt ist?
Abb. 5 Projektion des Bildes auf die Netzhaut
Rolle der Zapfenzellen
• enthalten Jodopsin und sichern das Tagsehen (bei hellem Licht);
• ermöglichen das Farbsehen und reagieren empfindlich jeweils auf Rot, Grün oder Blau; ihre gleiche Reizung bestimmt die Wahrnehmung von Weiß, und ihre ungleiche Reizung bestimmt die anderen Farben.
Adaption der Fotorezeptoren
Lichtadaption
• tritt beim Übergang von dunkel nach hell auf, wenn die Zapfenzellen aktiviert werden;
• dauert zwischen einigen Sekunden und einigen Minuten.
Weitere Vorgänge im Gehirn
Auf dem Weg von der Netzhaut zur Großhirnrinde passieren manche Impulse die Nervenzentren und gelangen zurück zum Auge, um dort Reflexe auszulösen. Abhängig von der Intensität der von der Netzhaut empfangenen Lichtstrahlen werden Reflexe der Anpassung des Pupillendurchmessers ausgelöst: Erweiterung der Pupille (wenn das Licht zu schwach ist) und Verengung der Pupille (wenn das Licht zu stark ist) (Abb. 7)
Stäbchenzellen
• enthalten das Pigment Rhodopsin und sichern das Nachtsehen (bei schwachem Licht), ermöglichen die Wahrnehmung der Formen von Objekten;
• ermöglichen das Schwarz-Weiß-Sehen, inklusive von Grautönen; wir sehen schwarz ein Objekt, das Licht vollständig absorbiert.
Dunkeladaption
• tritt beim Übergang von hell nach dunkel auf;
• dauert bis zu 20 Minuten an, da eine Wiederherstellung der Sehpigmente erforderlich ist.
Abb. 7 Regelung des Pupillendurchmessers
Die Nervenzentren steuern auch Änderungen der Linsenkrümmung durch Kontraktion/Erschlaffung des Ziliarmuskels durch Akkommodationsreflexe (Abb. 8), welche die Bündelung der Lichtstrahlen im gelben Fleck sichern, abhängig von der Entfernung zwischen Auge und betrachtetem Objekt. Bei Objekten zwischen 15–20 cm (Nahpunkt) und 6 m (Fernpunkt) vom Auge geht die Linse von maximaler Wölbung zu maximaler Abflachung über. Für Objektentfernungen in diesem Bereich findet eine visuelle Akkommodation statt. Objekte, die näher als 15–20 cm vom Auge liegen, sind nicht mehr scharf zu sehen. Bei Objekten über 6 m ist die Sicht scharf, jedoch ohne Linsenakkomodation.
Anwendungen
Welche Veränderungen treten in der Iris auf, wenn wir in verschiedene Entfernungen schauen?
Sehfehler
Manche Augenerkrankungen beeinträchtigen das Sehvermögen.
Schielen (Strabismus) ist eine Erkrankung der Augapfelmuskulatur. Eine verringerte Kontraktionsfähigkeit eines Muskels verändert die Ausrichtung der Achse des Augapfels so, dass das binokulare Sehen beeinträchtigt wird und Doppeltsehen auftreten kann. Die Erkrankung kann durch Augengymnastik oder in schwereren Fällen durch chirurgischen Eingriff korrigiert werden.
Grauer Star (Katarakt) (Abb. 9) befällt die Linse. Diese verliert ihre Durchsichtigkeit, zumeist aufgrund des Alters. Die Erkrankung wird durch chirurgischen Linsenersatz korrigiert.
normales Auge Auge mit Grauem Star
Abb. 9 Grauer Star (Katarakt)
Astigmatismus (Abb. 10) kann die Hornhaut oder die Linse betreffen, diese können Unebenheiten aufweisen, die eine verzerrte Projektion des Bildes auf die Netzhaut verursachen. Das Gefühl des Doppeltsehens kann auftreten, wenn sich die projizierten Punkte auf der Netzhaut nicht überlappen. Astigmatismus kann mit Zylinderlinsen korrigiert werden, aber auch eine Hornhaut- oder Linsentransplantation ist möglich.
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Astigmatismus kann erblich übertragen werden. Nichtbehandelt kann er zu Schielen führen. Astigmatismus kann auch von anderen Sehstörungen begleitet werden.
Kurzsichtigkeit (Myopie) (Abb. 11) wird zumeist durch eine verlängerte Augenachse verursacht. Die Lichtstrahlen werden vor der Netzhaut gebündelt und das Bild auf der Netzhaut ist verschwommen. Kurzsichtigkeit äußert sich in der Schwierigkeit, in die Ferne zu sehen; und die Tendenz besteht darin, Objekte näher an das Auge heranzuführen. Die Korrektur dieses Sehfehlers erfolgt mithilfe von bikonkaven, divergenten Linsen, welche die Lichtstrahlen auf die Netzhaut lenken.
Weitsichtigkeit (Hyperopie) (Abb. 11) wird zumeist durch eine zu kurze Augenachse verursacht. Die Lichtstrahlen werden hinter der Netzhaut gebündelt und das Bild auf der Netzhaut ist verschwommen. Dieser Sehfehler äußert sich in der Schwierigkeit des Nahsehens, und die Tendenz besteht darin, die vom Auge betrachteten Gegenstände weiter weg zu stellen. Die Korrektur dieses Sehfehlers erfolgt mit bikonvexen Sammellinsen, die die Lichtstrahlen auf der Netzhaut „sammeln“.
AAbb. 11 Korrigierte Kurz- und Weitsichtigkeit ( B)
Alterssichtigkeit (Presbyopie) (Abb. 12) äußert sich wie Weitsichtigkeit. Der Nahpunkt kann sich bis zu 1 m entfernen. Die Ursache ist jedoch die Verringerung der Elastizität der Linse, beginnend mit ungefähr 45 Jahren. Dadurch werden die Lichtstrahlen hinter der Netzhaut gebündelt. Die Korrektur erfolgt wie bei Weitsichtigkeit mit Sammellinsen.
Daltonismus ist eine Farbsehstörung, eine genetisch bedingte Krankheit, die häufiger bei Männern auftritt, welche das farbenblinde Gen von der farbenblinden Mutter oder der Trägerin dieses Gens erben. Die Krankheit äußert sich durch das Fehlen einer Zapfenart (normalerweise für Rot), sodass alle Farben, die Rot enthalten, als verändert wahrgenommen werden (Abb. 14).
Projektaufgabe
Informiere dich, wie ein Sehtest durchgeführt wird. Erstelle ein Poster über die spezifischen Arten von Untersuchungen und die Informationen, welche diese Art der Untersuchung liefern kann.
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Wichtige Bestandteile des Auges sind Iris, Linse (zur Sehakkommodation) und Netzhaut, wo das projizierte Bild in Nervenimpulse kodiert wird, die vom Sehnerv zum Gehirn weitergeleitet werden, wo die Sehempfindung entsteht.
Übungen
I. 1. Gib im Biologieheft die Namen der Bestandteile an, die unter 1–8 im nebenstehenden Bild gekennzeichnet sind. Gib die Bedeutung der mit 9 und 10 gekennzeichneten Pfeile an.
2. Welche der im Bild nummerierten Bestandteile gehören der äußeren und mittleren Schicht an? Welche anderen Bestandteile sind Teil dieser Schichten?
3. Welche der Bildkomponenten sind lichtbrechende Mittel? Welche anderen lichtbrechenden Mitteln enthält der Augapfel? Wo befinden sich diese?
4. Welche Rolle spielen die in 1–8 genannten Bestandteile?
II. 1. Verwende die Informationen aus der Lektion, um Gemeinsamkeiten und Unterschiede festzustellen zwischen:
Abb. 13 Prüfen des Farbsehens
Abb. 14 Die Farben des Regenbogens, wie sie eine Person mit Farbenblindheit sieht.
a. Kurz- und Weitsichtigkeit; b. Weit- und Alterssichtigkeit; c. gesundem Auge und Astigmatismus.
2. Welche Auswirkung kann Alterssichtigkeit auf Menschen mit Kurzsichtigkeit haben?
3. Nenne Beispiele für Krankheiten, die bei folgenden Organen des Auges auftreten: a. Anhangsorgane; b. Hornhaut; c. Linse; d. Netzhaut.
Praktische Arbeit
Beachte die Arbeitsschutzbestimmungen im Biologielabor.
1. Sezieren eines Säugetierauges – Gruppenaktivität
Erforderliche Materialien: Augen von Säugetieren (Rind oder Schaf), Sezierset, Sezierbrett und -schale, Lupe, Nadeln, OP-Handschuhe.
Arbeitsweise: Aus materialökonomischen Gründen kann die praktische Arbeit in Schülergruppen erfolgen. Reinige den Augapfel von Fett, Bindehaut und umgebenden Muskeln. Schneide die Lederhaut kreisförmig ein, schneide sie fächerförmig zu und befestige sie mit Nadeln auf dem Sezierbrett. Unter der Lederhaut kann man die Aderhaut (dunkle Farbe) beobachten. Nach Entfernung der Hornhaut fließt Kammerwasser aus der Vorderkammer. Man kann die Iris und, in der Mitte, die Pupille sehen. Nach Entfernung der Iris sieht man durch die Linse den gelben Fleck, den blinden Fleck und die Blutgefäße der Netzhaut. Nimm die Linse aus dem Augapfel und verwende sie, um zu prüfen, wie die Größe eines Bildes sich ändert abhängig vom Abstand zwischen deinen Augen, der entnommenen Linse und dem betrachteten Bild. Ziehe eine Schlussfolgerung zur Aufgabe der Linse. Nach Entfernung der Linse ist der gallertartige Glaskörper zu sehen; und die Netzhaut kann nach dessen Entfernung beobachtet werden. Vergleiche die Bestandteile des sezierten Auges mit den Bestandteilen in den Abbildungen, die im Lehrbuch oder im anatomischen Atlas dargestellt sind. Du kannst Zeichnungen in verschiedenen Arbeitsschritten der Sezierung am Säugetierauge anfertigen.
2. Darstellung des Pupillenreflexes – Tätigkeit zu zweit
Ein Schüler wird vor eine Lichtquelle gestellt. Für ca. 3 Minuten hält er seine Augen bedeckt (zum Beispiel mit einem Schal). Ein anderer Schüler kann die Veränderung der Pupillen filmen oder fotografieren. Beim Entfernen des Schals schaut der Schüler mit weit geöffneten Augen auf die Lichtquelle. Die nach Abdunkelung zunächst vergrößerten Pupillen werden in wenigen Sekunden umso kleiner je höher die Lichtintensität ist. Die Rollen der beiden Schüler können später vertauscht werden.
3. Bestimmung des Gesichtsfeldes – Tätigkeit zu zweit
In jedem Paar wird ein Schüler untersucht; der andere ist Forscher. Die Rollen können später vertauscht werden. Der Forscher zeichnet an die Tafel die „Windrose“, sodass der Schnittpunkt der Geraden auf Höhe der Pupille seines Partners liegt. Der untersuchte Schüler steht in einem Abstand von 15 cm von der Tafel und schaut mit einem Auge auf den Schnittpunkt der gezeichneten Linien. Das andere Auge wird mit der Hand bedeckt oder mit einem Schal zugebunden. Der Forscher bewegt eine weiße Kreide entlang jeder Linie, die an die Tafel gezeichnet ist, von außen bis zur Mitte. Der untersuchte Schüler schaut immer nur in die Mitte. Sobald er sagt, dass er die Farbe Weiß sieht, markiert der Forscher diesen Punkt an die Tafel. Nachdem die Punkte auf allen Linien der „Windrose“ markiert worden sind, fügt man sie zusammen und erhält ein Polygon, welches das Gesichtsfeld für die weiße Farbe darstellt. Ebenso wird das Gesichtsfeld für das andere Auge bestimmt. Die überlappende Fläche der beiden Gesichtsfelder repräsentiert das binokulare Gesichtsfeld.
4. Bestimmung des Farbsehens – Tätigkeit zu zweit Ähnlich wie in der vorherigen Übung, jedoch mit roter, grüner und blauer Kreide, bestimmen die Schüler das Gesichtsfeld für die jeweiligen Farben. Die Schüler vergleichen die Größe und Form des Gesichtsfelds für Weiß und für die verwendeten Farben. Welches ist das kleinste dargestellte Gesichtsfeld? Welches aber das größte? Die Schüler vergleichen die Diagramme, die sie für verschiedene Mitschüler erhalten haben.
Ohr, Gehörsinn und Gleichgewichtssinn
Das menschliche Ohr (Abb. 15) ist ein paariges Organ seitlich des Kopfes. Die Ohrform wird genetisch bestimmt. Die meisten Bestandteile des Ohres liegen im Inneren eines paarigen Knochens der Schädelkapsel, dem Schläfenbein. Das Ohr ermöglicht zwei Empfindungen: Gehör- und Gleichgewichtssinn. Der Gehörsinn erlaubt uns, uns im Raum zu orientieren, Gefahrenquellen zu identifizieren, durch Sprache und Musik zu kommunizieren. Der Gleichgewichtssinn sorgt dafür, dass wir das Gleichgewicht in Ruhe und in Bewegung halten können.
Das menschliche Ohr besteht aus drei Teilen: Außenohr, Mittelohr und Innenohr. Alle drei Bestandteile spielen eine Rolle im Gehörsinn, während der Gleichgewichtssinn nur im Innenohr beheimatet ist.
Kette der Gehörknöchelchen Innenohr
Ohrmuschel
Hör- und Gleichgewichtsnerv
äußerer Gehörgang
Anwendungen
Mittelohr
Abb. 15 Das menschliche Ohr
Eustachische Röhre
Welche Risiken gibt es, wenn man mit Ohrstöpseln oder Kopfhörern auf der Straße unterwegs ist? Wie kann das Fehlen des Gehörsinns für Schwerhörige kompensiert werden? Haben Menschen mit Hörverlust Probleme, das Gleichgewicht zu halten?
Trommelfell
1. Das Außenohr besteht aus Ohrmuschel und dem äußeren Gehörgang.
• Die Ohrmuschel hat die Form eines Trichters mit zahlreichen Erhebungen und Vertiefungen und mit einer Verlängerung nach unten (Ohrlappen). Sie besteht aus einem mit Haut überzogenen elastischen Knorpel. Sie hat zur Aufgabe, Schallwellen aufzunehmen.
• Der äußere Gehörgang ist ca. 1,5–2,5 cm lang und befindet sich größtenteils im Inneren des Schläfenbeins, ist mit Haut ausgekleidet, welche Härchen und Drüsen hat, die das Ohrenschmalz absondern („Wachs“), beide mit Schutzfunktion, indem sie Verunreinigungen zurückhalten. Er leitet die Schallwellen bis zum Trommelfell, das vibriert.
2. Das Mittelohr ist ein Raum voller Luft im Schläfenbein.
• Die Außenwand (zum Außenohr hin) weist eine Rille auf, in der das Trommelfell befestigt ist. Das Trommelfell ist eine nach innen gewölbte elastische Membran, die Schwingungen vom Außenohr zum Mittelohr überträgt.
• Die Innenwand des Mittelohrs (zum Innenohr hin) hat zwei mit Membranen bedeckte Öffnungen (ovales Fenster und rundes Fenster). Zwischen dem Trommelfell und der Membran des ovalen Fensters befindet sich eine Kette von drei Gehörknöchelchen, die miteinander gelenkig verbunden und durch Bänder und Muskeln an den knöchernen Wänden befestigt sind. Die drei Knöchelchen sind: Hammer, Amboss und Steigbügel (Abb. 16). Sie übertragen die Schwingungen vom Trommelfell auf das ovale Fenster.
• Die Vorderwand des Mittelohrs ist durch einen Kanal (Eustachische Röhre) mit dem oberen Teil des Rachens verbunden (in den sich auch die Nasenhöhlen öffnen). Dieser Kanal gleicht den Luftdruck auf beiden Seiten des Trommelfells aus.
3. Das Innenohr (Abb. 17) befindet sich im Schläfenbein als „Labyrinth“ gestaltete Hohlräume. Der Knochenraum des Innenohrs wird knöchernes Labyrinth und das Innenohr selbst häutiges Labyrinth genannt.
• Das knöcherne Labyrinth enthält eine Flüssigkeit, die Perilymphe, welche sich außerhalb des häutigen Labyrinths befindet.
Das knöcherne Labyrinth besteht aus:
– drei knöchernen Bogengängen, welche in den drei Ebenen des Raumes angeordnet sind und in den knöchernen Vorhof münden;
– dem knöchernen Vorhof, der sich mit der knöchernen Schnecke fortsetzt;
– der knöchernen Schnecke, einem 3 cm langen, spiralförmigen Kanal, wie ein Schneckenhaus.
Der Hammer hat einen Muskel, der zu starke Schwingungen abschwächt. Der Steigbügel hat einen Muskel, der die zu schwachen Schwingungen verstärkt.
Anwendungen
In welchen Situationen ändert sich der Luftdruck auf der Außenseite des Trommelfells? Welche Empfindung entsteht in den Ohren in diesen Situationen? Wie können wir diesen Druckunterschied zwischen Außen- und Innenseite des Trommelfells verringern?
Abb. 16 Gehörknöchelchen
Abb. 17 Innenohr und der VIII. Nerv
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Hammer Amboss
Steigbügel
VIII. Nerv
• Das häutige Labyrinth (Abb. 18) enthält eine Flüssigkeit, die Endolymphe, und besteht aus:
– drei häutigen Bogengängen, die je an einem Ende eine Erweiterung haben, in der sich Gleichgewichtsrezeptoren befinden; diese Rezeptoren haben Sinneszellen mit Härchen, die von einem gelatinösen Kamm (Cupula) umgeben sind;
einem häutigen Vorhof, welcher zwei kleine Bereiche mit Gleichgewichtsrezeptoren hat; diese haben Sinneszellen mit Sinneshärchen. Diese Härchen bedeckt eine gelatinösen Schicht. Darin befinden sich Otolithen (mikroskopische Kalkkörnchen);
– die häutige Schnecke ist spiralförmig. In der häutigen Schnecke befinden sich die Hörrezeptoren; diese haben bewimperte Zellen, welche von einer Membran bedeckt sind.
Hörwahrnehmung
Die akustischen Reize, die das menschliche Ohr empfängt, sind Schallwellen mit einer Frequenz zwischen 20 und 20 000 Schwingungen pro Sekunde (Hz). Einige Schallwellen sind geordnet (Töne), andere nicht (Geräusche).
Die Schallwellen werden von der Ohrmuschel (trichterförmig) erfasst und vom Gehörgang zum Trommelfell geleitet, das vibriert. Die Schwingungen des Trommelfells werden von den drei Knöchelchen übertragen und reguliert, um die Membran des ovalen Fensters zu erreichen. Die Schwingung gelangt im Innenohr erst zur Perilymphe, dann zur Endolymphe und zu den Membranen der häutigen Schnecke und reizt die hier angeordneten Hörrezeptoren.
Von den Hörrezeptoren der häutigen Schnecke geht der Hörnerv aus, der die Impulse zum Gehirn weiterleitet, (sie kommen in der Großhirnrinde an, wo die Hörempfindung entsteht) (Abb. 19)
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gelatinöser Kamm (Cupula)
sensorische Zellen mit Härchen
sensorische Zellen mit Härchen
Membran mit Otolithen
Abb. 18 Rezeptoren fürs Gleichgewicht
Amboss
Hammer
Trommelfell
Perilymphe Steigbügel
Schnecke
Endolymphe ovales Fenster
Abb. 19 Schwingungsübertragung zum Mittelohr und Innenohr
Die Schallfrequenz wird vom Menschen als Tonhöhe wahrgenommen. Die Schallwellen haben auch andere Eigenschaften, zum Beispiel die Amplitude, die wir als Intensität des Schalls wahrnehmen. Die Schallintensität wird in Dezibel (dB) gemessen. Das menschliche Ohr empfängt Geräusche zwischen 0 und 120 dB. Alles, was diese Intensität überschreitet, verursacht Schmerzempfinden und gefährdet das Gehör. Die durch intensive Geräusche verursachte Verschmutzung wird als Lärm oder Lärmbelästigung bezeichnet. Die Schallgeschwindigkeit beträgt 331–340 m/s. So ist das Geräusch des Donners erst zu hören, nachdem wir den Blitz gesehen haben, der durch elektrische Entladung bei Gewitter erzeugt worden ist.
Vestibuläre Empfindlichkeit
Körperhaltung und Ändern der Bewegungsgeschwindigkeit (Verlangsamen, Beschleunigen) stimulieren die Rezeptoren im membranösen Vorhof, indem sie die Otolithen auf die Härchen der Rezeptoren drücken. Rotationsbewegungen des Kopfes oder des ganzen Körpers stimulieren die Rezeptoren an der Basis der Bogengänge, wo die Gelatine, welche die Wimperhärchen bedeckt, durch die Bewegung der Endolymphe verformt wird. Aus den vestibulären Rezeptoren der membranösen Bogengänge und dem membranösen Vorhof verlassen sensorische Fasern den VIII. Hirnnerv, der Impulse zum Gehirn (zum Hirnstamm, dann zum Kleinhirn und zur Großhirnrinde) überträgt. Diese Informationen führen nicht zur Bildung einer Empfindung, sondern zur Auslösung von Reflexen zur Anpassung der Körperhaltung, um das Gleichgewicht in Ruhe und in Bewegung zu halten.
Praktische Arbeit
1. Die Ohrmuschel hat die Aufgabe, Schallwellen einzufangen, die sich durch die Luft ausbreiten. Manche Säugetiere haben große Ohrmuscheln, weshalb sie auch einen sehr entwickelten Hörsinn haben. Überprüfe die Bedeutung der Ohrmuschel mit einem Papiertrichter, den du vor die äußere Öffnung des Gehörgangs hältst. Der Banknachbar soll vor der Trichteröffnung flüstern. Wiederholt den Versuch zu zweit. Vergleiche die Hörintensität durch den Trichter mit jener ohne Trichter.
2. Baue ein Telefon aus Plastikbechern und einer Schnur. Durchbohre die Becher mit einem spitzen Gegenstand und befestige den Faden an beiden Bechern. Haltet den Faden straff und bildet Sender-Empfänger-Paare, um die Schallausbreitung zu erfassen. Wie breitet sich Schall über andere Medien aus?
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Das menschliche Ohr besteht aus zahlreichen Komponenten (Ohrmuschel, Trommelfell, Gehörknöchelchen), die die empfangenen Geräusche weiterleiten, um sie in vom Hörnerv übernommene Nervenimpulse umzuwandeln. Die Hörempfindung entsteht in der Großhirnrinde. Im Innenohr befinden sich außerdem Gleichgewichtsrezeptoren, die für die Korrektur der Körperhaltung in Ruhe und Bewegung sorgen.
Anwendungen
Weshalb sind die drei Bogengänge in die drei Raumrichtungen ausgerichtet? Mache verschiedene Kopf- und Gliedmaßenbewegungen. In welchen Situationen werden die Gleichgewichtsrezeptoren gereizt?
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Bei manchen Menschen kann eine Fahrt mit dem Auto oder Schiff zu einer Überstimulation der Gleichgewichtsrezeptoren führen, was zu „Reisekrankheit“ führt, welche auf das Ungleichgewicht in der Bewegungswahrnehmung zwischen den visuellen und vestibulären Rezeptoren zurückzuführen ist.
Übungen
1. Wie breitet sich Schall über andere Medien aus:
a. Außenohr;
b. Kette aus drei gelenkig verbundenen Knöchelchen;
c. häutiges Labyrinth.
2. Wähle die richtigen Aussagen zum Mittelohr aus. Korrigiere die falschen Aussagen und schreibe sie richtig ins Heft.
a. Die Außenwand des Mittelohrs weist zwei Fenster auf: das ovale und das viereckige.
b. Die Innenwand des Mittelohrs weist eine elastische Membran auf, Trommelfell genannt.
c. Die Verbindung zwischen Mittelohr und Rachen erfolgt durch den äußeren Gehörgang.
3. Ordne die Bestandteile in Spalte A ihrer Aufgabe in Spalte B zu. In Spalte B bleibt ein Element nicht zugeordnet.
Spalte A Spalt B
1. Ohrmuschel
2. Gehörknöchelchen
3. häutige Schnecke
a. sammeln der Schallwellen
b. Entstehung des Nervenimpulses
c. Schwingungsübertragung und -regulierung
d. Ausgleich des Luftdrucks
Nase und Geruchssinn
Der Geruchssinn (Abb. 20) ist ein chemischer Sinn. Seine Rolle ist:
• Wahrnehmung der schädlichen Duftstoffe aus der Umwelt;
• Beurteilen der Nahrungsqualität mit Geruchsund Sehsinn, vor Überprüfen des Geschmacks;
• Anregen der Absonderung von Verdauungssäften;
• Übermitteln von Informationen über Gesundheitszustand, Sauberkeit, persönliche Gewohnheiten;
• beeinflusst Empfindungen, Verhalten; löst angenehme/unangenehme Erinnerungen aus. Die Nase ist sowohl ein Geruchs- als auch ein Atmungsorgan. Mitten im Gesicht lokalisiert bestimmt sie das Aussehen. Ihre Form hängt von der Nasenpyramide (Nasenbein) und vom Nasenknorpel ab. Innen befinden sich die Nasenhöhlen, durch die Nasenscheidewand (Septum) in rechte und linke Nasenhöhle getrennt.
Die 5 cm2 große, gelbliche Riechschleimhaut im oberen, hinteren Teil der Nasenhöhlen spielt bei der Geruchswahrnehmung eine Rolle. Sie enthält die Riechneuronen mit Rezeptorrolle. Die Dendriten dieser Neuronen tragen Cilien, die gasförmige, flüchtige Duftstoffe aufnehmen und in Nervenimpulse umwandeln. Die Axone der Riechneuronen bilden die Riechnerven, die durch einen perforierten Knochen des Schädels (Siebbein) zum Riechkolben auf der Unterseite des Großhirns ziehen. Hier wird die Erregung auf nachgeschaltete Neuronen übertragen, deren Axone den Riechtrakt bilden. Riechnerven und Riechtrakt leiten die Nervenimpulse zum Riechfeld. Das Riechfeld der Großhirnrinde bildet die Geruchsempfindung.
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Bei manchen Menschen kommt eine Nasenscheidewandverkrümmung (Septumdeviation) vor. Dabei weicht die Nasenscheidewand von ihrer normalen, mittigen Form ab und ist stattdessen seitwärts verbogen. Die Form der Nase wird genetisch bestimmt. Sie kann jedoch durch Verletzungen oder Operationen verändert werden.
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• Zu welchen beiden Systemen gehört der Rachen? Welche Rolle hat der Husten- und der Niesreflex? Gibt es zwischen Tränendrüsen und Nase eine Verbindung?
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Außen an den Nasenhöhlen sind die Nasenlöcher. Die Nasenhöhlen sind durch die hinteren Nasenöffnungen (Choanae) mit dem Rachen in Verbindung. An den Seitenwänden der Nasenhöhlen ragen drei Leisten (Nasenmuscheln) ins Innere; nur die oberen Nasenmuscheln sind mit Riechschleimhaut überzogen, die beiden unteren jedoch mit Nasenschleimhaut, die Schleim absondert.
Abb. 20 Wahrnehmung des Geruchs
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Menschen sind Mikrosmatiker, sie haben einen schwach entwickelten Geruchssinn, nicht so wie die meisten Tiere, die Makrosmatiker sind. Ein Mensch besitzt 10 Millionen Geruchsrezeptoren, also zwanzig mal weniger als die Makrosmatiker. Es gibt auch Anosmatiker (ihnen fehlt der Geruchssinn). Die Wale gehören in diese Kategorie.
Anwendungen
Weshalb wird dem Methangas Mercaptan (schwefelhaltig) beigemengt? Wie viel davon wird dem Gas zugesetzt? Welche Reflexe können von unangenehmen Gerüchen ausgelöst oder aber gehemmt werden? Und von angenehm riechenden Duftstoffen?
Der Mensch kann ungefähr 50 Primärgerüche unterscheiden, die in zehn Geruchsklassen unterteilt werden. Zitrus- und Kampherduft gehören zu den aromatischen, der Duft von Früchten zu den ätherischen Gerüchen. Die große Vielfalt der Gerüche entsteht durch Kombinationen der Primärgerüche. Menschen mit sehr gut entwickeltem und geübtem Geruchssinn können 10.000 verschiedene Gerüche wahrnehmen. Wenn ein bestimmter Duftstoff über längere Zeit in der Luft bleibt, gewöhnen sich unsere Geruchsrezeptoren schnell daran, sodass wir ihn nach einiger Zeit nicht mehr riechen. Wir merken aber sofort, wenn ein neuer Geruchsreiz auftritt.
Riechtrakt
Riechnerv
Riechschleimhaut
Anwendungen
Für welche Berufe und Tätigkeiten kann ein sehr gut entwickelter Geruchssinn von Vorteil sein? Wo kommt der feine Geruchssinn mancher Tiere zum Einsatz? Weshalb wird die Geruchswahrnehmung beeinträchtigt, wenn die Nasenschleimhaut leidet? Wieso verändert sich die Geruchswahrnehmung, wenn man weint?
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Die Nasenschleimhaut enthält winzige Zonen, die empfindlich auf flüchtige Stoffe reagieren, die in die Nasenhöhlen gelangen. In diesen Zonen gebildete Nervenimpulse gelangen über Riechnerven zum Gehirn. Dort entsteht die Geruchsempfindung, die eine wichtige Schutzfunktion hat.
Die Geruchsempfindlichkeit kann zeitweilig oder dauerhaft gemindert werden, wenn man Duftstoffe im Übermaß benutzt (Tabak, Parfüm, Medikamente, Drogen), die Nasen- oder Riechschleimhaut durch eine Krankheit zerstört wird oder andere Komponenten der Riechbahn beeinträchtigt werden. Die Riechneuronen können sich in bestimmten Situationen regenerieren. Eine übersteigerte Geruchsempfindlichkeit kann auftreten bei besonderen klimatischen Gegebenheiten (feuchtheiße Luft), aber auch zu gewissen Zeitpunkten (vor oder nach der Menstruation, in der Schwangerschaft usw.). Zum Prüfen der Geruchsempfindlichkeit wird das Olfaktometer eingesetzt. Ein einfaches Olfaktometer besteht aus einer Gummipumpe, mit der man den Duftstoff in der gewünschten Konzentration in die Nase des Probanden sprüht. Die meisten flüchtigen Stoffe können vom Menschen ab einer Verdünnung von 1/106 g/L Luft wahrgenommen werden.
Arbeitsanleitung: Die Schüler bilden Gruppen. Die Materialien werden den Gruppen zur Verfügung gestellt. Die einzelnen Reagenzien, Gewürzpflanzen und Lebensmittel werden durchnummeriert.
1. In jeder Gruppe werden zwei freiwilligen Probanden die Augen verbunden. Jedem Probanden werden die Lebensmittel nacheinander gereicht. Der Proband riecht daran und sagt, welchen Geruch er erkennt. Die Antworten werden in eine Tabelle eingetragen. Je zwei Schüler aus jeder Gruppe messen die für das Erkennen des Geruchs benötigte Zeit mit einer Stoppuhr. Sie notieren, ob der Abstand zwischen Probe und Nase verändert werden musste, um den Geruch zu erkennen. Vergleicht die Ergebnisse der Gruppen miteinander.
2. Man kann auch die Zeitdauer bestimmen, nach welcher der Proband den Geruch nicht mehr spürt, obwohl sich die Duftquelle an unveränderter Stelle befindet. Messt bei einigen Probanden die Zeit, nach der die Gewöhnung an einen bestimmten Geruch eintritt. Was schließt ihr aus diesem Experiment?
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Zunge und Geschmackssinn
Wo ist das Geschmacksfeld lokalisiert? Welche Funktion hat dieses Feld der Großhirnrinde? Welche Rolle haben die motorischen Nervenfasern? Der Geschmackssinn ist ein chemischer Sinn, der für die Beurteilung der Nahrungsqualität nötig ist (Schutzrolle) und die Absonderung der Verdauungssäfte anregt.
Die Zunge ist ein Organ in der Mundhöhle mit verschiedenen Aufgaben, die von ihren Komponenten gesichert werden. Die Zungenmuskeln erlauben das Durchführen der Bewegungen (beim Kauen, Schlucken, Sprechen), die Zungenschleimhaut nimmt Geschmacksreize auf. An der Zungenoberfläche befindet sich die Zungenschleimhaut
Diese weist kleine, verschiedenartig gestaltete Erhebungen auf, die Geschmackspapillen. Jede Geschmackspapille enthält mehrere Geschmacksknospen (mit Geschmacksrezeptoren) (Abb. 22). Die Geschmackspapillen (Abb. 23) haben verschiedene Formen und unterschiedliche Lokalisation:
• Pilzpapillen sind pilzförmig und befinden sich vor allem an der Zungenspitze und am Zungenrand der vorderen Zungenhälfte.
• Blätterpapillen sind parallel zu den seitlichen Rändern des Zungenrückens zu erkennen.
• Wallpapillen liegen am Zungengrund und sind V-förmig angeordnent, sodass die Spitze des V zum Zungengrund zeigt.
Der Mensch besitzt etwa 10.000 Geschmacksknospen. Die meisten befinden sich in den Geschmackspapillen, nur ein kleiner Teil ist im restlichen Mundraum verstreut. Die Geschmacksknospen enthalten epitheliale Rezeptorzellen.
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• Auf der Oberseite der Zunge befinden sich zahlreiche Fadenpapillen (filiform), die keine Geschmacksrolle haben, sondern Tastreize registrieren.
• Da die Zungenmuskeln quergestreift sind, können sie willkürlich betätigt werden, sowohl beim Kauen und Schlucken als auch beim Sprechen. Die wichtigste Aufgabe der Zunge ist die Geschmackswahrnehmung, aber auch Tast-, Temperatur- und Schmerzreize werden von der Zunge registriert.
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Wenn Giftstoffe oder verdorbene Lebensmittel mit der Zunge in Berührung kommen, wird automatisch der Brechreflex ausgelöst. Dies Beispiel zeigt, dass der Geschmackssinn eine Schutzfunktion hat. Durch das Erbrechen werden schädliche Stoffe aus dem Körper entfernt.
Das Verwenden von Gewürzen bei der Zubereitung der Gerichte fördert die Absonderung der Verdauungssäfte. Damit der Geschmack der Lebensmittel wahrgenommen werden kann, arbeiten Geschmacks- und Geruchssinn zusammen. Der Verlust oder die Abschwächung des Geruchssinns verursacht auch eine Minderung der Geschmackswahrnehmung.
Zunge
Geschmacksknospe
Geschmackspapillen
Abb. 22 Zunge, Geschmackspapille und Geschmacksnospe
Abb. 23 Lage und Form der Geschmackspapillen
Blätterpapillen
Fadenpapillen
Wallpapillen
Pilzpapillen
Die Geschmackssinneszellen sind Rezeptoren, die chemische Reize aufnehmen und sie in Nervenimpulse umwandeln, die mithilfe sensorischer Nervenfasern, die drei verschiedenen Hirnnervenpaaren angehören, weitergeleitet werden. So gelangen die Nervenimpulse zum Gehirn und steigen zur Großhirnrinde auf. Die bewusste Geschmacksempfindung entsteht im Geschmacksfeld der Großhirnrinde. Die Geschmackssinneszellen werden von den Schmeckstoffen gereizt. Damit der Schmeckstoff eine Geschmacksempfindung auslöst, müssen mehrere Bedingungen erfüllt sein: die Konzentration des Stoffes muss den Schwellenwert überschreiten, der Stoff muss in Wasser oder Speichel löslich sein, eine gewisse Mindestzeit einwirken und zwischen 10 °C und 35 °C warm sein.
Der Geschmackssinn ist ein adaptiver Sinn. Schon nach wenigen Sekunden tritt die Gewöhnung an einen Schmeckstoff ein (man spürt den Geschmack nicht mehr, obwohl der Schmeckstoff noch vorhanden ist). Ein neuer Geschmacksreiz wird umso stärker wahrgenommen. Einige Sekunden nach dem Verschwinden des Geschmacksreizes, an den man sich gewöhnt hat, sind die Zungenrezeptoren erneut reizbar. Nach dem Einwirken bitterer Schmeckstoffe dauert es länger, bis die Rezeptoren wieder für andere Geschmacksreize empfänglich sind. Die Geschmacksempfindung variiert von Mensch zu Mensch und hängt auch von der Art des Schmeckstoffs und seiner Temperatur ab. In Wasser aufgelöst können süße und salzige Stoffe ab einer Verdünnung von 1/10, saure ab 9/1000 und bittere sogar ab 8/100 000 wahrgenommen werden.
Geschmacksknospen können eine oder mehrere Geschmacksqualitäten registrieren. Man kennt vier Grundgeschmacksrichtungen, die durch Kombination weitere Geschmäcker hervorrufen. Seit einigen Jahren ist umami („köstlich“), als fünfter Elementargeschmack anerkannt. Abb. 24 stellt eine „Karte der Geschmackszonen“ dar, die zeigt, wo die Geschmackseindrücke wahrgenommen werden. Manche Zonen überlappen einander. Süß wird im Bereich der Zungenspitze registriert, salzig an der Spitze und an den Rändern der Zunge, sauer an den Zungenrändern, aber nicht an der Zungenspitze, bitter im hinteren Bereich der Zunge. Umami-Rezeptoren sind auf einer größeren Fläche der Zunge verteilt.
Abb. 24 Verteilung der Geschmacksrezeptoren auf der Zunge
Anwendungen
Wie beeinflusst der Geruchssinn die Geschmackswahrnehmung? Welche anderen Geschmäcker kennst du? Für welche Berufe und Tätigkeiten ist ein gut entwickelter Geschmackssinn vorteilhaft?
An der Zungenoberfläche befinden sich Geschmackspapillen mit Geschmacksknospen, welche auf die Geschmacksreize reagieren (süß, salzig, sauer, bitter). Der Geschmackssinn erfüllt mehrere wichtige Funktionen bei der Ernährung.
Praktische Arbeit
1. Wie auch beim Prüfen des Geruchssinns arbeiten die Schüler in Gruppen. Probanden sollen den Geschmack von Zuckerlösung, Salzlösung, Essig oder Zitronensaft und Grapefruitsaft erkennen. Sie werden gebeten, den Schmeckstoff, der ihre Zungenschleimhaut jeweils berührt, mit verbundenen Augen zu erkennen.
2. In Gruppen kann man die Kartierung der Geschmackszonen bei verschiedenen Probanden durchführen. Mit den oben genannten Schmeckstoffen prüft man, auf welcher Zungenzone die verschiedenen Geschmacksreize wahrgenommen werden und macht eine Skizze der identifizierten Rezeptorzonen. Vergleicht die Ergebnisse der Arbeitsgruppen. Was folgert ihr daraus?
Geschmackspapillen, mikroskopisch
3. Mikroskopie. Beobachte die Struktur der Zungenschleimhaut und der Geschmackspapillen auf Dauerpräparaten aus dem Biologielabor. Zeichne, was du beobachtet hast, und beschrifte die Strukturen mit den passenden Benennungen.
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Haut und Hautsinne
Wo befinden sich Deckepithelien? Welche Bezeichnung trägt ein aus Fettzellen bestehendes Bindegewebe? Welche Art Nervenfasern leiten Informationen von der Haut zum ZNS? Was sind sensorische Rindenfelder?
Die Haut (Cutis) umgibt den Körper als schützende Hülle. Diese geht in Schleimhäute über, welche Hohlorgane auskleiden (zum Beispiel die Nasenschleimhaut und die Mundschleimhaut). Beim Erwachsenen hat die Haut eine Fläche von ungefähr 1,5 m2. Sie ist 2–4 mm dick und wiegt etwa 4 kg. Die Haut besteht aus drei Schichten mit unterschiedlichem Aufbau und verschiedenartiger Dicke: die Oberhaut, die Lederhaut und die Unterhaut (Unterhautfettgewebe). Die Hautanhangsgebilde sind entweder verhornte Strukturen (Haare und Nägel) oder Drüsengebilde (Talg-, Schweiß- und Milchdrüsen).
Die Hautschichten (Abb. 25)
1. Die Oberhaut (Epidermis) befindet sich an der Oberfläche in unmittelbarem Kontakt mit der Umwelt. Sie stellt die dünnste Hautschicht dar. Die Oberhaut ist ein Deckepithel, das keine Blutgefäße enthält. Sie enthält freie Nervenendigungen und andere Rezeptoren. In der Oberhaut unterscheidet man mehrere Zellschichten:
• Die Hornschicht : befindet sich an der Hautoberfläche und besteht aus abgeplatteten Zellen, welche dicht aneinander liegen und Keratin enthalten (ein Eiweißstoff, der die Oberhaut widerstandsfähig macht und das Eindringen mancher Gase und Flüssigkeiten in die Haut verhindert). Die an der Oberfläche befindlichen Zellen sterben ab und werden abgestoßen (Abschilferung).
• Die Keimschicht: liegt in der Tiefe, ist gebildet aus Zellen, die sich ständig teilen und die Oberhaut erneuern. So bleibt die Dicke konstant. In diese Zellen ist das Pigment Melanin eingelagert, welches die Hautfarbe bestimmt, gegen UV-Strahlung schützt und die „Bräunung“ der Haut hervorruft.
2. Die Lederhaut (Dermis) ist ein weiches Bindegewebe, welches Blutgefäße, Hautrezeptoren, Nervenfasern und Hautanhangsgebilde enthält. Dies ist die dickste Schicht der menschlichen Haut. An der Grenze zur Oberhaut zeigt die Lederhaut kleine Ausbuchtungen, die Lederhautpapillen, durch welche die Oberhaut verformt wird. Dadurch entstehen an den Fingerkuppen, Handflächen und Fußsohlen parallel verlaufende Hautleisten, deren Anordnung bei jedem Menschen ein einzigartiges (individuelles) Muster ergibt. Mit einem Farbstoff können die Hautleisten der Fingerkuppen eingefärbt und dann als Fingerabdruck auf Papier übertragen werden.
Oberhaut
Lederhaut
Unterhaut
Haarbalgmuskel
Schweißdrüse Haarwurzel
3. Die Unterhaut (Unterhautfettgewebe) befindet sich unter der Lederhaut und liegt den Muskeln auf. Dieses weiche Bindegewebe besteht vorwiegend aus Fettzellen, enthält Blutgefäße, Hautrezeptoren und Hautanhangsgebilde.
Blutgefäße
Abb. 25 Hautschichten
Die Hautanhangsgebilde
Die verhornten Hautanhangsorgane sind die Haare und die Nägel.
Die Haare wachsen an der Körperoberfläche, insbesondere an einigen Körperstellen (auf dem Kopf und ab der Pubertät auch in den Achselhöhlen und im Schambereich). An den Handflächen und Fußsohlen fehlt die Behaarung. Ein Haar besteht aus der Haarwurzel und dem Haarschaft , an dem ein glatter Muskel ansetzt (der Haarbalgmuskel). Die Haarwurzel ist in die Lederhaut eingesenkt; sie ist mit Nerven versehen und wird von Blutgefäßen versorgt, sodass das Längenwachstum des Haares gesichert wird. Ein Haar wächst etwa 2 mm pro Woche. Der Haarschaft besteht aus verhornten Zellen, die Keratin und Melanin enthalten (Letzteres bestimmt die Haarfarbe; mit der Zeit wird das Melanin durch Luftbläschen ersetzt, die die Haare bei älteren Menschen weiß werden lassen). Der Haarbalgmuskel bewirkt das Aufrichten des Haares. So entsteht eine „Gänsehaut“ bei Kälte oder in besonders bewegenden Momenten. An manchen Körperstellen erfüllen die Haare eine Schutzfunktion. In ungepflegten Haaren können sich Parasiten ansiedeln, die Krankheiten hervorrufen.
Die Nägel bedecken die Oberseite der letzten Finger- und Zehenglieder und sind Hornplatten, die aus der Nagelwurzel und der Nagelplatte bestehen (Abb. 26).
Die Nagelwurzel liegt in einer Hautfalte. Dort gibt es Nervenfasern und Blutgefäße. Die Blutgefäßversorgung sichert das Nagelwachstum. Die Nagelplatte liegt außen, besteht aus verhornten Zellen mit Keratin und dient dem Schutz der Finger und Zehen.
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Die Schweißdrüsen sind schlauchförmig. In der Tiefe der Haut endet die Drüse in einem Knäuel, welches von Blutgefäßen umspannt wird. Das obere Ende des Ausführungskanals der Drüse öffnet sich an der Hautoberfläche in einer Schweißpore, durch welche der Schweiß abgesondert wird. Der Schweiß wird von dem in der Tiefe befindlichen Knäuel (Glomerulus) produziert. Der Schweiß enthält Wasser, Mineralsalze (vor allem Kaliumsalze), Harnstoff, Harnsäure u. a.
Die Drüsengebilde der Haut sind die Schweiß-, Talg- und Milchdrüsen (beim weiblichen Geschlecht entwickelt).
Die Schweißdrüsen sind auf der ganzen Hautoberfläche verteilt; auf der Stirn, in den Achselhöhlen und an den Handflächen besonders zahlreich.
Durch Schwitzen wird überschüssige Wärme aus dem Körper abgegeben (Wärmeregelungsfunktion). Unbrauchbare oder sogar giftige Stoffe werden aus dem Organismus entfernt (Ausscheidungsfunktion). Bei großflächigen Verbrennungen, ab 40 % der Hautoberfläche, ist das Leben des Verletzten in Gefahr, weil sich der Körper mit den eigenen Abbaustoffen vergiften kann. Sogar bei oberflächlichen Verbrennnungen kann dieser Effekt auftreten.
Die traubenförmigen Talgdrüsen (Abb. 27) befinden sich in der Lederhaut und erzeugen den fetten Haartalg (Sebum), der entlang des Haarschafts abgegeben wird und das Haar glänzend und widerstandsfähig macht. Im Gesicht münden die Ausführungsgänge der Talgdrüsen in kleinen Poren. In der Pubertät wird mehr Talg abgesondert als in der Kindheit. Der Talg staut sich, die Poren verstopfen, es erscheinen Mitesser und Pickel (Akne).
Abb. 26 Der Fingernagel
Abb. 27 Talgdrüse
Talgdrüse
Haarwurzel
Nagelwurzel Nagelplatte
Die Funktionen der Haut
• stellt die äußere Hülle des Körpers dar und grenzt diesen gegen die Umwelt ab;
• trägt zur Wärmeregelung bei durch Erweiterung/Verengung der Hautgefäße, isolierendes Unterhautfettgewebe und Schweißverdunstung an der Hautoberfläche;
• hat Ausscheidungs-/Entgiftungsfunktion dank der Abgabe von Toxinen, Mineralstoffen und überschüssigem Wasser durch die Schweißporen der Haut (ca. 100 ml/Tag unter Normalbedingungen, bis zu 1000 ml/Tag bei körperlicher Anstrengung/Hitze);
• Tast- (für Berührung, Druck und Vibration), Temperatur- (Kälte-/Wärmeempfindung), Schmerzsinnesorgan; durch das Erfüllen dieser Aufgaben trägt die Haut zur Anpassung an die Umwelt und zur Vermeidung von Gefahren bei. Die Hautrezeptoren sind in allen Hautschichten verteilt. Der Tastsinn beruht auf Tastrezeptoren, die in allen drei Hautschichten vorkommen. Die Oberflächenrezeptoren nehmen Berührungsreize auf, die tiefer gelegenen Rezeptoren reagieren auf Vibration und Druck. An den Fingerspitzen und an den Lippen sind die Tastrezeptoren zahlreicher und dichter. Sie liefern Informationen über Form, Festigkeit und Gewicht der Gegenstände und beteiligen sich am Erkunden und Kennenlernen der Umwelt. Die Berührungs- und Vibrationsrezeptoren sind schnell adaptierend.
Der Temperatursinn wird von Wärme- und Kälterezeptoren gesichert, die insbesondere in den beiden oberen Hautschichten angesiedelt sind. Die zahlreicheren Kälterezeptoren werden gereizt, wenn die Umgebungstemperatur oder die der berührten Gegenstände niedriger ist als 37 °C (normale Körpertemperatur). Die Wärmerezeptoren werden gereizt, wenn die Temperaturen den Wert der durchschnittlichen Körpertemperatur überschreiten. Über die Thermorezeptoren werden Reflexe ausgelöst, die für die Wärmeregelung nötig sind (Schwitzen, Gefäßerweiterung oder -verengung, Schüttelfrost). Dies führt zu einer zweckentsprechenden Anpassung an die Umwelt.
Der Schmerzsinn wird sowohl durch Stimulation spezifischer Schmerzrezeptoren hervorgerufen als auch durch überstarke Reizung anderer Hautrezeptoren. Mechanische Faktoren (harte, spitze, scharfe Gegenstände), physikalische Faktoren (übermäßiges Einwirken der UV-Strahlen, sehr niedrige/hohe Temperaturen – unter 10 °C oder über 50 °C), chemische Faktoren (stark saure/alkalische Stoffe) und biologische Faktoren (Schmarotzer, z. B. parasitische Gliederfüßer) können Hautschäden verursachen, die eine Reizung der Schmerzrezeptoren hervorrufen. Eine Gewöhnung der Rezeptoren an den Schmerzreiz findet kaum oder gar nicht statt. Der Schmerzsinn hat Schutzfunktion. Er warnt vor schädlichen Faktoren (die zu vermeiden sind) und alarmiert bei Verletzungen und Erkrankungen (die zu behandeln sind).
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Mithilfe der Tastrezeptoren der Lippen können Kleinkinder die Gegenstände erkunden und später wiedererkennen. Die größere Dichte der Tastrezeptoren an den Fingerspitzen ist auch für das Abtasten der Zeichen der Brailleschrift nützlich. Buchstaben, Zahlen, Satzzeichen, mathematische Symbole und Musiknoten werden durch abtastbare Punktmuster dargestellt. Dieses Alphabet, das im 19. Jh. erfunden wurde, wird von Blinden und stark Sehbehinderten benutzt.
Abb. 28 Die Brailleschrift (Blindenschrift)
Projektaufgabe
Identifiziere die für sehbehinderte und blinde Menschen vorhandene Signalisierung in deiner Nähe. Welche Arten der Signalisierung würden das Leben von Menschen mit Sehbehinderungen verbessern? Beziehe dich auf deinen Wohnort.
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Die Haut besteht aus drei Schichten und mehreren Hautanhangsgebilden (Schweißdrüsen, Haare usw.). In den Hautschichten befinden sich Tast-, Wärme- und Schmerzrezeptoren, die für die Wahrnehmung der Umwelt, die Thermoregulation und den Schutz des Körpers sorgen.
Praktische Arbeit
Untersuchung des Tastvermögens
Benötigte Materialien: Tastzirkel mit Spitzen oder zwei spitze Gegenstände (Zahnstocher), Lineal. Vorgehensweise: Die taktile Wahrnehmungsfähigkeit wird mithilfe des Tastzirkels gemessen, dessen Spitzen man auf der Haut aufsetzt. Man ermittelt den kleinsten Abstand, bei dem der Proband zwei separate Berührungen der Haut wahrnimmt. Dieser Abstand stellt die Berührungsempfindlichkeit der jeweiligen Hautzone dar. Verändere den Abstand der Spitzen (zweier Bleistifte oder Zahnstocher) und miss die Empfindlichkeit mit dem Lineal an verschiedenen Körperstellen. Messungen haben ergeben, dass die Zunge am empfindlichsten ist und die kleinste Raumschwelle hat (1,1–2 mm). An den Fingern ist die Empfindlichkeit hoch (2,2 mm an den Fingerkuppen). Die niedrigste Berührungsempfindlichkeit wurde am Rücken festgestellt. Dort ist die Raumschwelle hoch (50 mm an manchen Stellen).
Notiere die Messdaten ins Biologieheft. Vergleiche deine Ergebnisse mit denen der Klassenkameraden. Welche Schlussfolgerung kannst du in Bezug auf die Berührungsempfindlichkeit formulieren?
Untersuchung: in der Klasse
Untersuchung der Temperaturwahrnehmung
Benötigte Materialien: drei Schalen mit Wasser unterschiedlicher Temperatur (20 °C, 30 °C und 40 °C).
Vorgehensweise: Lege für 5 Minuten eine Hand in das kalte Wasser (20 °C) und die andere Hand in das warme Wasser (40 °C). Halte danach beide Hände in das mittelwarme Wasser, dessen Temperatur 30 °C beträgt.
Formuliere eine Schlussfolgerung über die Art, wie der Mensch die Umwelttemperatur wahrnimmt.
Selbstständige praktische Tätigkeit: Hausaufgabe
Ermittle beim Duschen, wie du die Wassertemperatur in verschiedenen Bereichen deiner Haut wahrnimmst. Erwärme die Wassertemperatur oder kühle sie leicht ab und prüfe, wie du diese Veränderung an verschiedenen Stellen deiner Haut wahrnimmst. Formuliere eine Schlussfolgerung über deine eigene thermische Empfindlichkeit und über die Art, wie die Haut entsprechend geschützt werden muss bei Änderungen der Umgebungstemperatur.
Übungen
Beantworte die Fragen mithilfe der Kenntnisse über den Aufbau und die Funktionen der Haut:
1. Wieso wachsen die Haare? Weshalb ist das Ausreißen der Haare schmerzhaft?
2. Wieso empfindet man beim Schneiden der Haare und der Nägel keine Schmerzen?
3. Welche Hautschicht enthält keine Blutgefäße?
4. Welches sind die Drüsengebilde der Haut?
5. Durch welche Strukturen geben die Hautdrüsen ihr Sekret an die Hautoberfläche ab?
6. Welche Hautkomponenten richten die Haare auf? Weshalb kann diese Bewegung nicht willkürlich geschehen?
7. Welche Hautbestandteile beteiligen sich an der Regelung der Körpertemperatur?
SINNESLEISTUNGEN DER WIRBELTIERE
Anpassungen des Sehsinns
Bei allen Wirbeltieren bewirken die Lichtstrahlen Umwandlungen der Sehfarbstoffe in den Sehsinneszellen der Netzhaut. Das Licht wird durch die Brechkraft der transparenten Medien auf die Netzhaut projiziert. Jedoch nicht bei allen Wirbeltieren ist der Sehsinn so wichtig wie beim Menschen. Trotzdem sind auch bei diesen Tieren die biologischen Rhythmen vom Licht abhängig. Je nach Anpassung an die Gegebenheiten der Umwelt gibt es tagaktive und nachtaktive Wirbeltiere.
Nachtaktive Wirbeltiere (zum Beispiel die Katze) weisen spezielle Anpassungen auf: eine größere Anzahl von Stäbchenzellen und eine zusätzliche reflektierende Zellschicht hinter der Netzhaut (Abb. 1). Die Farbwahrnehmung ist je
nach Art unterschiedlich. Hunde sind in der Lage, die Farben Blau und Gelb zu sehen, sie können aber Rot und Grün nicht wahrnehmen. Es wird angenommen, dass Katzen im Blau-Violett-Spektrum und Gelb-Grün-Bereich sehen. Einige Vögel und Insekten sehen ultraviolettes Licht.
Unterirdisch lebende Tiere (zum Beispiel der Maulwurf) oder Höhlenbewohner haben einen schwach entwickelten oder gar fehlenden Sehsinn. Die Farbwahrnehmung variiert von Art zu Art.
Bei den meisten Wirbeltieren befinden sich die Augen seitlich, sodass jedes Auge sein eigenes Gesichtsfeld hat. Man spricht von monokularem Sehen. Nachtraubvögel (Abb. 2) und einige Säugetiere haben die Augen nach vorne gerichtet, sodass die Gesichtsfelder der beiden Augen sich teilweise überlagern.
Die Augäpfel können beweglich sein (Abb. 3) und sichern das Blicken in verschiedene Richtungen. Bei unbeweglichen Augäpfeln muss das Tier die Blickrichtung durch Bewegungen des Halses und des Kopfes ändern (bei den Vögeln).
Die Augenlider schützen die Augen, insbesondere bei Festlandtieren. Einige Fische haben keine Augenlider. Mithilfe der Tränendrüsen gelingt es, die Oberfläche der Augäpfel zu befeuchten.
Nenne Beispiele von Wirbeltieren, die keine Tränendrüsen benötigen.
Abb. 1 Katze – Augen mit reflektierender Zellschicht
Abb. 2 Position der Augen bei Nacht- und Tagraubvögeln
Abb. 3 Bewegliche Augäpfel beim Chamäleon
Anpassungen des Gehörsinns
Das Innenohr kommt bei allen Wirbeltieren vor. Die Gehörschnecke ist umso entwickelter, je höher sich das Tier auf der Leiter der Evolution befindet. Das Mittelohr erscheint bei den Amphibien. Sie haben ein einziges Gehörknöchelchen. Die drei Gehörknöchelchen sind – wie beim Menschen – bei Säugetieren vorhanden. Das Außenohr erscheint bei den Vögeln und besteht nur aus dem äußeren Gehörgang. Säugetiere haben Ohrmuscheln (Abb. 5) mit unterschiedlicher Form und Größe, die durch Muskeln zur Schallquelle orientiert werden. Anpassungen der Haut
Die Haut der Fische trägt Schuppen und weist zahlreiche Schleimdrüsen auf, wodurch die Gleitfähigkeit erhöht wird. Bei den Amphibien ist die Haut dünn, feucht und sehr gut durchblutet, sodass die Hautatmung stattfinden kann. Die Haut der Kriechtiere ist dick und trocken und trägt bei den Eidechsen, Schlangen und Krokodilen Schuppen. Schildkröten haben einen Panzer (aus Rückenund Bauchschild). In der Haut der Vögel stecken Federn und Daunen oder Flaumfedern. Die Haut der Vogelfüße ist im unteren Teil mit Schuppen bedeckt. Bei den Säugetieren trägt die Haut Haare, die ein Fell bilden. Das Fell ist dicker oder dünner – eine Anpassung an die mehr oder weniger niedrigen Temperaturen. Fische haben ein Seitenlinienorgan, damit sie die Richtung der Wasserströmungen feststellen können (Abb. 6). Einige Tiere können Wärmestrahlung wahrnehmen. Schlangen tragen am Kopf Organe, mit welchen sie die von den Beutetieren abgestrahlte Wärme fühlen können, was das Aufspüren der Beute erleichtert.
Anpassungen der chemischen Sinne –Geschmack und Geruch
Der Geruchssinn ist in der Tierwelt nicht nur für das Aufspüren der Beute wichtig. Mithilfe von Duftstoffen markieren die Tiere ihr Territorium, finden Sexualpartner, erkennen ihre Jungen und nehmen die Beutetiere von Weitem wahr. Je nach Tierart ist der Geschmackssinn mehr oder weniger wichtig. Fische haben Geschmacksrezeptoren im Maul, im Rachen, auf den Lippen, den Bartfäden und sogar auf der Haut (Abb. 7). Vögel haben entweder keinen oder einen schwach entwickelten Geschmackssinn. Ein verminderter oder fehlender Geschmackssinn kennzeichnet Tiere, die ihre Nahrung nicht kauen, sondern im Ganzen schlucken.
Erfahre mehr!
Es gibt einige Tiere wie die Wale, die Infraschall wahrnehmen und aussenden. Die Frequenz dieser Schallwellen ist so tief gelegen, dass Menschen sie nicht hören. Andere Tiere wie die Fledermäuse, können Ultraschall wahrnehmen und aussenden (sehr hohe Töne). Die Schlangen hören nicht. Sie können die Vibrationen der Luft nicht wahrnehmen, aber die des Bodens spüren sie.
Abb. 4 Ohr der Eidechse
Abb. 5 Fledermaus mit großen Ohrmuscheln
Abb. 6 Seitenlinie der Fische
Abb. 7 Barteln (Bartfäden) der Fische –sie tragen Tast- und Geschmacksrezeptoren
Erinnere dich!
ENDOKRINE DRÜSEN DES MENSCHEN
• Welches sind die beiden Organsysteme, die für die Steuerung und Regelung nötig sind?
• Wie beeinflussen diese Steuerungssysteme die Lebenstätigkeiten und die Organe des Körpers?
• Welche Art von Botschaften werden übermittelt?
Das endokrine System besteht aus Hormondrüsen. Im Körper des Menschen werden die Hormone von endokrinen Drüsen und gemischten Drüsen abgesondert (Abb. 1). Hormone sind organische Stoffe, die ins Blut abgegeben werden, um zu den Zielzellen transportiert zu werden. Da das Blut zum inneren Milieu des Organismus gehört, nennt man die endokrinen Drüsen auch Drüsen mit innerer Sekretion. Die zu den „ Zielorganen“ transportierten Hormone rufen unterschiedliche Effekte hervor: Wachstum, Entwicklung, spezifische Funktionen der Zielorgane und Stoffwechsel (chemischen Umwandlungen, durch die Stoffe aufgebaut werden oder Energie freigesetzt wird).
Erinnere dich!
Auf welchem Weg gelangen die Hormone vom Herstellungsort zum Zielorgan? Erinnere dich an den doppelten Blutkreislauf des Menschen!
Damit eine ständige Anpassung des Organismus an wechselnde äußere und innere Faktoren stattfinden kann, müssen die endokrinen Drüsen zu jedem Zeitpunkt die passenden Hormonmengen absondern. Damit die feine Abstimmung der Hormonausschüttung gesichert werden kann, muss die Tätigkeit der endokrinen Drüsen gesteuert werden. Wenn zu viel oder zu wenig von einem bestimmten Hormon abgesondert wird, führt dies zur Störung der Funktion der Zielorgane und dem Auftreten endokriner Erkrankungen. Wenn ein Hormon in zu großer Menge abgesondert wird, spricht man von einer Hypersekretion. Man verabreicht Substanzen, die dem Hormon entgegenwirken. Eine ungenügende Ausschüttung eines Hormons bezeichnet man als Hyposekretion. Die Behandlung erfolgt mit synthetisch hergestelltem Hormon.
Hypophyse
Schilddrüse
Thymus
Nebennieren
Bauchspeicheldrüse
Hoden Eierstöcke
Abb. 1 Die endokrinen Drüsen
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An der Oberfläche der Zellen der Zielorgane befinden spezifische Rezeptoren, an die sich die vom Blut transportierten Hormone anheften (Abb. 2) Manche Hormone wirken auf mehrere Zielorgane. Andere Hormone können nur auf ein einziges Zielorgan wirken (ein Beispiel hierfür ist ein glandotropes Hormon der Hypophyse, das nur auf die Schilddrüse wirkt).
Hormon A Hormon B
Zielzelle, auf die das Hormon A wirkt
Zielzelle, auf die das Hormon B wirkt
Zielzelle, auf die sowohl das Hormon A als auch B wirken
Abb. 2 Hormone und ihre Zielzellen
Die medizinische Fachrichtung, die sich mit dem Diagnostizieren und Behandeln der endokrinen Störungen beschäftigt, ist die Endokrinologie Endokrine Störungen können das Aussehen der Betroffenen und bestimmte Organfunktionen verändern. Es ist wichtig, über die Ursache der physiologischen und pathologischen Merkmale der Menschen nachzudenken. So kann man der Diskriminierung kranker Menschen entgegentreten und Vorurteile abbauen.
Projektaufgaben
• Suche Informationen über international anerkannte rumänische Endokrinologen: Nicolae Paulescu, Constantin Ion Parhon, Grigore T. Popa, Ana Aslan. Wie werden ihre Namen heutzutage geehrt? Wo trifft man diese an?
• Finde Informationen über die Hormone, die das Wachstum und die Entwicklung der Pflanzen steuern. Welche wirtschaftlichen und medizinischen Anwendungen könnte das Erforschen dieser Hormone haben?
• Informiere dich und finde heraus, zu welcher Tageszeit die Sekretion der verschiedenen Hormone am höchsten ist. Wie kannst du diese Informationen zur Förderung deiner eigenen Gesundheit nutzen?
• Sammle Informationen über die Folgen des Konsums von Nahrungsergänzungsmitteln, die Hormone enthalten, ohne ärztliche Empfehlung.
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Ausschüttung chemischer Stoffe Oberfläche der Haut
Blut fließt in den Kapillaren
Exokrine Drüse
Hormone werden ins Blut abgegeben
Endokrine Drüse
Abb. 3 Exokrine und endokrine Drüse
Anwendung
Beobachte auf Abb. 3 die Ähnlichkeiten und die Unterschiede zwischen den beiden Drüsenarten. Wohin gelangen die von den endokrinen Drüsen abgesonderten Substanzen? Wo werden die Stoffe gebildet, die von den exokrinen Drüsen sekretiert werden? Wie können sich die beiden Drüsenarten wechselseitig beeinflussen? Welche der beiden Drüsenarten kann eine größere Anzahl von Körperorganen beeinflussen? Weshalb?
Im menschlichen Körper kommen drei Arten von Drüsen vor: endokrine Drüsen (Abb. 1), exokrine Drüsen und gemischte Drüsen. Beachte die in der unten stehenden Tabelle aufgeführten Merkmale der verschiedenen Drüsenarten.
Drüsenarten Merkmale Beispiele
Endokrine
Drüsen
Exokrine
Drüsen
Gemischte
Drüsen
• produzieren Hormone (Stoffe, die ins Blut abgesondert werden und zu den „Zielorganen“ befördert werden);
• bilden das System der endokrinen Drüsen.
• produzieren Sekrete, die duch Ausführungsgänge in die Hohlorgane oder an die Körperoberfläche abgesondert werden;
• sie befinden sich in verschiedenen Organsystemen.
• doppelte Funktion: endokrine und exokrine Sekretion;
• werden dem System der endokrinen Drüsen, aber auch anderen Systemen zugeordnet.
Bauchspeicheldrüse, Keimdrüsen (Eierstöcke und Hoden)
Hypophyse (Hirnanhangsdrüse)
Die Hypophyse hängt an der Basis des Gehirns (Abb. 4). Sie ist über den Hypophysenstiel, der sowohl Blutgefäße als auch Fortsätze der Neuronen des Hypothalamus enthält, mit Letzterem verbunden. Die Hypophyse wiegt 0,5 g und ist aus drei Lappen aufgebaut, wobei Vorder- und Hinterlappen größer sind. Der Vorderlappen wird vom Hypothalamus beeinflusst und produziert Wachstumshormon, Prolaktin und glandotrope Hormone. Der Hinterlappen gibt Hormone ins Blut ab, die im Hypothalamus gebildet werden und zum Hinterlappen der Hypophyse transportiert werden: Oxytocin und antidiuretisches Hormon
Das Wachstumshormon ist für Wachstum und normale Körperentwicklung nötig. Zielorgane sind Knochen, Muskeln, innere Organe (ausgenommen das Gehirn). Über- oder Untersekretion führt zu endokrinen Störungen. Da nach dem 20.–25. Lebensjahr das Längenwachstum abgeschlossen ist, sind die verschiedenen Störungen je nach Lebensalter unterschiedlich.
Anwendung
Wieso werden die geistigen Fähigkeiten durch eine Hyposekretion des Wachstumshormons nicht gestört? Welche Bedeutung hat die Schlafenszeit, wenn bekannt ist, dass die Sekretion von Wachstumshormon zwischen 0:00-02:00 Uhr maximal ist?
Funktionsstörungen der Hypophyse
Zu viel Wachstumshormon (Hypersekretion)
Zu wenig Wachstumshormon (Hyposekretion)
Praktische Tätigkeit
Hypophysenstiel
Hinterlappen
Vorderlappen
Endokrine Erkrankung
Abb. 4 Die Hypophyse und die Zielorgane, auf die die Hypophysenhormone wirken
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Das Prolaktin regt die Milchsekretion an. Glandotrope Hormone regen die Tätigkeit anderer endokriner Drüsen an (Schilddrüse, Nebennieren, Keimdrüsen). Die Hypophyse wird auch „endokrines Gehirn” genannt. Das Oxytocin bewirkt das Zusammenziehen der Uterusmuskulatur bei der Geburt und regt die Milchabsonderung beim Stillen an. Das antidiuretische Hormon bewahrt die Flüssigkeit im Körper, sodass der Harn nicht zu wässrig ist.
• bei Kindern: Riesenwuchs (über 2 m Körpergröße, normaler Intellekt)
• bei Erwachsenen: Akromegalie (übermäßiges Wachstum der Körperextremitäten und der inneren Organe)
• bei Kindern: hypophysärer Minderwuchs (Zwergwuchs) – (Wuchshöhe bis 120 cm beim Erwachsenen, normale Körperproportionen, normaler Intellekt)
• bei Erwachsenen: vorzeitiges Altern
Sieh dir im Mikroskop Präparate von Querschnitten durch die Hypophyse an. Du kannst Epithelzellen in Schichten erkennen, die verschiedenartige Hormone absondern. Beobachte in der Abbildung die bräunlich eingefärbten Zellen, welche ein glandotropes Hormon herstellen, das auf die Schilddrüse wirkt.
Zellstrukturen mit endokriner Funktion
Hypothalamus
Schilddrüse
Die Schilddrüse liegt an der Vorderseite des Halses, unterhalb des Kehlkopfes (Abb. 5). Sie hat die Form eines Schmetterlings und wiegt 25–30 g. Sie besteht aus zwei Lappen und einem Isthmus.
Die Schilddrüse sondert drei Arten von Hormonen ab. Zwei davon sind als Schilddrüsenhormone bekannt (mit T3 und T4 bezeichnet nach der Anzahl der Jodatome in ihrem chemischen Aufbau).
Schilddrüsenhormone haben mehrere Wirkungen im Körper:
• sind für die Wachstumsprozesse von Bedeutung;
• sind für die Entwicklung und die normale Funktion des Gehirns nötig;
• kurbeln den Zellstoffwechsel an und sichern die Freisetzung von Energie;
• erhöhen die Herz- und die Atemfrequenz.
Die Funktionsstörungen der Schilddrüse führen zu verschiedenen endokrinen Erkrankungen.
Eine Schilddrüsenunterfunktion in der Kindheit beeinträchtigt das Wachstum, was zu Minderwuchs und unproportionierten Körpermaßen führt. Das Kind zeigt eine zurückgebliebene geistige Entwicklung. Im Falle einer Unterfunktion beim Erwachsenen treten Gewichtszunahme, Kältegefühl, verminderte Spannkraft der Muskeln, Beeinträchtigung der Funktion des Herzens, der Atmungsorgane und des Nervensystems auf. Durch das Verabreichen von Schilddrüsenhormonen in der vom Endokrinologen vorgeschriebenen Dosis kann den Patienten geholfen werden.
Die Überfunktion der Schilddrüse (Abb. 6) verursacht Gewichtsabnahme, Tachykardie (Beschleunigung der Schlagfrequenz des Herzens), Überempfindlichkeit des Nervensystems und Schlaflosigkeit. Das Drüsengewebe wächst, es entsteht ein
Hervortretende Augäpfel
Vergrößerte Schilddrüse
Abb. 6 Überfunktion der Schilddrüse
rechter Lappen
Isthmus Luftröhre
Kehlkopf
linker Lappen
Abb. 5 Die Schilddrüse
Kropf, die Augäpfel treten hervor (Exophthalmie), sodass es zum Entstehen des exophthalmischen Kropfes kommt, eine endokrine Störung, die mit Medikamenten behandelt werden kann.
Praktische Arbeit
Betrachte im Mikroskop Dauerpräparate aus dem Biologielabor, die Querschnitte durch die Schilddrüse zeigen. Im Aufbau der Schilddrüse kann man Epithelzellen, die in Follikeln organisiert sind, erkennen. In den Follikeln werden die Schilddrüsenhormone gespeichert. Zeichne die beobachteten Strukturen in dein Biologieheft. Ergänze die Beschriftung der Strukturen mithilfe der unten stehenden Abbildung.
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Hormonspeicher
Epithelzellen
Eine Krankheit, die nur in bestimmten Gebieten vorkommt, ist der endemische Kropf, der durch Jodmangel in den Gewässern und im Boden verursacht wird. Die Anzeichen des Jodmangelkropfes sind ähnlich wie bei der Schilddrüsenunterfunktion des Erwachsenen. Dazu kommt noch die starke Vergrößerung der Schilddrüse. Die Krankheit kann durch Verabreichung von jodiertem Speisesalz oder von jodhaltigen Medikamenten behandelt werden.
Nebennieren
Die Nebennieren sind oberhalb der beiden Nieren lokalisiert. Sie sind pyramidenförmig (Abb. 7)
Jede der beiden Nebennieren ist in zwei Zonen eingeteilt: eine äußere (die Nebennierenrinde) und eine innere (das Nebennierenmark). Die Hormone der Nebennieren helfen bei der Bewältigung von Stresssituationen.
Die Nebennierenrinde sondert Hormone ab, die unterschiedliche Funktionen erfüllen. Diese Hormone werden in drei Gruppen unterteilt:
• Hormone, die den Wasser- und den Mineralsalzhaushalt des Organismus regeln;
• Hormone, die das Immunsystem beeinflussen können (zum Beispiel das Cortisol);
• Hormone, die den weiblichen und männlichen Geschlechtshormonen ähnlich sind).
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Die wichtigsten Wirkungen des Cortisols sind:
• Regelung des Blutzuckerspiegels;
• Minderung der Anzahl der weißen Blutkörperchen, was das Abstoßen von transplantierten Organen verhindert;
• entzündungshemmender Effekt.
Das Nebennierenmark sondert die Hormone Adrenalin und Noradrenalin, die an den Synapsen zwischen den Neuronen und den inneren Organen auch als Neurotransmitter tätig sind.
Adrenalin und Noradrenalin rufen eine Vielzahl von Effekten hervor, insbesondere bei körperlicher Anstrengung, Gefahr, Aufregung und Stress:
• Tachykardie und erhöhte Atemfrequenz;
• Gefäßerweiterung in den Muskeln und im Gehirn, Gefäßverengung in den anderen Organen;
• Kontraktion der Milz (Reservespeicher für rote Blutkörperchen);
• Kontraktion der Leber (Freisetzung von Glukose);
• Schweißabsonderung;
• „Gänsehaut“ (Kontraktion der Haarbalgmuskeln);
• Erweiterung der Pupille des Auges (bei schwachem Licht und beim Blick in die Ferne);
• Hemmung der Verdauungsvorgänge und der Miktion (Entleerung der Harnblase);
• Anpassung an Gefahrensituationen: „Kampfoder-Flucht-Reaktion“.
Nebenniere
Kapsel
Nebennierenmark
Niere
Nebennierenrinde
Blutgefäße
Abb. 7 Die Nebennieren
Praktische Arbeit
Mikroskopiere Querschnitte des Nebennierengewebes mithilfe von Dauerpräparaten aus dem Biologielabor. Im Bau dieser Drüsen kann man zwei Zonen mit sekretorischer Funktion beobachten: die Nebennierenrinde (aus Epithelzellen gebildet) und das Nebennierenmark (aus Neuronen aufgebaut). Zeichne die beobachteten Strukturen in dein Biologieheft. Ergänze die Beschriftung der Strukturen mithilfe der Abbildung.
Nebennierenrinde
Nebennierenmark
Welche Verwendung findet das Adrenalin (Epinephrin) in der Medizin? Aber Cortisol? Anwendung
Endokrine Bauchspeicheldrüse
Die Bauchspeicheldrüse (Abb. 8) ist eine gemischte Drüse. Der exokrine Teil der Bauchspeicheldrüse sondert Bauchspeichel ab, der bei der Verdauung eine wichtige Rolle spielt. Der endokrine Teil der Bauchspeicheldrüse, das sogenannte „Inselorgan”, sondert mehrere Hormone ab, von denen das Insulin das wichtigste ist. Insulin senkt den Blutzuckerspiegel (die Glukosemenge im Blut). Wenn der Blutzuckerspiegel über den normalen Wert von 1 g Glukose/Liter Blut ansteigt, wird Insulin ausgeschüttet. Der Blutzuckerspiegel kann durch spezielle Blutanalysen bestimmt werden, aber auch mithilfe des Blutzuckermessgerätes (Abb. 9)
Anwendung
Fachbegriffe für die Symptome der Zuckerkrankheit sind: Hyperglykämie, Polyurie, Glukosurie, Polydipsie und Polyphagie. Informiere dich über die Bedeutung dieser Begriffe.
Blutgefäße Gallengang
endokrine Bauchspeicheldrüse
Abb. 9
Der Blutzuckerwert wird mit dem Blutzuckermessgerät bestimmt
Ein Insulinmangel (Hyposekretion von Insulin) kann die Zuckerkrankheit (Diabetes mellitus) hervorrufen. Wenn die Hyposekretion des Insulins schon in der Kindheit auftritt, muss sich der erkrankte Patient Insulin spritzen. Anzeichen von Diabetes mellitus sind erhöhter Blutzuckerspiegel und die Abgabe einer großen Menge zuckerhaltigen Harns. Dies führt zu übermäßigem Durst und erhöhter Flüssigkeitsaufnahme. Der Kranke verspürt starken Hunger und isst viel. Wenn die Krankheit nicht mit Insulin behandelt wird, treten Komplikationen auf. Lebenswichtige Organe (wie Gehirn, Herz, Nieren) können dabei geschädigt werden.
Zwölffingerdarm
Abb. 8 Die Bauchspeicheldrüse Ausführungsgang der Bauchspeicheldrüse
exokrine Bauchspeicheldrüse
Praktische Arbeit
Mikroskopiere Pankreasquerschnitte. Benutze Dauerpräparaten aus dem Biologielabor. Durch unterschiedliche Färbung kann man im Gewebe der Bauchspeicheldrüse zwei Zelltypen sichtbar machen: exokrine Zellen und endokrine Zellansammlungen (die „inselförmig“ im Gewebe verteilt sind). Skizziere die beobachteten Strukturen im Heft. Ergänze die Beschriftung der Strukturen mithilfe der Abbildung.
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exokriner Anteil der Bauchspeicheldrüse inselförmige, endokrine Zellansammlungen
Nicht alle Diabetiker benötigen Insulin. Einige Formen der Zuckerkrankheit treten erst im Erwachsenenalter auf (unausgewogene Ernährung und zu viel Stress können die Ursache sein). Auch Schwangerschaftsdiabetes kann vorkommen. Solche Formen der Zuckerkrankheit kann man mit Diät und geeigneten Medikamenten behandeln. Welche Maßnahmen müsste man zur Vorbeugung anwenden, damit solche Formen der Zuckerkrankheit nicht erscheinen?
Partnerarbeit
Jedes Schülertandem zieht einen Zettel mit den Benennungen zweier endokriner Erkrankungen: hypophysärer Minderwuchs und Akromegalie; Riesenwuchs und Akromegalie; endemischer Kropf und exophthalmischer Kropf. Jeder der beiden Schüler notiert auf ein Post-it die Merkmale je einer Erkrankung. In der Zweiergruppe werden die aufgeschriebenen Antworten verglichen. Die ähnlichen Merkmale der beiden Erkrankungen werden unterstrichen.
Gruppenarbeit
Mehrere Schülertandems, welche dieselben endokrinen Erkrankungen komparativ dargestellt haben, arbeiten in einer Gruppe zusammen. Jede Gruppe stellt ein Diagramm auf, so wie im nebenstehenden Modell. Zum Abschluss werden die drei erarbeiteten Diagramme in der Klasse vorgestellt und diskutiert. Unter Anleitung der Lehrperson können die von den Gruppen präsentierten Diagramme von den anderen Schülern ergänzt werden.
Übungen
1. a. Übertrage die Tabelle in dein Heft und ergänze die Benennungen der endokrinen Drüsen und die der abgesonderten Hormone nach dem vorgegebenen Modell.
b. Welche dieser Hormone beeinflussen das Wachstum?
c. Welche dieser Hormone regeln den Blutzuckerspiegel?
Merke dir!
Die endokrinen Drüsen sondern Hormone ab, die vom Blut zu den Zielorganen transportiert werden. Die Hormone beeinflussen das Wachstum des Körpers, die Funktionen der Organe, den Blutzuckerspiegel, damit eine ständige Anpassung an die Schwankungen der inneren und äußeren Parameter gesichert wird. Der hypophysäre Minderwuchs, der endemische Kropf und Diabetes mellitus sind einige endokrine Erkrankungen, die durch die Funktionsstörungen der endokrinen Drüsen verursacht werden.
HYPOPHYSÄRER MINDERWUCHS RIESENWUCHS
• Geringe Körpergröße
• Wachstumshormondefizit
• normale geistige Fähigkeiten
• erscheint in der Kindheit
• übermäßiges Wachstum
• Überschuss an Wachstumshormon
Bauchspeicheldrüse
2. a. Trage in eine Tabelle die Namen der endokrinen Drüsen und die korrespondierenden endokrinen Erkrankungen ein.
b. Unterstreiche in deiner Tabelle die Erkrankungen, die durch die Hyposekretion von Hormonen hervorgerufen werden.
3. Wähle W (wahr) oder F (falsch), indem du den Wahrheitsgehalt der folgenden Aussagen überprüfst.
W/F Adrenalin löst die „Kampf-oder-Flucht-Reaktion“ aus.
W/F Cortisol senkt den Blutzuckerspiegel und erhöht die Immunabwehr des Körpers.
4. Wähle W (wahr) oder F (falsch), indem du den Wahrheitsgehalt der folgenden Aussagen bestimmst, sodass der zweite Teilsatz die Ursache darstellt, der erste Teilsatz hingegen einen Effekt beschreibt. Formuliere die falschen Aussagen zu wahren Aussagen um und schreibe sie ins Biologieheft.
W/F Ein Mangel an Wachstumshormon beeinträchtigt den Intellekt, weil dieses Hormon die Entwicklung des Gehirns beeinflusst.
W/F Manche Menschen mit Diabetes mellitus benötigen Insulinspritzen, weil dieses Hormon den Blutzuckerspiegel erhöht.
Endokrine Drüse Abgesonderte Hormone
BEWEGUNGSSYSTEM DES MENSCHEN
Das Stütz- und Bewegungssystem besteht aus allen Organen, die die Bewegung und die Mobilität des Körpers sichern. Aktive Bewegungsorgane sind die Muskeln, die mithilfe der Sehnen an den Knochen befestigt sind. Die Knochen sind durch Gelenke miteinander verbunden und stellen die passiven Organe des Bewegungssystems dar. Alle Knochen des Körpers bilden zusammen das Skelett. Der Körpergliederung entsprechend wird es in Kopf-, Rumpf- und Gliedmaßenskelett eingeteilt. An den Knochen sind die Muskeln befestigt. Jeder Skelettmuskel verbindet mindestens zwei verschiedene Knochen miteinander, indem er, über das Gelenk hinweg, an diesen ansetzt. Wenn sich der Muskel verkürzt, zieht er die beiden Knochen aufeinander zu.
Abschnitte des Skeletts Dazugehörende Knochen
Kopfskelett
Rumpfskelett
Skelett des Schultergürtels
Skelett der oberen Gliedmaßen
Erinnere dich!
• Erinnere dich an die tierischen Gewebe! Zu welchem Gewebe gehört das Knochengewebe? Und das Knorpelgewebe? Woraus sind diese Gewebe aufgebaut? Welche Arten von Muskelgewebe gibt es? In welchen Organen kommen diese vor? Welche Aufgabe erfüllen sie?
Gehirnschädel – schützt das Gehirn Gesichtsschädel – Knochen, die das Gesicht formen
Hüftbeine (2, sind vorne in der Mittellinie durch die Schambeinfuge miteinander verbunden. Hinten sind sie mit dem Kreuzbein verbunden. Letzteres besteht aus 5 verschmolzenen Wirbeln). Hüftbeine, Kreuz- und Steißbein bilden das Becken
Oberschenkelbein (Femur) (Vor dem Knie befindet sich ein kleiner Knochen, die Kniescheibe – Patella –, sie schützt das Knie.)
Muskeln des Oberarmes (zum Beispiel Bizeps, Trizeps)
Muskeln des Unterarmes
Muskeln der Hand
Gesäßmuskeln
Muskeln des Oberschenkels (zum Beispiel der Schneidermuskel, der vierköpfige Oberschenkelmuskel)
Muskeln des Unterschenkels (zum Beispiel die Zwillingswadenmuskeln)
Fußmuskulatur
Abb. 1 Körperabschnitte des Menschen - Knochen und Muskeln
Abb. 2 Schädelknochen
Anwendungen
Verfolge auf Abb. 1, welche Muskeln und Knochen zu den verschiedenen Körperabschnitten gehören. Benenne zuerst die Körperabschnitte, erkenne die Einteilung des Skeletts und identifiziere die Muskelgruppen. Benutze die Tabelle auf Seite 67 und benenne alle Knochen, die in Abb. 2 und 3 zu erkennen sind.
Schädel
Brustkorb
Brustbein
Rippen
Stirnbein
Jochbein
Beckengürtel
Scheitelbein Schläfenbein
Oberkieferknochen
Unterkieferknochen
Schlüsselbein Schulterblatt
Rippenknorpel
Oberarmbein
Wirbelsäule a) b) Zehenknochen
Hinterhauptbein
Kreuzbein
Speiche Elle Hüftbein
Steißbein
Handwurzelknochen
Mittelhandknochen
Kniescheibe Oberschenkelbein
Schienbein
Fersenbein Wadenbein
Fußwurzelknochen
Mittelfußknochen
Beckengürtel
Fingerknochen
Abb. 3 Das menschliche Skelett – Abschnitte und Komponenten: a) Vorderseite, b) Rückseite
Anwendungen
Betrachte in Abb. 4 die Muskeln des menschlichen Körpers. Wie viele kannst du zählen? Es gibt ungefähr 600 Muskeln im menschlichen Körper, mit verschiedenartiger Form und Größe. Wie erklärst du, dass auf der Abbildung viel weniger zu sehen sind?
In Bezug auf die Muskeln, die in der Zeichnung nicht sichtbar sind, erinnere dich an die Lektionen des letzten Jahres über das Atmungssystem, an die Lage und Funktion der Zwischenrippenmuskeln und des Zwerchfellmuskels. Die Muskeln sind die aktiven Organe des Bewegungsapparates. Jede Bewegung erfordert die Zusammenarbeit mehrerer Muskeln. Bei ihrer Kontraktion ziehen die Muskeln an den Knochen, mobilisieren die Gelenke und ermöglichen komplexe Bewegungen. Je größer die Muskeln sind, desto größer ist ihre Kraft. Welches sind die größten Muskeln, die in Abb. 4 zu sehen sind? Welche Bewegungen führen sie, je nach ihrer Lage, aus, wenn sie sich zusammenziehen?
Mimikmuskeln
Großer Kopfwender
Bizeps
Muskeln des Unterarms
Kaumuskel
Deltamuskel
Brustmuskel
Sägemuskel
Gerader Bauchmuskel
Äußerer schräger Bauchmuskel
Handmuskeln
Schneidermuskel
vierköpfiger Oberschenkelmuskel
Abb. 4 Die Skelettmuskulatur des Menschen: a) Vorder-, b) Rückseite
Trapezmuskel
Breiter Rückenmuskel Trizeps
großer Gesäßmukel zweiköpfiger Oberschenkelmuskel
Zwillingswadenmuskel
a)
b)
Knochenformen (Abb. 5)
Nach der Form werden Knochen eingeteilt in: Lange Knochen (Knochen der Gliedmaßen) –längliche Form, bestehen aus zwei Knochenenden (Epiphysen) und dem Knochenschaft (Diaphyse) (Abb. 6). Die Rippen, obwohl länglich, gehören nicht zu den langen Knochen, da sie keine Epiphyse und Diaphyse aufweisen.
Kurze Knochen – Handwurzelknochen, Wirbel.
Platte Knochen – das Brustbein, das Schulterblatt, die Hüftbeine.
Im Längsschnitt durch den Röhrenknochen kann man die Anordnung der beiden Abarten des Knochengewebes beobachten:
Kompakte Knochensubstanz – in der Diaphyse und in der äußeren Schicht der Epiphyse; Schwammartige Knochensubstanz – im Inneren der Epiphysen.
An der Grenze zwischen Epiphyse und Diaphyse befindet sich die knorpelige Wachstumsfuge
Im Inneren der Diaphyse befindet sich eine einheitliche Markhöhle mit gelbem Knochenmark (Fettmark). Im Inneren der Epiphysen der langen Knochen und im Inneren der kurzen und der platten Knochen befindet sich das rote Knochenmark. Es bildet die Blutzellen. Zahlreiche Blutgefäße durchziehen den Knochen.
Chemische Zusammensetzung der Knochen: Knochen sind lebende Organe, gut durchblutet und von Nervenfasern innerviert. Sie enthalten:
• Wasser – 20 %;
• organische Stoffe – von denen das knochentypische Ossein vorherrscht;
• anorganische Stoffe – vor allem Kalzium- und Phosphorsalze, die die Härte und die Widerstandskraft der Knochen sichern.
Aufgaben der Knochen:
• sind der passive Teil des Bewegungssystems;
• haben Stützfunktion, halten Belastungen stand; schützen Organe (die Schädelkapsel schützt das Gehirn, die Wirbelsäule das Rückenmark, der Brustkorb umgibt Herz und Lungen, das Becken enthält die Beckenorgane);
• beteiligen sich an der Bildung der Blutzellen dank des roten Knochenmarks in ihrem Inneren;
• beteiligen sich am Mineralsalzhaushalt, denn sie enthalten Kalzium- und Phosphorsalze;
• können schädliche Substanzen, die aus der Umwelt stammen, zeitweilig ablagern.
Betrachte Abb. 5 und erkenne die Knochenformen. Anwendungen
1. Man legt einen Knochen 10–12 Tage lang in eine verdünnte Salzsäurelösung, sodass die Säure dem Knochen die Mineralsalze entzieht; danach hat der Knochen zwar noch dieselbe Form, ist nun aber flexibel und biegsam. Durch das Ausglühen verkohlt der Knochen (er wird schwarz) – das Wasser verdunstet, die organischen Stoffe verbrennen. Übrig bleiben die Mineralsalze, die den Knochen spröde und brüchig machen, sodass er zerbröselt.
2. Mikroskopiere einen Querschnitt durch die kompakte Knochensubstanz. Betrachte das Foto und die Skizze aus Abb. 7. Zeichne das Mikroskopbild ins Biologieheft. Beschrifte diejenigen Elemente, die du in der Skizze identifizieren kannst.
Osteon (konzentrische Knochenlamellen)
Osteozyten (Knochenzellen) Blutgefäß
schwammartiges Knochengewebe
Abb. 7 Querschnitt durch kompaktes Knochengewebe – Mikroskopbild und Schemazeichnung
Die Knochenverbindungen. Einteilung
Eine Knochenverbindung besteht aus der Gesamtheit der Komponenten, die eine Verbindung von zwei oder mehreren Knochen gewährleisten. Nach ihrem Beweglichkeitsgrad unterscheidet man: Unbewegliche Knochenverbindungen – erlauben keine Bewegung, die Knochen sind fest miteinander verbunden, zum Beispiel die Knochen des Gehirnschädels. Wenig bewegliche Knochenverbindungen – Bewegungen können durchgeführt werden, der Bewegungsgrad ist jedoch nicht sehr hoch. Zwischen den Knochen befindet sich großflächiger Knorpel. So befinden sich zwischen den Wirbeln der Wirbelsäule knorpelige Bandscheiben. Bewegliche Knochenverbindungen (Gelenke) (Abb. 8) – sichern eine sehr hohe Beweglichkeit. Außer den Knochen sind am Gelenk folgende Strukturen beteiligt: Gelenkknorpel – bedeckt die Gelenkenden der Knochen, Gelenkbänder, ein Gelenkspalt mit Gelenkschmiere und eine faserige Gelenkkapsel. Beispiele: das Kniegelenk, das Hüftgelenk, das Schultergelenk.
Gelenkschmiere
Gelenkkapsel
Abb. 8 Bewegliche Knochenverbindung – Beispiel und Aufbau
Muskeln
Knochen
Knochen Knorpel
Sehne
Muskeln
Sehne
Gelenkkapsel
Das Muskelgewebe
Das quergestreifte Muskelgewebe besteht aus langgestreckten Zellen, den Muskelfasern. Diese haben mehrere Zellkerne und spezifische Zellorganellen, die Myofibrillen (Abb. 9), welche aus kontraktilen Proteinen bestehen.
Muskelfasern unter dem Mikroskop
Praktische Arbeit
Betrachte ein Präparat mit Muskelgewebe im Mikroskop. Mit welcher Art von Muskelfasern aus der Skizze siehst du eine Ähnlichkeit? Was für Merkmale haben dir geholfen, den Fasertyp zu erkennen?
Eigenschaften der quergestreiften
Muskeln/Skelettmuskeln
Die Muskeln verdanken ihre rote Farbe dem Myoglobin. Dieser Farbstoff ist dem Hämoglobin des Blutes ähnlich. Die Muskeln sind sehr gut durchblutet und weisen eine leichte Eigenspannung auf, den Muskeltonus. Dieser wird durch Nervenimpulse aufrechterhalten. Die Eigenschaften der Muskeln sind:
• die Reizbarkeit – die Fähigkeit, auf Reize (Nervenimpulse) zu antworten;
• die Zusammenziehbarkeit – infolge eines Reizes verkürzt sich der Muskel (er bewegt die Knochen, an denen er ansetzt, im Gelenk aufeinander zu);
• die Dehnbarkeit – der Muskel wird länger, er dehnt sich dann, wenn eine Kraft einwirkt;
• die Elastizität – der Muskel kehrt zur ursprünglichen Form zurück, nachdem die Dehnkraft aufgehört hat zu wirken.
Erinnere dich!
• Welche Arten von Muskelgewebe hast du voriges Jahr kennengelernt? (Abb. 10). In welchen Organen kann man sie antreffen?
Abb. 10 Arten von Muskelgewebe
Die Bewegung – eine komplexe Leistung
An einer Bewegung sind mindestens zwei Muskeln beteiligt, die gegensätzlich und abwechselnd arbeiten (Spieler und Gegenspieler): wenn der eine sich zusammenzieht, entspannt sich der andere; zum Beispiel Bizeps und Trizeps. Komplexere Bewegungen entstehen durch das Zusammenspiel mehrerer Muskelgruppen. Muskeln, Knochen und Gelenke arbeiten wie Hebelsysteme (Abb. 11)
An einem Knochenhebel erkennt man:
• die aktive Kraft – Muskeln, die sich zusammenziehen (F);
• den Widerstand (die Last) – die zu bewegende Last, dargestellt vom Gewicht der Knochen (R);
• den Stützpunkt (Drehpunkt) – vertreten durch die gelenkige Knochenverbindung (S).
Abb. 11 Beugebewegung eines Gelenkes
Abb. 9
Herzmuskel Glatter Muskel Quergestreifter Muskel
Hebelarten:
• Hebel I. Ordnung: der Stützpunkt (Drehpunkt) liegt zwischen ausgeübter Kraft und Last. Beispiel: Heben des Kopfes.
• Hebel II. Ordnung: der Ansatzpunkt der Last liegt zwischen dem Gelenk (Drehpunkt) und dem Ansatzpunkt der ausgeübten Kraft. Beispiel: Stehen auf den Zehenspitzen.
• Hebel III. Ordnung: der Ansatzpunkt der ausgeübten Kraft befindet sich zwischen dem Ansatzpunkt der Last und dem Stützpunkt. Beispiel: das Beugen des Unterarmes zum Oberarm.
Anwendungen
Identifiziere die Elemente der im menschlichen Körper vorkommenden Hebel in Abb. 12 und vergleiche sie mit den Gegenständen, die im Alltag verwendet werden.
Benenne die an der Bewegung beteiligten Muskeln und Knochen! Finde noch weitere Hebelbeispiele im menschlichen Körper!
Abb. 12 Hebelarten
Übungen
Finde heraus, ob folgende Aussagen wahr oder falsch sind. Verändere die falschen Aussagen so, dass sie zu korrekten Behauptungen umformuliert werden.
1. Das Skelett der Hand umfasst 32 Knochen.
2. Die Sehnen verbinden die Knochen miteinander.
3. Im Inneren der langen Knochen befindet sich ein Kanal, in dem sich das Rückenmark befindet.
4. Die zwischen den Wirbeln der Wirbelsäule bestehenden Knochenverbindungen sind beweglich.
5. Beim Hebel I. Ordnung befindet sich der Stützpunkt zwischen dem Ansatzpunkt der aktiven Kraft und dem Ansatzpunkt der Last.
6. Bizeps und Trizeps wirken antagonisch.
Hebel I. Ordnung
Hebel II. Ordnung
Hebel III. Ordnung
ANPASSUNGEN DER FORTBEWEGUNG AN VERSCHIEDENE LEBENSRÄUME
Das Verhalten der Tiere wird von der speziellen Beschaffenheit ihres Lebensraumes bestimmt. Sowohl die Orientierung als auch die Fortbewegung der Tiere hängen von den Merkmalen des Lebensraumes ab.
Anwendungen
Erinnere dich!
• Welche Wirbeltiergruppen kennst du? Nach welchem Merkmal teilt man die Wirbeltiere in Fische und Tetrapoden (Vierfüßer) ein (Abb. 1 und 2)? Welche Gestalt haben die Gliedmaßen bei verschiedenen Tiergruppen? Für welche Lebensräume sind sie geeignet? Wie bewegen sich die Tiere in den jeweiligen Lebensräumen fort?
1. Fülle die unten stehende Tabelle in deinem Heft aus. Beachte die angegebenen Musterbeispiele! Gib für jede Fortbewegungsart mindestens ein eigenes Beispiel.
Fortbewegung
durch … Tierarten (Tiergruppen)
Graben Maulwurf
Kriechen
Schreiten (Gehen)
Springen, hüpfen Frosch
Rennen
Klettern
Schwimmen Fische
Fliegen
2. Beobachte die Bilder aus Abb. 3 und beschreibe, wie sich der Frosch in den beiden Lebensräumen fortbewegt!
Abb. 3 Fortbewegung beim Frosch
Die Lebensräume sind vielfältig und komplex. Manche Tiere bewegen sich auf dem Land, andere im Wasser und einige in der Luft. So haben die Tiere Anpassungen erworben und Fortbewegungsarten entwickelt, die für das Festland, das Wasser oder die Luft geeignet sind.
Abb. 1 Flossen der Fische (Karpfen)
Abb. 2 Gliedmaßen der Tetrapoden (Krokodil)
Anpassungen der Fortbewegung an das Festland
Auf dem Festland bewegen sich die Tiere entweder an der Erdoberfläche oder unterirdisch. Beim unterirdischen Graben müssen die Tiere den Widerstand des Bodenmaterials überwinden. Die oberiridische Fortbewegung geschieht, indem der Körper mit dem Boden in Berührung bleibt (Kriechen), oder indem die Kontaktfläche mit dem Untergrund klein gehalten wird (Gehen, Hüpfen, Laufen). Manche Tiere klettern auf Bäume und haben dafür spezielle Anpassungen entwickelt.
Unterirdisch lebende Tiere haben besondere Anpassungen. Die vorderen Gliedmaßen sind wie breite Grabschaufeln geformt (Abb. 4). Damit graben sie die unterirdischen Gänge, in denen sie leben.
Tiere, denen die Gliedmaßen fehlen und solche, die kurze Beine haben, die seitlich vom Rumpf abstehen und den Körper nicht hochstemmen können, bewegen sich kriechend. Regenwürmer haben bauchseits Borsten, die sich wie Widerhaken im Boden verankern und das Abrutschen verhindern. Durch abwechselndes Ausstrecken und Zusammenziehen bewegt sich das Tier fort, da sich nacheinander die Ring- und Längsmuskeln kontrahieren.
Die Schlange stützt sich mit den Hornschuppen auf den rauen Boden. Die Muskeln arbeiten abwechselnd, zuerst auf der einen, dann auf der anderen Seite des Körpers – so kommt das Schlängeln zustande (Abb. 5). Eidechsen stützen sich mit ihren Krallen am Boden oder auf Steinen ab.
Für das Schreiten und Laufen werden kräftige Gliedmaßen benötigt, die den Rumpf vom Boden hochstemmen können. Manche Tiere treten beim Laufen mit dem gesamten Fuß auf (Sohlengänger), andere treten auf die Zehen (Zehengänger) und wieder andere berühren den Boden mit den Zehenspitzen (Zehenspitzengänger). Je kleiner die Fläche ist, die den Boden berührt, umso höher ist die Geschwindigkeit. Die Zehen der Zehenspitzengänger werden von Hufen geschützt (Abb. 6)
Bei Tieren, die sich springend fortbewegen, sind die Hinterbeine länger als die Vorderbeine und in Ruhe Z-förmig zusammengeklappt (Abb. 7) Beim Ausklappen schnellt das Tier vorwärts, sodass die Sprungweite die Körpergröße übertrifft. Kletternde Tiere haben sehr flexible Gliedmaßen mit Krallen. Der Schwanz dient ihnen beim Klettern als Stütze (Abb. 8).
Abb. 7 Das Känguru bewegt sich springend fort
Abb. 4 Maulwurf – an das Graben angepasste Gliedmaßen
Abb. 5 Schlange – die Gliedmaßen fehlen, sie bewegt sich kriechend und schlängelnd
Abb. 6 Anhand der Trittsiegel erkennt man, wie Zehengänger, Sohlengänger und Zehenspitzengänger auftreten
Abb. 8 Der Affe klettert
Anpassungen der Fortbewegung an das Leben im Wasser
Das Schwimmen ist typisch für die aquatische Lebensweise. Fische schwimmen mithilfe der Flossen. Die Fische haben unpaarige und paarige Flossen (Abb. 9). Unpaarige Flossen sind: die Rückenflosse (kann unterschiedlich gestaltet sein und ist bei manchen Arten zweigeteilt oder vielfach geteilt), die Afterflosse und die Schwanzflosse (bei den meisten Knochenfischen ist sie in zwei symmetrische Lappen eingeteilt, bei den Knorpelfischen sind die Lappen ungleich).
Paarige Flossen sind Brust- und Bauchflossen. Sie entsprechen den Gliedmaßen der Tetrapoden. Die Gliedmaßen der im Wasser lebenden Säugetiere (Abb. 10) wurden im Laufe der Evolution umgestaltet, sodass sie flossenähnlich aussehen. Die Körperform passte sich ebenfalls an. Der Körper ist stromlinienförmig (hydrodynamisch) wie der der Fische.
Die Zehen der Schwimmvögel sind ganz oder teilweise durch eine Schwimmhaut verbunden. Die Füße funktionieren wie Ruder. Die Federn werden mit einem öligen Sekret eingefettet, damit das Wasser nicht ins Federkleid eindringt.
Anwendungen
Beschreibe den Körperbau und die Fortbewegungsorgane der beiden Tiere und sage, welche Ähnlichkeiten und welche Unterschiede du erkennst.
Abb. 9 Flossen beim Hai
Abb. 10 Paddelförmige Flossen beim Delfin
Anpassungen der Fortbewegung in der Luft
Erinnere dich!
• Das Fliegen ist die typische Fortbewegungsart in der Luft. Welche wirbellosen Tiere können fliegen? Welche Wirbeltiere sind flugfähig? Welche Merkmale sind für den aerodynamischen Körperbau typisch?
Anwendungen
Beobachte und vergleiche die Flügel der unten abgebildeten Tiere miteinander (Abb. 11, 12 und 13).
Insekten haben dünne Flügel (Abb. 11), die von Adern durchzogen sind, welche ihnen Stabilität verleihen. Die zwei Paar Flügel sitzen an der Brust. Bei manchen Arten haben beide Flügelpaare dieselbe Beschaffenheit (zum Beispiel Bienen, Schmetterlinge), bei anderen nicht (zum Beispiel Maikäfer).
Die vorderen Gliedmaßen der Vögel (Abb. 12) haben sich in Flügel umgewandelt und tragen Federn. Die Knochen der Vögel sind leicht und dünn, aber widerstandsfähig und werden von kräftigen Flugmuskeln bewegt. Es gibt mehrere Flugarten. Im Segelflug lassen sich die Vögel von der aufsteigenden Luft nach oben tragen, um dann zu gleiten. So sparen sie Energie. Im Ruderflug werden die Flügel auf und ab geschlagen.
Bei den Fledermäusen (Abb. 13) spannt sich eine Flughaut zwischen den verlängerten Fingerknochen bis zum Hals, zu den Hinterbeinen und zum Schwanz.
1. Finde die Tiere, die sich auf dieselbe Art fortbewegen, in den beiden Spalten der Tabelle. Ordne jedem Tier in der ersten Spalte das passende Tier in der zweiten Spalte zu.
A. Frosch
B. Karpfen
C. Ente
D. Fliege
E. Schlange
Übungen Abb. 14 Vordere Gliedmaßen der Wirbeltiere
1. Wal
2. Möwe
3. Känguru
4. Eidechse
5. Sperling
2. Bestimme, wie sich die Tiere fortbewegen, indem du ihre skizzierten Gliedmaßen Abb. 14 (Umriss und Skelett) betrachtest. Identifiziere die Knochen der oberen (vorderen) Gliedmaßen (siehe Tabelle Seite 66). Sage, welche Knochen bei den jeweiligen Tierarten am besten entwickelt sind.
3. Der Mensch ist hauptsächlich an die Fortbewegung auf dem Festland angepasst. Er ist ein Sohlengänger. Welche natürlichen Arten der Fortbewegung und welche technischen Mittel nutzt der Mensch, um im Wasser und in der Luft voranzukommen?
Unterirdisch
Im Wasser – an der Oberfläche
Im Wasser – in der Tiefe
In der Luft – Segelflug
In der Luft – mit Treibstoffverbrauch
Wal Frosch Pferd Löwe Mensch Vogel
INTEGRATION DER BEZIEHUNGSFUNKTIONEN
Die Beziehungsfunktionen sichern das Arbeiten des Körpers als einheitliches Ganzes und die Integration von Organismus und Umwelt durch den Austausch von Information und Energie.
Erinnere dich!
• Welche Hormone beeinflussen das Gehirn? Welche endokrinen Störungen beeinträchtigen die Entwicklung und die Funktionen des Gehirns? Wie ist die Hypophyse mit dem Gehirn verbunden?
Wechselwirkungen zwischen dem Nervensystem und dem endokrinen System (Abb. 1) Das Nervensystem (mit schnellen und kurzzeitigen Antwortreaktionen) und das endokrine System (mit langsamer, längerzeitiger Wirkung) steuern alle Funktionen des Organismus. Durch ausgesendete Nervenimpulse bzw. abgesonderte Hormone beeinflussen die beiden Systeme sich gegenseitig, was sich anhand der funktionellen Verknüpfung Hypothalamus – Hypophyse – untergeordnete Hormondrüsen zeigt. Der Hypothalamus (Teil des Zwischenhirns) hat auch eine endokrine Funktion: er sondert spezielle regulatorische Hormone ab, die das Blut zur Hypophyse (dem „endokrinen Gehirn”) bringt. Unter dem Einfluss des Hypothalamus sondert die Hypophyse drei Kategorien von glandotropen Hormonen ab, die zu bestimmten endokrinen Drüsen gelangen: Schilddrüse, Nebennieren, Keimdrüsen (Eierstöcke und Hoden).
Der Hypothalamus sondert mehr oder weniger regulatorische Hormone ab, je nach Konzentration der im Blut zirkulierenden Hormone (der Schilddrüse, der Nebennierenrinde, der Keimdrüsen).
Die Hormone der Schilddrüse beeinflussen die Entwicklung und die Funktionen des Gehirns, das Cortisol wirkt auf die integrativen Tätigkeiten des ZNS, die Sexualhormone beeinflussen das Verhalten.
Die Zusammenarbeit zwischen NS und endokrinem System zeigt sich in Stresssituationen im gesamten Organismus. So wird die „Kampf- oder Fluchtreaktion“ durch die schnelle und gemeinsame Tätigkeit des sympathischen vegetativen NS und des Nebennierenmarks ausgelöst.
Schilddrüse
Hypothalamus
Hypophyse
Nebenniere
Keimdrüse (Eierstock)
Abb. 1 Nervensystem und endokrine Drüsen arbeiten zusammen
Der Einfluss des Nervensystems (NS) und des endokrinen Systems auf die Sinnesorgane
Erinnere dich!
• Welche Rezeptorstrukturen gibt es in den Sinnesorganen? Welche Komponenten der Sinnesorgane können als Effektoren bei der Ausführung bestimmter Reflexe tätig sein?
• Nenne endokrine Störungen, die Veränderungen der Haut oder der Augen hervorrufen können!
a. Zwischen NS und Sinnesorganen werden Informationen durch afferente und efferente Fasern wechselseitig ausgetauscht. Die Sinnesorgane informieren das NS über die registrierten Veränderungen, was sowohl zum Entstehen bewusster Empfindungen führt, als auch das Erarbeiten der unwillkürlichen und willkürlichen Befehle zur Folge hat.
Anwendungen
Welche Änderungen werden durch die Ausdrücke „die Augen vor Staunen weit aufreißen“, „Gänsehaut bekommen“, „die Augen offen halten“ beschrieben? In welchen Situationen kommen diese Änderungen vor? Welche kann bewusst geschehen? Aus welchem Grund? Welche dieser Änderungen stellen eine Folge der Wirkung von Hormonen dar?
b. Einige Hormone beeinflussen die Entwicklung und die Funktion der Sinnesorgane. Deshalb können endokrine Störungen negative Auswirkungen auf die Sinnesorgane haben. So beobachtet man eine trockene und verdickte Haut bei Personen mit Schilddrüsenunterfunktion. Eine Schilddrüsenüberfunktion führt zum Exophthalmus wegen der Veränderung einiger Strukturen, die die Augäpfel umgeben. Einen Zusammenhang zwischen Sinnesorganen und Hormonen kann man auch in anderen Situationen feststellen: Veränderungen der Haut und der Augen erscheinen bei Adrenalinausschüttung, die Geruchsempfindlichkeit verändert sich abhängig von den Phasen des weiblichen Zyklus usw.
Der Einfluss des Nervensystems und des endokrinen Systems auf das Bewegungssystem
• Welche Bewegungsorgane sind Effektoren? Welche Nerven können diese Organe innervieren? Erinnere dich!
a. Die anatomische Verbindung zwischen den Organen des Bewegungssystems entwickelt ihre Funktionalität durch die Tätigkeit des NS, sowohl durch die Reflex- als auch durch die Leitfunktion. Die Informationen von den Sinnes- und Bewegungsorganen werden von den Reflexzentren analysiert und Befehle werden erarbeitet. Die Befehle an die Skelettmuskeln führen zu willkürlichen oder unwillkürlichen Kontraktionen, die sowohl das statische als auch das dynamische Gleichgewicht aufrechterhalten.
Projektaufgabe
Suche Informationen darüber, wie Personen trainieren, die in Bereichen arbeiten, in denen das dynamische Gleichgewicht wichtig ist.
b. Auch das Wachstum, die Entwicklung und die Funktion des Bewegungssystems werden von Hormonen beeinflusst: vom Wachstumshormon, von den Schilddrüsenhormonen, vom Testosteron. Als Koordinations- und Integrationssysteme haben Nervensystem und endokrines System Auswirkungen auf die Ernährungsfunktionen und auf die Fortpflanzungsfunktion.
Erfahre mehr!
Melatonin wird von der Epiphyse bei Dunkelheit abgesondert. Es trägt zur Erholung des Gehirns während des Schlafs bei. Die Melatoninabsonderung sinkt bei anhaltender Helligkeit, sodass Schlafstörungen auftreten können. Recherchiere über die Risiken und Vorteile der Verwendung von Melatoninpräparaten.
Anwendungen
Das dynamische Gleichgewicht (Abb. 2) kann man durch verschiedene Übungen testen. Man verwendet Skalen mit den Werten: 0–2, 0–3 oder 0–4. Benutze zusätzliche Informationsquellen, um herauszufinden, durch welche Tests das dynamische Gleichgewicht evaluiert wird.
Abb. 2 Dynamisches Gleichgewicht
Untersuchung
Die Zusammenarbeit zwischen NS, Bewegungssystem und Sinnesorganen kann man beim Testen des statischen und dynamischen Gleichgewichtes beobachten. Man überprüft zum Beispiel das statische Gleichgewicht, indem man testet, wie lange eine Person auf einem Bein stehen kann, mit vor der Brust verschränkten Armen. Die Übung kann in Schülerpaaren ausgeführt werden, sodass jeder der beiden Schüler, der Reihe nach, Subjekt und Beobachter sein kann. Die von allen Schülertandems erhaltenen Ergebnisse werden miteinander verglichen. Man stellt fest, welches die kürzeste und welches die längste Zeit war, die gemessen wurde.
ELEMENTE DER HYGIENE UND PRÄVENTION VON KRANKHEITEN
Hygiene des Nervensystems und der geistigen Tätigkeit
Da das Nervensystem den ganzen Körper steuert, werden alle Lebenstätigkeiten negativ beeinflusst, wenn bestimmte Risikofaktoren auf das Nervensystem einwirken. Mechanische Faktoren wie Stoßverletzungen an Kopf oder Wirbelsäule können bei Arbeits- oder Verkehrsunfällen auftreten. Sportoder Freizeitaktivitäten ohne Schutzausrüstung können Schädigungen des NS hervorrufen.
Projektaufgabe
Erstelle ein Infoplakat über spezifische Schutzausrüstungen für 2–3 Berufe oder Freizeitaktivitäten.
Physikalische Faktoren, die mit der Zeit negative Auswirkungen hervorrufen, sind verschiedene Strahlungen, die das Entstehen von Tumoren im ZNS bewirken können. Starker Lärm, Vibrationen wirken indirekt, indem sie die Sinnesorgane schädigen oder Stress hervorrufen.
Chemische Faktoren, die das NS beeinträchtigen, sind Substanzen, die zur Abhängigkeit führen und deren Wirkung sehr schnell eintritt: Koffein und Tein, Tabak, Energiegetränke, Medikamente, Drogen. Alkohol- und Drogenkonsum sind eine große Gefahr denn sie verändern die Psyche, führen zu Autounfällen und erhöhen die Aggressivität und die Kriminalität. Drogenabhängige leiden unter Entzugserscheinungen, wenn die Droge abgesetzt wird. Diese führen zu negativen Verhaltensänderungen, die mit der Beschaffung der Droge im Zusammenhang stehen. Den Alkoholund Drogensüchtigen kann in Entzugskliniken durch ärztliche Behandlung und psychologische Beratung geholfen werden.
Durch biologische Faktoren hervorgerufene Erkrankungen sind Meningitis, Enzephalitis, Polyiomyelitis, Tollwut usw. Die Meningitis kann durch Viren, Bakterien oder Protozoen hervorgerufen werden. Man kann sich dagegen schützen, indem man den Kontakt mit erkrankten Menschen oder Tieren vermeidet. Man soll nur dort baden und schwimmen, wo das Wasser sauber ist.
Projektaufgabe
Bildet Schülergruppen und erstellt Plakate über die Prävention des Drogenkonsums. Wendet euch an den Schulberater und das medizinische Personal.
Die Polyomyelitis (Kinderlähmung) wird von einem Virus verursacht, das durch die Mundschleimhaut in den Körper gelangen kann. Bei manchen Menschen zerstört das Virus die motorischen Nervenfasern, sodass Lähmungen auftreten. Die Schutzimpfung gegen Polyomyelitis wird erstmals kurz nach der Geburt verabreicht, in den ersten Lebensmonaten mehrere Male wiederholt und später alle fünf Jahre aufgefrischt. Die Tollwut wird vom Tollwutvirus verursacht, das durch den Biss infizierter Tiere auf den Menschen übertragen wird. Wenn man von einem Tier gebissen wurde, muss man innerhalb der nächsten 48–72 Stunden gegen Tollwut geimpft werden. Der Impfschutz hält etwa fünf Jahre lang an. Wenn der Infizierte keine Impfung gegen Tollwut erhält, stirbt er in kurzer Zeit, weil das Virus die Nervenzentren im Hirnstamm angreift (Atmungs- und Herzzentren).
Erfahre mehr!
Es ist wichtig zu wissen, gegen welche gefährlichen Krankheiten man sich impfen lassen kann. Impfungen schützen vor Krankheiten. Eine Risiko-Nutzen Analyse, aber auch die individuellen Besonderheiten sollen berücksichtigt werden für jede Art von Impfung.
Das NS funktioniert normal bei optimaler Dauer von Schlaf, aktiver Erholung, Arbeit und Lernen. Eine Korrelation mit dem Alter, den klimatischen Gegebenheiten und dem allgemeinen Gesundheitszustand ist wichtig. Wie bei den Muskeln ist es nötig, das Gehirn zu trainieren. Dabei sollen Tätigkeiten geübt werden, die die Aufmerksamkeit, das Gedächtnis und das Denken fördern. Die Überbelastung des NS, aber auch das Fehlen intellektueller Tätigkeiten führen zu einem Schwinden der geistigen Fähigkeiten und zum Auslösen von latenten Krankheiten. Die Parkinson-Krankheit, die Alzheimer-Demenz, die Epilepsie sind Krankheiten des NS.
Die medizinische Fachdisziplin, die sich mit der Diagnose und Behandlung der Krankheiten des NS beschäftigt, ist die Neurologie. Einige Erkrankungen des Gehirns können schwere psychische Störungen hervorrufen; z. B. Depressionen oder Schizophrenie. Solche Störungen werden vom Psychiater diagnostiziert und behandelt. Emotionale Störungen werden mithilfe des Psychologen und des Psychotherapeuten behandelt. Empfehlungen für ein gesundes NS:
• Lüfte die Wohnung, das Schlaf- oder Arbeitszimmer, damit das Gehirn Sauerstoff bekommt.
• Iss glukosehaltige Lebensmittel und solche, die Vitamine enthalten (zum Beispiel Vitamin B1, B6, B9, B12, C), Ca, Mg, Zn.
• Sorge dafür, dass du 7–8 Stunden schläfst, im Dunkeln, ohne Lärm, in einem passenden Bett.
• Eigne dir effiziente Lerntechniken an, damit du in der Schule auf lange Sicht gut vorankommst.
• Kommuniziere direkt mit deinen Mitmenschen, wähle deine Freunde sorgfältig aus, lerne deine Gefühle so auszudrücken, dass keine Gefahr besteht, dass du oder andere dabei verletzt werden.
• Nimm dir Zeit für deine bevorzugten Freizeitaktivitäten, entwickle deine angeborenen Begabungen und Talente; lerne lebenslang Neues!
Anwendungen
Finde heraus, was für Lerntechniken deine Mitschüler mit guten Schulergebnissen anwenden. Wähle dir einige Lernstrategien aus und wende sie an!
Hygiene der Sinnesorgane
Hygiene der Augen
Die Augen können durch verschiedene Faktoren beeinträchtigt werden. Das Sehvermögen kann zeitweilig oder dauerhaft leiden, wenn die Augen und die Hände nicht sauber gehalten werden, durch zu schwaches oder zu starkes Licht, durch den Abstand zwischen Augen und Buch/Heft (er soll etwa 30 cm betragen); durch Nichteinhaltung der Schutzmaßnahmen am Arbeitsplatz. Das Licht sollte von der Seite oder von oben kommen, nicht von der Seite der Hand, mit der wir schreiben. Nach einer Sonnenfinsternis benutzt man spezielle Schutzbrillen wegen des starken Lichts. Bei einem Mangel an Vitamin A können die Sehpigmente nicht in ausreichendem Maße hergestellt werden,
das Sehvermögen nimmt ab. Durch Verabreichen des Vitamins wird der Mangel behoben.
Die Bindehautentzündung ist eine Erkrankung der Augenbindehaut, die von verschiedenen Krankheitserregern hervorgerufen wird.
Man kann der Fehlsichtigkeit entgegenwirken, wenn man die Regeln der Augenhygiene beachtet. Manche Sehschwächen sind erblich oder altersbedingt und können nur behandelt, aber nicht beseitigt werden. Es ist wichtig, dass man sich die Brillen vom Augenarzt verschreiben lässt (Abb. 1). Das Erblinden kann durch Veränderungen der Augen oder Verletzungen des NS verursacht werden: die Trübung der Augenlinse (beim Grauen Star), die Veränderung des Augeninnendrucks (beim Grünen Star), das Ablösen der Netzhaut, die Beschädigung des Sehnervs (durch Tumoren der Hypophyse oder bei Vergiftung mit Methylalkohol), die Zerstörung der Sehrinde (durch Verletzungen oder Tumoren).
Projektaufgabe
Vergleicht die Vor- und Nachteile der Lektüre in gedruckter und digitaler Form.
Abb. 2 Informationsquellen für das Lernen
Abb. 1 Untersuchung beim Augenarzt
Hygiene der Ohren
Die Gesundheit der Ohren und das Hörvermögen können durch verschiedene Umweltfaktoren oder durch schlechte Gewohnheiten beeinträchtigt werden. Die verschiedenen Abschnitte des Ohres oder die nervösen Strukturen können beschädigt werden. Im äußeren Gehörgang entsteht manchmal ein Ohrenschmalzpfropf, sodass man tiefere Töne nicht mehr gut hören kann. Wenn man Ohrhörer lange benutzt, kann sich vermehrt Ohrenschmalz bilden als Reaktion auf den Fremdkörper.
Die Außenohrentzündung ist eine Entzündung des äußeren Gehörgangs, die nach dem Besuch von Schwimmbädern oder durch unsachgemäßes Säubern der Ohren mit unsterilen Gegenständen auftreten kann.
Durch sehr lauten Lärm oder durch spitze Gegenstände kann das Trommelfell verletzt werden. Es kommt zu einer Minderung des Hörvermögens, aber nicht zur Taubheit. Das Zerstören der häutigen Gehörschnecke und des Hörnervs bewirken den kompletten Hörverlust (Taubheit) auf einem Ohr. Die Schädigung des Hörfeldes einer Großhirnhälfte bewirkt eine Minderung des Hörvermögens beider Ohren. Die Ursache dafür ist die Kreuzung der Fasern der Hörbahn im Gehirn. Bei Infektionen des Rachens gelangen die Krankheitserreger über die Eustachische Röhre ins Mittelohr und verursachen die Mittelohrentzündung (Abb. 3), die man vermeiden kann, wenn man die Infekte des Rachens richtig kuriert.
Eustachische Röhre
Abb. 3 Mittelohrentzündung
Hygiene der Nase
Damit der Geruchssinn gut funktioniert, soll man Schläge auf die Nase vermeiden, aber auch
fremde Stoffe und Infektionen der Nasenschleimhaut. Heiße Dämpfe oder flüchtige chemische Stoffe verursachen Verbrennungen der Schleimhaut und beeinträchtigen die Riechschleimhaut. Feine Staubpartikel aus der Luft und andere Allergene (Stoffe, die allergische Reaktionen hervorrufen) verursachen die Rhinitis, eine Entzündung der Nasenschleimhaut mit verstopfter Nase und wässriger Sekretion aus der Nase. Die nasalen Polypen können Atembeschwerden hervorrufen, vor allem beim Schlafen. Weniger Sauerstoff wird ins Blut aufgenommen, sodass das Gehirn zu wenig Sauerstoff bekommt. Man entfernt die Polypen operativ.
Da Ohren, Nase und Kehlkopf durch den Rachen verbunden sind, werden Erkrankungen dieser Organe vom Hals-Nasen-Ohren-Arzt diagnostiziert und behandelt. Das medizinische Fachgebiet für solche Erkrankungen ist HNO (Hals-Nasen-Ohren-Heilkunde). Aufgrund der Verbindung zwischen dem Hörzentrum und dem Sprachzentrum können gehörlos geborene Personen nicht artikuliert sprechen.
Hygiene der Zunge
Folgende Faktoren können Verletzungen der Zunge und eine Beeinträchtigung der Geschmackswahrnehmung hervorrufen: mechanische (Schläge, Beißen auf die Zunge, Schnittverletzungen), physikalische (zu heiße oder zu kalte Speisen), chemische (Giftstoffe, die in den Mund gelangen) biologische (Viren, Bakterien, mikroskopische Pilze). Häufige Erkrankungen sind die aphthöse Stomatitis (Abb. 4) und die orale Candidose (Abb. 5). Durch gesunde Ernährung, Sauberhalten der Mundhöhle und der Hände kann man die Erkrankungen vermeiden. Für die Behandlung werden Antimykotika verabreicht.
Abb. 4 Aphthöse Stomatitis auf der Zunge
Abb. 5 Orale Candidose auf der Zunge
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Hygiene der Haut
Die Haut steht mit Faktoren aus Wasser, Luft und Boden in Kontakt, aber auch mit der Haut anderer Menschen oder mit Tieren.
Mechanische Faktoren, welche die Haut schädigen, sind spitze, scharfe Gegenstände, die mehr oder weniger tiefe Verletzungen hervorrufen. Es besteht die Gefahr, dass die „Mikroben” in die Wunde eindringen und sowohl die Haut als auch den Körper infizieren. Die Wunde muss desinfiziert werden (mit Wasserstoffperoxid oder Rivanol). Die Hautpartie, welche die Wunde umgibt, wird ebenfalls gesäubert (mit Spiritus oder Jodtinktur).
Physikalische Faktoren, die Hautschäden verursachen, sind extreme Temperaturen und Strahlungen. Hohe Umgebungstemperaturen (über 46 °C) und starke Sonnenstrahlen können die Haut verbrennen (Abb. 6). Eine oberflächliche Verbrennung, bei der nur die Epidermis betroffen ist, bezeichnet man als Verbrennung I. Grades. Man kühlt mit Leitungswasser und benutzt eventuell Spezialsprays. Wenn sowohl die Oberhaut als auch die Lederhaut betroffen sind, spricht man von einer Verbrennung II. Grades. Es entstehen mit Flüssigkeit gefüllte Blasen. Es wird längere Zeit unter fließendem Wasser gekühlt, dann mit einem sterilen Verband locker abgedeckt. Für eine kleinflächige Verbrennung wird nicht der Krankenwagen gerufen, aber die Person ins Krankenhaus gebracht. Eine Verbrennung III. Grades zerstört die Oberhaut, die Lederhaut und zum Teil tiefer gelegenes Gewebe. Die verbrannte Fläche wird mit sterilen Verbänden abgedeckt und die Person ins Krankenhaus transportiert. Bei Verletzungen IV. Grades kommt es zur Verkohlung von Gewebe.
Wenn die Haut längere Zeit niedrigen Temperaturen ausgesetzt ist, entstehen Erfrierungen (eingeteilt in 4 Schweregrade). Der Körper muss langsam gewärmt werden, ohne die erfrorenen
Erinnere dich!
• Erinnere dich an die von großflächigen Verbrennungen ausgehenden Gefahren!
Körperteile zu reiben. Es wird kein Alkohol verabreicht, sondern warme Getränke.
Verätzungen können von chemischen Faktoren verursacht werden (Säuren oder Basen, die im Labor oder beim Putzen der Wohnung verwendet werden). Bei einer Verätzung durch ungelöschten Kalk muss die Lauge zuerst mit Tupfern aufgenommen und entfernt werden. Danach spült man mit Wasser. Bei Verätzungen durch andere Substanzen spült man mit Leitungswasser (23–30 Minuten zwecks Verdünnung), danach neutralisiert man die Substanz: mit in Wasser gelöstem Bikarbonat bei Verätzungen durch Säuren und mit Essig bei Verätzungen durch Basen. Unsachgemäßes oder übertriebenes Schminken kann die Haut schädigen. Die Haare können ausfallen oder leiden, wenn Haarkosmetika von Jugend an im Übermaß angewendet werden.
Biologische Faktoren, die die Haut krank machen, gehören zu verschiedenen Organismengruppen (Bakterien, Pilze, Gliederfüßer), aber auch zu den Viren (wie das Herpesvirus). Manche Pilze verursachen Mykosen der Haut (Fußpilz), der Nägel (Onychomykose) oder der Haare (Trychophytie). Da die Behandlung langwierig ist, sind die Vorbeugungsmaßnahmen wichtig: nur eigene Sachen benutzen (Kamm, Bettlaken, Handtuch, Seife), nach dem Besuch im Fitness-Studio oder im Schwimmbad Körperhygiene betreiben, saubere Kleidung tragen, gekaufte Kleidung vor dem Tragen waschen, Schuhe putzen (Schuhwerk ab und zu desinfizieren und Materialien benutzen, die den Schweiß aufsaugen). Parasitische Gliederfüßer, über die ihr in der 5. Klasse gelernt habt, sind die Krätzmilben und die Läuse, die heutzutage seltener geworden sind.
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Die medizinische Fachdisziplin, die für die Diagnose und Behandlung der Hautkrankheiten zuständig ist, ist die Dermatologie. In der Pubertät können einige Störungen, die die Haut betreffen, eine dermatologische ärztliche Kontrolle erforderlich machen.
Abb. 6 Verbrennungen I., II. und III. Grades
Hygiene des Bewegungssystems
Bestimmte Risikofaktoren verursachen Schädigungen des Bewegungssystems; Muskeln, Sehnen, Gelenkbänder, Gelenke oder Knochen können betroffen sein. Die Behandlung der angeborenen oder der später auftretenden Erkrankungen wird in der orthopädischen Praxis durchgeführt. Manche Schäden müssen über einen längeren Zeitraum mithilfe der Physiotherapie behandelt werden. Man muss bestimmte Regeln einhalten, um gesund zu werden. Eine zu starke Belastung der Bewegungsorgane, aber auch ein Mangel an Bewegung können schaden. Bei einem Unfall ist es wichtig, korrekte Erste-Hilfe-Maßnahmen durchzuführen.
Die Muskelermüdung und der Muskelkater können nach längerer körperlicher Anstrengung auftreten, wenn die Reservestoffe verbraucht sind und im Muskelgewebe Milchsäure gebildet wird (insbesondere bei nicht trainierten Muskeln). Der Milchsäureüberschuss verursacht Muskelschmerzen, was die Bewegungen erschwert (Abb. 7) Trotzdem vergeht der Muskelkater schneller bei leichter Bewegung, wobei die Muskeln nicht überanstrengt werden sollen.
Muskelzerrungen und Muskelrisse treten bei Sportunfällen und heftigster Anstrengung auf. Die Muskelfasern reißen und verursachen Schmerzen. An der Hautoberfläche erscheinen Hämatome und der betroffene Muskel ist angespannt und entzündet (Abb. 8). In den ersten Tagen kühlt man mit Eis, dann beginnt man, den Muskel unter ärztlicher Aufsicht langsam wieder an Belastungen zu gewöhnen. Verstauchungen sind Zerrungen oder Überdehnungen der Gelenkbänder, ohne dass die Knochen dabei verrenkt werden. Gelenkbänder fixieren die Knochen, deren Enden am Gelenk beteiligt sind. Sie stabilisieren das Gelenk. Sie sind elastisch, werden aber durch plötzliche Zerrung oder Dehnung geschädigt. Man stellt das Gelenk ruhig und kühlt mit Eis. Man benutzt elastische Binden, um einen Stützverband anzulegen (Abb. 9). Wenn man ein lautes Reißgeräusch (Knall) hört, kann es sein, dass das Gelenkband gerissen ist. Dann muss man sich schnell in ärztliche Behandlung begeben. Bis dahin kühlt man das Gelenk mit Eis.
Verrenkungen geschehen nach starker Überbelastung und führen zum Reißen der Gelenkbänder und zum Verschieben der Knochenenden, sodass eine Fehlstellung der Knochen zueinander sichtbar
• Welche Bezeichnungen tragen die Organe des Bewegungssystems? Wie sind diese Organe miteinander verbunden? Erinnere dich!
Abb. 8 Schädigung der Gelenkbänder bei Verstauchung des Knöchels
Abb. 10 Verrenkung der Schulter – der Oberarmknochen wird nach vorne oder nach hinten verschoben
wird (Abb. 10). Erste-Hilfe-Maßnahmen bestehen im Kühlen mit Eis, Ruhigstellen und Stabilisieren mit elastischer Binde.Man reibt und massiert nicht. Nur der Facharzt für Orthopädie kann die Knochen wieder korrekt einrenken, ohne bleibende Schäden.
Abb. 7 Person mit Muskelschmerzen
Abb. 9 Anlegen eines Stützverbandes am Knöchel
Knochenbrüche (Frakturen) (Abb. 11 und 12) können geschlossen sein (wenn das Gewebe um den Knochen herum nicht verletzt ist) oder offen (wenn Muskeln und Haut verletzt sind und die Knochenenden oder Knochensplitter herausragen). Es müssen effiziente Erste-Hilfe-Maßnahmen durchgeführt werden mit anschließender medizinischer Versorgung durch den Arzt. Bei geschlossenen Knochenbrüchen werden zur Ruhigstellung des Knochens Schienen angelegt, die die beiden benachbarten Gelenke des gebrochenen Knochens umfassen müssen. Die Schienen werden mit einem Verband, Tuch oder Schal befestigt. Bei offenen Knochenbrüchen muss zuerst die Blutung gestillt, dann die Wunde mit einem sterilen Verband bedeckt und verbunden und danach zwei Schienen angelegt werden. Der Verletzte wird sofort ins Krankenhaus gebracht. Der Arzt operiert und bringt die Knochenbruchstücke in die richtige Lage, dann legt er für zusätzliche Stabilität einen Gipsverband an, sodass der Knochen wieder zusammenwachsen kann.
Die Verformungen der Wirbelsäule (Abb. 13) kommen durch die Veränderung der natürlichen Krümmungen der Wirbelsäule zustande. Um Verformungen vorzubeugen, sind fehlerhafte Körperhaltungen zu vermeiden. Durch Krankengymnastik können Haltungsschäden korrigiert werden. Die Kyphose ist eine nach hinten orientierte, konvexe Krümmung der Brustwirbelsäule, sodass ein Rundrücken entsteht. Die Kyphose kann durch krummes Sitzen hervorgerufen werden. Die Lordose ist eine Krümmung der Lendenwirbelsäule, die nach vorne verläuft, sodass ein Hohlkreuz entsteht. Das Tragen von hochhackigen Schuhen im Wachstumsalter begünstigt diese Art der Fehlstellung. Die Skoliose ist eine seitliche Verkrümmung der Wirbelsäule.Sie kann auftreten, wenn schwere Dinge über längere Zeit immer wieder auf derselben Schulter getragen werden. Knochenverformungen können auch an anderen Knochen auftreten. Die Rachitis (aufgrund von Vitamin-D-Mangel und zu wenig Sonnenlicht) verformt die Knochen des Brustkorbs (Brustbein, Rippen) und die der unteren Gliedmaßen (insbesondere in der frühen Kindheit, wenn das Kleinkind zu gehen beginnt) (Abb. 14). Der Plattfuß, eine Fußfehlstellung, kann genetische Ursachen haben. Deshalb ist es schwierig, vorzubeugen. Plattfuß wird mithilfe von ergonomischen Schuhen, die das Fußgewölbe während des Gehens aufrichten, korrigiert. So vermeidet man das Fortschreiten der Verformung der unteren Gliedmaßen und der Hüften.
Röntgenbild; Metallplatten fixieren die Knochen während der Heilung
Fraktur der Speiche
Abb. 12 Unterarmfrakturen
Abb. 13 Verformungen der Wirbelsäule
Abb. 11 Geschlossener Bruch (von innen und von außen) und offener Bruch am Oberarm
Fraktur der Elle und der Speiche
Abb. 14 Verformungen der Gliedmaßenknochen
Kyphose Lordose Skoliose
normale Wirbelsäule
WIEDERHOLUNG
Erinnere dich an die wichtigsten Begriffe, die du in diesem Kapitel gelernt hast, und ergänze die Lücken.
I. Reizbarkeit und Bewegungen der Pflanzen
1. Die ... Bewegungen der Pflanzen, wie zum Beispiel die Verbreitung der ... , beruhen auf physikalischen Mechanismen.
2. Die aktiven Bewegungen der Pflanzen verbrauchen ... und sind: a. ... (Orientierungsbewegungen, die von der Richtung der Reize aus der Umwelt abhängig sind): ... (zum Licht), ... (von der Gravitation bestimmt), ... (zum Wasser aus dem Boden) und der Chemotropismus (in Richtung der ... aus dem Boden); b. ... (hervorgerufen durch die Veränderung der Reizintensität): ... (bei Veränderung des Lichtes), ... (beim Verändern der Temperatur) und ... (beim Einwirken mechanischer Faktoren); c. ... (freie Bewegung zur Reizquelle): ... (um die Photosynthese durchzuführen), ... (damit die Befruchtung geschieht).
II. Reizbarkeit und Bewegung bei Wirbeltieren
Das Sehen der nachtaktiven Tiere geschieht durch zahlreiche ... -zellen. Monokulares Sehen ist vorhanden bei Tieren, deren Augen ... am Kopf sind, während die Tiere deren Sehen ... ist, die Augen nach ... gerichtet haben. Die Augen der Festlandtiere werden geschützt von den ... und der ...
Das Hören wird gesichert vom ... , demjenigen Abschnitt des Ohres, der bei allen Wirbeltieren vorkommt. Das Mittelohr kommt bei Wirbeltieren vor, mit Ausnahme der ... . Im Mittelohr gibt es ein einziges Gehörknöchelchen (bei ... , ... und Vögeln) oder drei Gehörknöchelchen (beim ... ). Im Bau des ... –ohres kommt der äußere Gehörgang vor bei ... und bei ... , wobei letztere auch eine ... mit unterschiedlichen Formen und Größen besitzen.
Die ... Sinne sind der Geruchssinn und der ... . Der ... -sinn ist für die Tiere wichtig, zum ... des Reviers und zum Erkennen der ... und der ... -quellen. Der ... -sinn wird von sehr vielen Rezeptoren gesichert (bei ... ) oder fehlt (bei ...).
Die Tastempfindlichkeit wird von der Haut gesichert, die dünn ist (bei ... und ... ), oder dick ist (bei ... ). Die Haut kann überall mit ... bedeckt sein (bei Fischen, ... ), oder teilweise (bei ... ). Typisch für die Haut der Vögel sind ... , ... und ... , und für die Haut der ... sind die Haare charakteristisch.
Die Bewegung ist an die jeweilige Umwelt angepasst. Die Landtiere bewegen sich durch: a. Kriechen; b. ... und Laufen, bei ... (die auf die gesamte Sohle treten), bei ... (die den Boden nur mit den Zehen berühren) und bei ... (die zum Treten nur die behuften Zehenspitzen aufsetzen); c. ... bei Tieren, deren vordere Gliedmaßen ... sind als die ... Im Wasser können die Tiere schwimmen dank der ... Gestalt des Körpers und der paarigen und unpaarigen ... (bei ... ), dank der Gliedmaßen, die in ... umgewandelt sind (bei Säugetieren) und dank der ... -haut (bei ... und bei den Wasser ... ). Tiere, die fliegen, zum Beispiel Vögel, haben ... (mit Federn, ... , ... ).Sie benutzen sie für den ... oder für den Ruderflug; bei den fliegenden Säugetieren ( ... ) sind die ... , ... Gliedmaßen und der Schwanz durch die ... miteinander verbunden.
III. Reizbarkeit und Bewegung beim Menschen
Das Nervensystem ist gebildet aus Organen mit ...-gewebe, welches aus ... und Gliazellen besteht. Neuronen haben einen ... (mit Zellkern) und Fortsätze ( ... und Dendriten) und sind verknüpft durch ... . Das ZNS besteht aus Gehirn und ... . Das Gehirn besteht aus ... , Kleinhirn und ... . Das Rückenmark wird in fünf Abschnitte eingeteilt: Halsbereich, ... , ... , ... und Steißbeinabschnitt. In den Organen des ZNS bilden die Neuronen die ... Substanz und die ... Substanz. In einigen Organen des ZNS findet man die ... Substanz innen, im ... und im ... befindet sie sich außen, wo sie die ... und die ... bildet. Das PNS besteht aus ... (Hirnnerven und ... ) und Ganglien oder ... . Die Nerven kann man auch nach ihrer Rolle einteilen (je nach Faserqualität): ... , motorische und ... . Die ... -nerven und vier Paar ... sind gemischt. Die wichtigsten Funktionen des NS sind die ... und die ... . Die Komponenten des Reflex ... sind: ... , afferente Bahn ( ... ), Reflexzentrum, ... Bahn (motorisch) und ... . Die Reflexe, deren Reflexzentrum sich im ... befindet, können willkürlich sein und haben ... Muskeln als Effektoren. Die Leitfunktion des NS wird von Leitbahnen gesichert, welche die Nervenimpulse auf- und absteigend leiten, zwischen ... und Rückenmark.
Die Sinnesorgane enthalten Rezeptoren, von denen die Nervenimpulse durch ... Nervenfasern (aus dem PNS) und aufsteigende Bahnen (aus dem ... ) bis zu dem ... Rindenfeld, wo die bewusste ... entsteht, geleitet werden. Im Bau des Auges erkennt man die Anhangsorgane und den ... , mit: a. der Außenschicht (die aus ... und ... besteht); b. der mittleren Schicht (umfasst ... , ... und ... ); c. der inneren ... (..., mit Zapfenzellen, für das Sehen der ... bei Tag und mit ... für das ... Sehen bei Nacht); d. die lichtbrechenden Mittel ( ... , Kammer ... , Augenlinse, ... -körper). Die Ziliarmuskeln verändern die ... der Augenlinse, während der ... , je nach Abstand zwischen ... und Auge. Die Muskeln der Iris verändern den Durchmesser der ... , sodass die Lichtmenge geregelt wird, die auf die ... gelangt.
Das menschliche Ohr besteht aus ... (mit Ohrmuschel und ... ), Mittelohr (mit ... , ... , Steigbügel, zwischen Trommelfell und ... Fenster) und Innenohr (mit dem ... Labyrinth, welches das häutige ... enthält, gebildet aus drei ... und ... (mit ...-rezeptoren) und ... (mit Gehörsinneszellen).
Die Nase enthält Rezeptoren in der ...-schleimhaut im ... Teil der Nasenhöhlen, und die Zunge ist von der ...-schleimhaut bedeckt mit Erhebungen, den Geschmacks ... (mit unterschiedlicher Form und Anordnung), welche die ...-knospen (mit Rezeptoren) enthalten. Die Haut besteht aus drei Schichten ( ... , Lederhaut, ... ) und verhornten Anhangsgebilden ( ... und ... ) und ... (...-drüsen und Talgdrüsen).
Die endokrinen Drüsen sondern Stoffe ab, die ... , welche vom ... transportiert werden bis zu den ...-organen, deren Tätigkeit sie beeinflussen. Die wichtigsten endokrinen Drüsen sind: die (an der Gehirnbasis), die (auf der Vorderseite des Halses), die ... (über den Nieren) und die Bauchspeicheldrüse (links von ... ), die auch eine ... Sekretion hat. Die wichtigsten Tätigkeiten der Hormone sind: a. steuern Wachstum und Entwicklung des Körpers (das ...-hormon, die ... hormone und die ... , welche die Unterschiede zwischen den beiden Geschlechtern hervorrufen); b. steuern die Anpassung an starke Belastungen ( ... und ... , abgesondert von den Nebennieren); c. regeln den Blutzuckerspiegel (das ... , abgesondert von der endokrinen Bauchspeicheldrüse).
Die endokrinen Störungen können das Wachstum beeinflussen ( ... und ... ), die Entwicklung des Gehirns beeinträchtigen ( ... ) oder die Glukosemenge im Blut erhöhen ( ... ). Erkrankungen, die durch Hyposekretion entstehen, behandelt man mithilfe von ... Hormonen und Erkrankungen, die wegen einer ... erscheinen, behandelt man mit Substanzen, die dem überschüssigen Hormon entgegengesetzt wirken.
Zum Bewegungssystem gehören ... , die von ... an den Knochen befestigt sind. Nach der Form teilt man Knochen ein in ... (Femur), breite (...) und ... (Wirbelknochen). Die Knochen sind durch starre, ... , oder bewegliche ... verbunden. Die Skelettmuskeln bestehen aus ... Muskelgewebe, gebildet aus langgestreckten Zellen, den ... (mit mehreren ... und spezifischen Zellorganellen, genannt ... , mit kontraktilen Proteinen). Die wichtigsten Eigenschaften der Skelettmuskeln sind: ... , ... (Bewegung der Knochen), die Dehnbarkeit und die ... (wenn die Kraft nicht mehr einwirkt, nimmt der Muskel seine ursprüngliche Form an). Knochenhebel werden von zwei Muskeln betätigt ( ... ) die sich nacheinander zusammenziehen oder ... ; zum Beispiel – Bizeps und ... . Muskeln, Knochen und Gelenke arbeiten gemäß den Hebelgesetzen. Die Hebelelemente sind: die aktive Kraft, der ... , der kontrahiert, ... , dargestellt von den Knochen, und der Stützpunkt, nämlich ... . Auch mechanische Systeme arbeiten nach demselben Hebelprinzip.
Vorschläge für Portfolioaufgaben
Abb. 1 NS und Bewegungssystem arbeiten zusammen
Nervensystem: Prüfungsvorbereitung (körperlich, emotional, geistig) • Das Tagebuch eines Jugendlichen (Aufzeichnung der intellektuellen Tätigkeit) • Alkoholkonsum und Verkehrsunfälle • Auswirkungen des Drogenkonsums • Krankheiten des Nervensystems, die zu Essstörungen führen • Kommunikation bei Tieren und Menschen • Abhängigkeit von verschiedenen Stoffen • Abhängigkeit von der Technik Sinnesorgane: Bionik und Wahrnehmung • Hautkrankheiten, die man von Tieren bekommt • Untersuchung beim Facharzt: HNO, Ophthalmologie • Sauberhalten der Wohnung • Hygienemaßnahmen in der Schule Bewegungssystem: Entwicklung des Bewegungssystems durch Sport • Sportverletzungen • Sportliche Höchstleistungen • Erste Hilfe bei Verletzungen • Bionik und Bewegung • Trainingstagebuch
Aufgabe I (20 Pkte.)
KENNTNISÜBERPRÜFUNG
Notiere den Buchstaben, der der richtigen Antwort entspricht (nur eine Variante ist richtig):
1. Befehle für willkürliche Bewegungen entstehen: a. im Hirnstamm; b. in der Kleinhirnrinde; c. in der Großhirnrinde; d. im Rückenmark.
2. Die neuromuskuläre Synapse geschieht: a. im Reflexzentrum; b. beim Kontakt mit dem Rezeptor; c. zwischen der efferenten Bahn und dem Effektor; d. in den Ganglien entlang der efferenten Bahn.
3. Bewusste Empfindungen entstehen: a. im Rezeptor; b. zwischen Rezeptor und Großhirnrinde; c. in den motorischen Rindenfeldern; d. in den sensitiv-sensorischen Rindenfeldern.
4. Der Kniesehnenreflex: a. schließt sich im Hirnstamm; b. bewirkt das Strecken; c. erfolgt weil sich der Rezeptor sich in der Haut befindet; d. sichert das Zurückziehen beim Einwirken eines schädlichen Reizes.
5. Die Muskeln sind an den Knochen befestigt mithilfe der: a. Gelenkbänder; b. unbeweglichen Knochenverbindungen; c. Sehnen; d. Epiphysen.
Aufgabe II (20 Pkte.)
1. Assoziiere die passenden Begriffe aus den drei Spalten (zum Beispiel a 2 B); mehrere Zuordnungen können richtig sein:
Sinnesorgan Elemente
a. Auge
b. Ohr
c. Nase
d. Zunge
e. Haut
1. Gehörknöchelchen
2. Augenlinse
3. Schweißdrüsen
4. Geschmacksknospen
5. Netzhaut
6. Riechschleimhaut
7. Gehörschnecke
Rolle
A. Leitung und Anpassung der Schallschwingungen
B. Lichtbrechung bei der Akkomodation
C. Schweißabsonderung
D. Aufnahme der Geschmacksreize
E. Umwandlung des Geruchsreizes in einen Nervenimpuls
F. Photorezeption
G. Rezeption der Schallwellen
2. Assoziiere die passenden Begriffe aus den drei Spalten (zum Beispiel b 4 B); mehrere Zuordnungen können richtig sein:
Körperabschnitte
a. Kopf
b. Rumpf
c. Oberarm
d. Oberschenkel
Aufgabe III (15 Pkte.)
Knochen
1. Humerus
2. Femur
3. Gehirnschädel
4. Rippen
Muskeln
A. Mimikmuskeln
B. Brustmuskeln
C. Schneidermuskel
D. Vierköpfiger Muskel
E. Bizeps
F. Trizeps
Überdenke und erkläre folgende Problemstellung. Fünf Patienten, deren Symptome durch Laborbefunde bestätigt wurden, stellen sich beim Endokrinologen vor. Präzisiere die betroffenen endokrinen Drüsen, die Art der Funktionsstörung und die Bezeichnung der endokrinen Erkrankung.
• Patient A: erhöhter Blutzuckerspiegel, Glukose im Urin.
Schreibe einen 10–15 Zeilen langen Text zum Thema: „Reflexe des Auges“. Arbeite nach folgendem Plan: Komponenten des Reflexbogens, Art des Reizes, Reflexzentrum und Effektor bei: der Veränderung des Pupillendurchmessers, der Akkomodation, dem Lidschlussreflex, dem Tränenflussreflex, dem Bewegen der Augen.
Von Amts wegen 10 Punkte.
Empfohlene Arbeitszeit: 50 Minuten
BEWERTUNG
Aufgabe I 20 Pkte.
Aufgabe II 20 Pkte.
Aufgabe III 15 Pkte.
Aufgabe IV 35 Pkte.
Von Amts wegen 10 Pkte. INSGESAMT 100 Pkte.
Fortpflanzungsfunktion
Die Lehrinhalte, die du durchnehmen wirst:
• Fortpflanzungsfunktion
• Fortpflanzung bei Blütenpflanzen
• Andere Fortpflanzungsarten
• Fortpflanzung beim Menschen
• Besonderheiten der Geschlechtsvermehrung bei Wirbeltieren
• Elementare Hygiene beim menschlichen Fortpflanzungssystem
EINHEIT
Bewerte am Ende dieser Einheit die Tätigkeit, die du in diesen Lektionen durchgeführt hast. Fülle den Selbstbewertungsbogen auf Seite 6 aus, um deine Fortschritte zu verfolgen. Lege das Blatt zu deiner Arbeitsmappe.
Damit jeder Organismus im Laufe der Zeit überleben kann, erneuern seine Körperteile regelmäßig ihre Zellen und Zellorganellen. Zellen wachsen und vermehren sich; abgestorbene Zellen werden durch neue Zellen ersetzt, die aus der Teilung anderer Zellen entstehen.
Zwar hat jeder Organismus eine begrenzte Lebensspanne (von wenigen Minuten oder Stunden bei Bakterien bis zu hunderten oder tausenden von Jahren bei manchen Bäumen), doch die Art, zu der ein Organismus gehört, überlebt auf unbestimmte Zeit (und viel länger) das Leben jedes Individuums. Manche Zellen, die Individuen produzieren, können neue Organismen bilden, die einander und dem Organismus, der sie hervorgebracht hat, ähnlich sind.
Manchmal reicht ein einzelnes Individuum, um Nachkommen zu zeugen. Ein Bakterium teilt sich in zwei identische Tochterzellen, die sich ebenfalls schnell teilen können.
Bei manchen Pflanzen kann ein abgeschnittenes und unter günstigen Bedingungen gepflanztes Teilstück eine neue Pflanze hervorbringen. Die Fortpflanzung erfolgt in diesem Fall ungeschlechtlich (Abb. 1), da weder verschiedene Individuen noch verschiedene Zellen desselben Individuums beteiligt sind. Die neu entstandenen Organismen sind identisch oder unterscheiden sich kaum von denen, aus denen sie entstanden sind.
Abb. 1 Beispiel für ungeschlechtliche Fortpflanzung. Aus den Sprossen, die am Blattrand erscheinen, können sich neue Pflanzen entwickeln.
Erinnere dich!
• Welche Grundfunktionen haben Lebewesen?
In anderen Situationen erfordert die Entstehung eines neuen Individuums die Vereinigung zweier Gameten – verschiedene Zellen, die von demselben Individuum (bei den meisten Pflanzen und wenigen Tieren) oder von zwei Individuen unterschiedlichen Geschlechts (bei wenigen Pflanzen und den meisten Tieren) erzeugt werden. Der Vorgang wird Befruchtung genannt. In diesem Fall erfolgt die Fortpflanzung geschlechtlich. Da der neue Organismus die Eigenschaften der Zellen kombiniert, aus denen er entstanden ist, erscheinen Unterschiede zwischen Eltern und Individuen derselben Generation (Abb. 2).
Abb. 2 Befruchtung, gefolgt von wiederholten Zellteilungen, zur Bildung ein neues Individuums.
Erfahre mehr!
Die ungeschlechtliche Fortpflanzung setzt eine große Stabilität bei der Weitergabe von Merkmalen an die nächste Generation voraus. Die neuen Individuen sind ihren Eltern sehr ähnlich. Die geschlechtliche Fortpflanzung sorgt durch den Informationsaustausch, der die Vereinigung zweier Zellen zweier verschiedener Individuen ermöglicht, für eine größere Vielfalt an Nachkommen. Von ihnen werden die am besten an ihre Umwelt angepassten überleben und wiederum Nachkommen hervorbringen.
Wenn bei der Fortpflanzung eine größere Anzahl neuer Individuen entsteht, kann man auch von Vermehrung sprechen.
Bei Samenpflanzen befinden sich die weiblichen und männlichen Fortpflanzungsorgane in der Blüte (Abb. 3). Sie bilden Gameten, die sich vereinigen, und dieser Vereinigung folgt die Umwandlung von Teilen der Blüte in Samen und Früchte. Durch das Keimen der Samen entstehen neue Pflanzen. Normalerweise bildet eine Pflanze viele Samen, doch nur wenige haben unter günstigen Bedingungen (fruchtbarer Boden, ausreichend Wasser, geeignete Temperatur) eine Chance zu keimen, um die nächste Generation sicherzustellen.
Bei Tieren und Menschen befinden sich die weiblichen und männlichen Fortpflanzungsorgane im Körper jeweils verschiedener Individuen (Abb. 4). Die Gameten können sich im Wasser vereinigen wie bei manchen Wasserorganismen (äußere Befruchtung), oder im Körper des Weibchens (innere Befruchtung). In der äußeren Umwelt sind die neuen Individuen Gefahren ausgesetzt. Daher muss die Zahl der befruchteten Zellen hoch sein. Im weiblichen Körper werden zukünftige Individuen viel besser geschützt. Daher muss ihre Anzahl nicht so groß sein.
Ein Maß für die Evolution von Tieren ist auch die Fähigkeit, sich durch spezifische Verhaltensweisen der Nahrungsaufnahme, des Schutzes und des Lernens um ihre Jungen zu kümmern und so überlebenswichtige Informationen zu übermitteln (Abb. 5)
Übungen
1. Übertrage den Lückentext in dein Heft und ergänze die fehlenden Begriffe. Die Fortpflanzung kann erfolgen, wenn das neue Individuum durch Teilung oder Fragmentierung eines anderen Individuums entsteht, oder , wenn zwei verschiedene Individuen beteiligt sind. Die Fortpflanungszellen der beiden Individuen heißen , ihre Vereinigung
2. Gebt Beispiele zu Wassertieren. Welche Jungen sind größeren Gefahren ausgesetzt und warum?
3. Gebt Beispiele von Tieren, die sich um ihre Jungen kümmern.
Abb. 4 Weibliches und männliches Fortpflanzungssystem beim Menschen
Abb. 5 Nachkommenfürsorge – Steigerung der Überlebensfähigkeit des Individuums und seiner Art
Abb. 3 Blüte mit Fortpflanzungsorganen
FORTPFLANZUNG DER BLÜTENPFLANZEN
Blütenbau bei Angiospermen (Bedecktsamern)
Die Blüte der Angiospermen (Bedecktsamer) ist ein Komplex von Fortpflanzungsorganen, die mehr oder weniger durch eine Blütenhülle geschützt werden (Abb. 1). Angiospermenblüten weisen eine große Formenvielfalt auf, ihre Strukturen sind jedoch ähnlich (Abb. 2).
Die Blüten sind symmetrisch: Durch ihre Mitte verlaufen eine einzelne Symmetrieebene (bilaterale Symmetrie) oder mehrere Symmetrieebenen (radiale Symmetrie).
Die Blütenhülle dient zum Schutz und, wenn sie bunt ist, zum Anlocken von Insekten oder anderen bestäubenden Tieren. Sind die Elemente der Hülle identisch, spricht man von Tepalen, die das Perigon P bilden (z. B. bei der Tulpe), sind sie unterschiedlich, spricht man von Kelchblättern (bilden Kelch K) auf der Außenseite und von Kronblättern (bilden Krone C) auf der Innenseite.
Was die Fortpflanzungsorgane betrifft, können Blüten eingeschlechtig sein, wenn sie entweder nur männliche oder nur weibliche Organe haben, oder zwittrig, wenn in derselben Blüte sowohl männliche Fortpflanzungsorgane, Staubblätter (bilden Androeceum A), vorkommen als auch weibliche Fortpflanzungsorgane, Fruchtblätter (bilden Gynoeceum G).
Anwendungen
Erinnere dich!
• Welches sind die Hauptmerkmale der Angiospermen? Welche Angiospermengruppen gibt es? Welche Merkmale haben die Blüten der beiden Hauptgruppen der Angiospermen (Bedecktsamer)?
Ein Staubblatt besteht aus einem Staubfaden, an dessen Kopfende sich der Staubbeutel befindet, in dem sich der Pollen bildet. Ein Fruchtblatt (auch Stempel genannt) besteht aus dem Fruchtknoten (wo sich die Samenanlagen bilden), dem Griffel und der Narbe. Die Anzahl der Blütenelemente variiert, ist aber allgemein ein Vielfaches von 3 (bei einkeimblättrigen Pflanzen, z. B.: Tulpe), von 4 oder von 5 (bei zweikeimblättrigen, z. B.: Raps, Karotte usw.); oder die Elemente können zahlreich sein (die Blüte der Weißen Seerose).
Sowohl die Elemente der Blütenhülle als auch die Fortpflanzungsorgane sind am Blütenboden, dem verdickten Teil des Blütenstiels, befestigt. Manchmal befinden sich die Fruchtblätter zum Schutz im Inneren des Blütenbodens. Anzahl und Lage der Blütenelemente lassen sich mit der Blütenformel darstellen.
Betrachte die beiden Bilder und identifiziere die oben aufgeführten Blütenelemente.
Abb. 1 Bau der Blüte
Staubblatt
Staubbeutel
Staubfaden
Kronblatt
Eizelle
Blütenboden
Kelchblatt
Blütenstiel
Narbe
Griffel
Stempel (Fruchtblatt)
Abb. 2 Schnitt durch die Blüte
Fruchtknoten
Anwendungen
Betrachte Abb. 3. Welche Blüten kennst du? Benenne sie!
Beachte die Vielfalt an Formen und Farben. Welche Rolle spielen bunte Blütenblätter?
Identifiziere die sichtbaren Blütenelemente. Wie kannst du feststellen ob sie zu zweikeimblättrigen (Dikotylen) oder einkeimblättrigen (Monokotylen) Pflanzen gehören? Nenne aus jeder Gruppe je ein Beispiel!
Abb. 4 Arten von Blütenständen
Übungen
Abb. 3 Blüten und Blütenstände
Betrachte die Bilder in Abb. 4 Mit Gelb sind die Blüten dargestellt. Die erste ist eine isolierte Blüte (eine einzelne Blüte am Blütenstiel), die anderen sind gruppiert und bilden Blütenstände.
Kehre zurück zu Abb. 3 und versuche festzustellen, welche Blüten isoliert und welche in Blütenständen gruppiert sind.
Zeichne einen Blütenstand und sein Schema in dein Heft.
1. Benenne die männlichen und die weiblichen Blütenelemente!
2. Worauf sind die Elemente der Blütenhülle befestigt? Und die Fortpflanzungsorgane?
3. Wie heißen die Elemente der Blütenhülle und welche Rolle haben sie?
4. Erinnere dich an den Bau des Blattes, den du im letzten Jahr gelernt hast, und vergleiche ihn mit dem der Blüte.
5. Wähle die richtigen Antworten. Blütenblätter: a. sind in den meisten Fällen farbig. c. bilden die Blütenhülle. b. spielen eine Rolle in der Bestäubung und Befruchtung. d. befestigen sich am Blütenboden.
Die Blüte ist kein Organ, sondern ein Komplex von Fortpflanzungsorganen. Merke dir!
Hermaphrodit (Zwitter) = Dieser Begriff kommt von den Namen der Götter Hermes und Aphrodite Wörterbuch
Funktionen der Blüte
Um die Fortpflanzung, die Erzeugung neuer Individuen, sicherzustellen, bilden sich aus den Blütenstrukturen Früchte und Samen. Dafür sind aber zunächst Bestäubung und Befruchtung nötig.
Bestäubung ist der Vorgang, bei dem die Pollenkörner aus dem Staubbeutel der Staubblätter auf die klebrige Narbe des Fruchtblatts derselben Blüte oder einer anderen Blüte derselben Pflanze (oder einer anderen Pflanze derselben Art) transportiert werden.
Landet der Pollen auf der Narbe derselben Blüte, kommt es zur Direktbestäubung oder Selbstbestäubung
Abb. 5 Gekreuzte Bestäubung
Abb. 6 Bestäubung durch Biene
Gelangt der Pollen auf die Narbe einer anderen Blüte, spricht man von gekreuzter Bestäubung (Abb. 5). Dies geschieht durch Wind, Insekten (Abb. 6) oder auch durch den Menschen (künstliche Bestäubung). Manchmal haben sich im Laufe der Evolution bestimmte Insektenarten zusammen mit bestimmten Pflanzenarten entwickelt, sodass sie voneinander abhängig geworden sind, beispielsweise viele Orchideenarten.
Befruchtung
Auf der Oberfläche des Pollenkorns befindet sich eine Substanz, die mit der klebrigen Substanz auf der Narbe interagiert. Gehört der Pollen zur gleichen Pflanzenart, sind die Bedingungen für die Befruchtung sichergestellt. Die Hülle des Pollenkorns platzt auf und der Inhalt (männliche Fortpflanzungszellen) dringt durch einen Pollenschlauch (Abb. 7) zwischen den Zellen der Narbe, des Griffels und des Fruchtknotens ein und erreicht die Eizelle. Obwohl mehrere Pollenkörner die Narbe eines Fruchtblattes erreichen können, erreicht nur ein einziger Pollenschlauch eine Samenanlage, wo männliche Zellen (Spermien) an der Befruchtung beteiligt sind. In der Eizelle gibt es mehrere Zellen, aber nicht alle sind an der Befruchtung beteiligt. Die weibliche Zelle, die an der Befruchtung beteiligt ist, nennt man Oosphäre.
Abb. 7 Bildung des Pollenschlauchs
Narbe
Eizelle
Pollenschlauch
Pollenkörnchen
Staubblatt mit Pollen
Angiospermen haben eine doppelte Befruchtung (Abb. 8):
• Ein Spermakern verschmilzt mit der Oosphäre (weibliche Geschlechtszelle), wodurch sich die Zygote oder die befruchtete Eizelle ergibt, durch deren Teilung der Embryo und dann die neue Pflanze entstehen.
• Ein zweiter Spermakern verbindet sich mit einer anderen Zelle in der Samenanlage; und es entsteht ein Endosperm, aus dem durch Teilung ein Reservenährstoffgewebe für den Embryo entsteht. Nach der Befruchtung beginnt sich der Embryo zu entwickeln. Der Fruchtknoten verwandelt sich in eine Frucht und die Samenanlagen in Samen (Abb. 9). Nach Bildung der Samen treten diese in eine Ruhephase ein und entwickeln sich durch Keimung erst weiter, sobald günstige Umweltbedingungen herrschen. Manche Samen behalten ihre Keimkraft über viele Jahre hinweg.
Früchte und Samen verbreiten sich manchmal weit von der Pflanze, die sie hervorgebracht hat. Manche Trockenfrüchte (Löwenzahn, Ulme, Ahorn) haben Strukturen, die die Ausbreitung durch Wind unterstützen. Andere haben kleine Haken, mit denen sie sich am Fell von Tieren befestigen. Die fleischigen, süßstoffreichen Früchte werden von Tieren und/oder Menschen gegessen, die die Samen über weite Strecken transportieren.
Übungen
1. Übertrage die Sätze ins Heft und vervollständige sie.
Der Pollenschlauch durchdringt die Narbe, , und gelangt zur Eizelle.
Die weibliche Zelle, die sich an der Befruchtung beteiligt und zusammen mit (männliche Zelle) die Zygote bildet, heißt .
Nach der Befruchtung verwandeln sich der Fruchtknoten zu , die Samenanlagen zu
2. Wähle die richtigen Antworten zur Bestäubung aus:
a. Pollen gelangt vom Fruchtknoten zum Stempel.
b. Bienen transportieren Nektar von Blüte zu Blüte.
c. Pollen einer Pflanzenart kann nicht in die Blüte einer anderen Art gelangen.
d. Der Mensch kann Kreuzbestäubung ermöglichen.
Abb. 8 Doppelte Befruchtung, Bildung von Frucht und Samen
Staubbeutel
Staubblatt
Staubfaden
Samenanlage
Anwendungen
Fruchtknoten
Staubblattreste
Was geschieht mit den anderen Blütenteilen?
Welchen Vorteil, denkst du, haben Pflanzen mit Früchten gegenüber denen ohne?
Unterlagen für die Arbeitsmappe
Fertige eine Reihe von Zeichnungen an. Darin zeige Blüten, Früchte und Samen verschiedener Pflanzen.
Abb. 9 Bildung der Frucht
Narbe
Griffel
Stempel (Fruchtblatt)
Samen
Kelchblatt
Kronblatt
Frucht und Samen
Die Frucht
Die Frucht ist das für Angiospermen spezifische Organ und hat die Aufgabe, für Schutz und Ausbreitung der Samen zu sorgen. Die Früchte entwickeln sich aus den Fruchtknoten der Blüte, manchmal unter Beteiligung anderer Blütenelemente (Scheinfrüchte). Die Gewebe der Frucht
Kategorie Arten und Eigenschaften
FLEISCHIGE FRÜCHTE
TROCKENE FRÜCHTE
BEERE – weich, saftig, vielkernig
können unterschiedliche Konsistenzen haben, und danach lassen sich Früchte in fleischige (weiche) und trockene Früchte einteilen (Abb. 10). Wenn sie sich bei der Reife öffnen, um die Samen freizugeben, nennt man sie Streufrüchte, wenn nicht, Schließfrüchte
Beispiele
Tomaten, Trauben
STEINFRUCHT – weich, fleischig, mit holzigem Kern Kirschen, Pflaumen, Aprikosen
KAPSEL – trocken, mit dünner Schale, mit vielen kleinen Samen Mohn, Baumwolle
HÜLSE – im reifen Zustand trocken, mit dünner Schale, mit weniger und größeren Samen Bohne, Erbse
ACHÄNE – kleine, trockene Frucht, die nicht am Samen haftet Sonnenblume
KARYOPSE – kleine, trockene Frucht , mit dem Samen verwachsen Weizen, Mais
Praktische Arbeit
Untersuche verschiedene Obstsorten und gib für jede an:
• ob es sich um eine fleischige oder trockene Frucht handelt;
• ob sie sich öffnet oder nicht;
• ob sich die Samen leicht von der Frucht trennen lassen oder nicht;
• ob es sich um eine einzelne Frucht handelt oder ob mehrere Früchte miteinander verbunden sind.
Abb. 10 Beispiele für trockene Früchte
Abb. 11 Querschnitt durch eine Scheinfrucht beim Apfel
Erfahre mehr!
Früchte, an deren Bildung neben dem Fruchtknoten sich auch andere Teile der Blüte beteiligen, gelten als Scheinfrüchte. Beispielsweise bildet sich bei Äpfeln (Abb. 11) , Birnen und Quitten der essbare Teil der Frucht aus dem Blütenboden, und die eigentliche Frucht ist der faserige Teil um die Samen herum. Diese Fruchtart wird Scheinfrucht genannt. Bei der Erdbeere stammt auch der essbare rote Teil aus dem Blütenboden. Die kleinen und schwarzen Früchte sind Achänen.
Samen
Samen ergeben sich durch Reifung der Fruchtknoten aus den Eizellen nach Befruchtung. Ein gewöhnlicher Samen hat außen eine Hülle und innen den Embryo und Reservegewebe. Der Embryo besteht aus den Miniaturorganen der zukünftigen Pflanze (und wird diese später auch bilden): Keimwurzel, Keimstängel und Laubknospe. Das Reservegewebe wird in einem oder zwei Keimblättern gespeichert.
Anwendungen
Schaue dir ein paar
Bohnen- und Maissamen an und erkenne ihre Bestandteile anhand der Abb. 12 und 13.
Monokotylen
Erinnere dich!
• Erinnere dich an das Kriterium aus den Lektionen der 5. Klasse, nach dem Bedecktsamer in einkeimblättrige (Monokotylen) und zweikeimblättrige (Dikotylen) Pflanzen unterteilt werden.
Dikotylen
Keimknospe
Samenschale
Keimwurzel
Nährgewebe
Samenschale
Keimstängel Laubknospe
Keimwurzel
Keimblatt
Abb. 12 Vergleich zwischen Maisund Bohnensamen
Abb. 14 Verschiedene Samenarten
Übungen
Keimblatt
Nährgewebe
Abb. 13 Bau eines Bohnensamens
Beim Bohnensamen machen die Keimblätter den größten Teil des Samens aus. Welche anderen Samen kennst du und welche nutzt du als Nahrung? Warum sind diese Samen essbar?
Erinnere dich aus der 6. Klasse, welche Hauptnährstoffe Lebensmittel haben.
Samen reich an Kohlenhydraten (Stärke) Getreide
Samen reich an Fettstoffen Sonnenblume, Lein, Kürbis
Samen reich an Proteinen Bohne, Erbse, Soja
Übertrage folgende Sätze in dein Heft und ergänze die Lücken mit den fehlenden Begriffen:
1. Die Frucht der Sonnenblume ist und der Samen ist reich an .
2. Die Frucht der Bohne ist und der Samen ist reich an .
3. Die Frucht des Weizens ist und der Samen ist reich an .
Erinnere dich!
Keimung der Samen
• Zu welcher Jahreszeit bilden sich Samen?
In welchem Zeitraum keimen sie?
Abb. 15 Günstige Keimbedingungen
Abb. 16 Bohnenkeimung
Untersuchung: Gruppenarbeit
Nach der Bildung der Samen kann eine Ruhephase eintreten, bis die Umweltbedingungen für die Keimung günstig werden. Dank der in den Keimblättern enthaltenen Reservestoffe tritt der Embryo im Samen durch die Keimung vom Ruhezustand in den aktiven Wachstumszustand. Günstige Umweltbedingungen sind (Abb. 15):
• eine geeignete Temperatur, spezifisch jeder Pflanzenart (Bohnen benötigen z. B. mindestens 8–10 °C, während Weizen und Sonnenblumen ab 4–5 °C keimen können);
• ausreichende Bodenfeuchtigkeit;
• belüfteter Boden für Sauerstoffzugang. Diese Faktoren werden auch durch Bodenvorbereitungsarbeiten sichergestellt.
Weitere Faktoren hängen mit der Gesundheit und Unversehrtheit der Samen sowie ihrem Alter zusammen. Betrachtet man die für die Keimung notwendigen Faktoren, wären welche Bedingungen erforderlich, um die Samen in Ruhezustand zu halten? Bei einigen Pflanzen (Bohnen) (Abb. 16) hebt der wachsende Stängel die beiden Keimblätter über den Boden. Bei anderen (Erbsen) (Abb. 17) verbleiben die Keimblätter im Boden. Sie schrumpfen, je nachdem die darin enthaltenen Reservestoffe aufgebraucht werden.
Abb. 17 Erbsenkeimung
Die Klasse wird in drei Gruppen eingeteilt. Jede Gruppe untersucht die Samenkeimung und jeweils die für eine bestimmte Pflanze (z. B. Weizen, Bohnen, Sonnenblumen usw.) erforderlichen Bedingungen.
Jede Gruppe beobachtet täglich die Chargen gekeimter Samen für den Fall zu hoher und zu niedriger Temperatur, optimaler und nicht optimaler Wassermenge, bei Zugang zu Sauerstoff und bei keinem.
Die Ergebnisse werden in Tabellen festgehalten. Am Ende werden die Anzahl der gekeimten Samen unter verschiedenen Bedingungen mit der Ausgangszahl verglichen und die optimalen Bedingungen ermittelt.
Wachstum und Entwicklung der Pflanzen
Durch Nahrungsaufnahme wachsen Pflanzen. Wachstum ist ein Prozess der Vergrößerung des Pflanzenkörpers und aller seiner Organe. Dies erfolgt durch Zellteilung infolge der Aktivität der Meristeme, aber auch durch Zunahme des Zellvolumens als Folge der Nährstoffaufnahme.
Entwicklung bedeutet Wachstum, ist aber nicht darauf beschränkt. Durch die Entwicklung gelangt man von einem Lebensstadium zum nächsten und ermöglicht den Übergang von einer Generation zur nächsten. Die Lebensstadien einer Pflanze sind:
Zygote Embryo
Anwendungen
Ordne die oben dargestellten Lebensstadien einer Pflanze Abb. 18 zu. Wohin können wir die Zygote einordnen, wohin den Embryo?
Jungpflanze mit vegetativen Organen
ausgewachsene Pflanze mit Fortpflanzungsorganen
Abb. 18 Lebenszyklus des Pfirsichs – mehrjährige holzige Pflanze
Wenn die Pflanze reif ist, bilden sich in den Fortpflanzungsorganen Geschlechtszellen. Es kommt zur Bestäubung und Befruchtung sowie zur Frucht- und Samenbildung. Die Samen enthalten Embryonen und durch die Keimung bilden sich neue Pflanzen. Sie sind zunächst klein, ohne Fortpflanzungsorgane, wachsen dann und blühen. Die Lebensdauer der Pflanzen ist unterschiedlich: Bei krautigen Pflanzen beträgt sie in der Regel ein Jahr, zwei oder mehr, bei holzigen, mehrjährigen Pflanzen mehrere Jahre. Bei zweijährigen Pflanzen (Abb. 19) werden im ersten Jahr nur die vegetativen Organe und im zweiten Jahr die Fortpflanzungsorgane gebildet. Sobald mehrjährige Pflanzen reif sind, können sie im Laufe ihres Lebens viele Male blühen und Früchte tragen – einige jedes Jahr, andere seltener – und so im Laufe ihres Lebens viele weitere Generationen von Pflanzen hervorbringen.
Unterlagen für die Arbeitsmappe
Abb. 19 Lebenszyklus der Zwiebel
Ausgehend von dem Gruppenprojekt, an dem du zuvor gearbeitet hast, wähle einige Pflanzen aus, die sich sehr gut entwickelt haben, und verfolge deren Entwicklung bis zum Ende des Schuljahres. Halte die Einzelheiten ihres Wachstums und ihrer Entwicklung auf einem Beobachtungsblatt fest, etwa in einem Tagebuch. Beachte die Temperatur- und Wasserbedingungen. Zeichne oder fotografiere die Pflanzen und gib die Bilder in die Arbeitsmappe.
ANDERE FORTPFLANZUNGSFORMEN
Vegetative Vermehrung bei Pflanzen
Obwohl sich Angiospermen durch die Fortpflanzungsorgane der Blüte vermehren, können sie sich auch durch Teile vegetativer Organe vermehren. Manchmal genügt es, Pflanzen, die Büsche bilden, zu teilen, (bei Pfingstrosen, bei Veilchen) oder Speicherorgane voll mit Reservestoffen zu pflanzen (Zwiebeln – bei Küchenzwiebeln, Knollen – bei Kartoffeln, Rhizome – bei Iris).
Praktische Arbeit
Erinnere dich!
• Pflanzenorgane werden in vegetative und Fortpflanzungsorgane unterteilt. Welches sind die Hauptaufgaben vegetativer Organe? Welche die der sekundären?
Bei Stecklingen geht es um die Fähigkeit eines Zweigfragments oder sogar eines Blattes, Wurzeln zu bilden. Schneide ein Zweigstück mit 2–3 Knoten aus einem Geranienstrauch. Dies ist der Reiser (Abb. 1). Lege ihn in eine Schüssel mit Wasser und beobachte die Wurzelbildung. Gib Wasser nach, sobald der Wasserspiegel sinkt. Wie viele Tage dauert es, bis die ersten Wurzeln erscheinen? Nimm ein Usambaraveilchenblatt (mit Blattstiel) und lege dieses ebenfalls in ein Glas Wasser. Beobachte auch hier die Wurzelbildung. Wenn die Wurzeln groß genug sind, topfe die neuen Pflanzen ein und beobachte, wie sie wachsen.
Anwendungen
Veredelung setzt die Zusammenfügung zweier Pflanzenteile voraus. Der Teil mit Wurzel heißt Unterlage, der andere, der auf den ersten aufgesetzt wird –Edelreis. Erkenne sie im Bild nebenan und beschreibe den Vorgang, so wie du ihn beobachtest. Erkundige dich über die verschiedenen Veredelungsarten.
Abb. 2 Veredelung
Abb. 3 Absenker
Vermehrung durch Absenker beruht auf der Wurzelbildung von Zweigstücken, ohne diese von der Mutterpflanze zu trennen. Genutzt wird sie insbesondere bei Weinrebe, bei Johannisbeer- und Brombeerstrauch. Ausgewählt werden längere Zweige, die man in die Erde setzt wie im Bild nebenan; das Zweigende bleibt draußen. Der Zweigteil in der Erde bildet neue Wurzeln. Nachdem diese groß genug sind, lässt sich der Zweig von der Mutterpflanze trennen.
Abb. 1 Steckling
Vermehrung durch Sporen, durch Knospung bei Hefen, Vermehrung der Bakterien
Einzeller vermehren sich durch Zellteilung. Bei Bakterien (Abb. 4) teilt sich unter günstigen Lebensbedingungen alle 20 Minuten eine Zelle in zwei andere Zellen. Die beiden resultierenden Zellen sind einander, aber auch der Zelle, aus der sie entstanden sind, sehr ähnlich. Protisten vermehren sich ebenfalls durch Zellteilung, die längs oder quer erfolgen kann (Abb. 5).
Abb. 4 Teilung einer Bakterienzelle
Anwendungen
Berechne die Anzahl der Bakterien, die sich aus der Teilung eines einzelnen Ausgangsbakteriums über 24 Stunden bilden.
Praktische Arbeit
Löse ein Stück Bierhefe in etwas warmem Wasser auf. Nimm einen Tropfen des so erhaltenen Präparats mit einer Pipette auf und betrachte ihn unter dem Mikroskop. Zeichne, was dir aufgefallen ist. Vergleiche mit Abb. 6
Abb. 7
Erinnere dich!
• Zu welchen Reichen der lebenden Welt gehören einzellige Organismen? Welches sind die Unterschiede zwischen ihren Zellen?
Abb. 5 Zellteilung beim Grünen Augentierchen
Bei manchen Pilzen (z. B. Bierhefe) entstehen durch Teilung ungleichmäßige Zellen, die an der Mutterzelle haften bleiben und wie Knospen aussehen (Abb. 6). Daher bildet Hefe, obwohl sie einzellig ist, Kolonien.
Abb. 6 Bierhefe
Die Vermehrung durch Sporen findet man bei manchen Pilzen, Algen, Moosen und Farnen. Sporen sind Zellen mit widerstandsfähigen Hüllen, die zum Keimen Wasser benötigen. Bei Farnen (Abb. 7) sitzen die Sporen in Sporenbehältern auf der Blätterrückseite und werden von einer widerstandsfähigen Membran bedeckt. Beim Keimen entsteht aus ihnen ein herzförmiges Gebilde, auf dem sich die Fortpflanzungszellen entwickeln. Sie vereinigen sich durch Befruchtung und erzeugen die neue Pflanze. Worin besteht der Unterschied zwischen Sporen und Samen?
Farnvermehrung
FORTPFLANZUNG BEIM MENSCHEN
Entwicklung des menschlichen Körpers, Pubertät
Der Übergang vom Kind zum Erwachsenen erfolgt schrittweise und setzt hormonelle, somatische, Gefühls- und Verhaltensveränderungen voraus. Diese Veränderungen beginnen in der Pubertät und sind die wesentlichsten Körperveränderungen, die von Hormonen hervorgerufen werden. Der Hypothalamus regt die Hypophyse (Hirnanhangdrüse) an, eine Reihe von Hormonen zu erzeugen, welche daraufhin die Tätigkeit der Geschlechtsdrüsen beeinflussen werden. All diese hormonellen Veränderungen führen zur Beschleunigung des Körperwachstums, der sekundären Geschlechtsmerkmale und zur Erlangung der Fortpflanzungsfunktion, die bis zu diesem Zeitpunkt noch inaktiv war. Diese Änderungen
Körperveränderungen (Abb. 1)
Bei den Mädchen erscheinen die Veränderungen wie folgt: zuerst die Schambehaarung, Wachstum der Brust, die Achselbehaarung, die ersten monatlichen Menstruationen. Diese können anfangs unregelmäßig sein und stabilisieren sich nach 1–2 Jahren. Zusammen mit dem Höhenwachstum verbreitert sich das Becken, wobei die Taille dünn bleibt.
Erinnere dich!
• Welches sind die endokrinen Drüsen? Welche erzeugen Hormone mit einer Rolle in dem Wachstum und in der Entwicklung? Welches Organ des Nervensystems regelt die Tätigkeit der endokrinen Drüsen?
beginnen im Alter von 9–11 Jahren bei Mädchen und 10–13 bei Jungen, mit individuellen Variationen. Man unterscheidet eine frühzeitige Pubertät, wenn die Veränderungen vor dem 8. Lebensjahr erscheinen und eine verspätete Pubertät, wenn diese nicht bis zum 14.–15. Lebensjahr einsetzen.
Bei den Jungen vergrößern sich die Hoden. Wegen der Bildung des Testosterons erscheinen Schamhaare, danach Haare in der Achselhöhle und auf dem Gesicht. Das Glied vergrößert sich und es erscheinen die ersten Pollutionen – Spermaergüsse durch das Glied (Penis). Die Stimmbänder verdicken sich, der Kehlkopf wächst und die Stimme vertieft sich. Das Höhenwachstum wird in Kürze auch von der Entwicklung der Muskulatur gefolgt.
Abb. 1 Das Höhenwachstum und die Körperveränderungen in der Pubertät – bei Mädchen und Jungen
Oberhaut (Epidermis)
Lederhaut (Dermis)
Unterhaut (Hypodermis)
Höhe
Sowohl bei Mädchen als auch bei Jungen kann zeitweilig Akne erscheinen (Abb. 2). Die Pickel werden durch die intensive Tätigkeit der Talgdrüsen aus der Haut gebildet; der Talg kann die Hautporen verstopfen und die Bakterien können sich leichter vermehren. In dieser Zeitspanne ist eine sehr gute Hygiene notwendig und, wenn nötig, auch ein Besuch beim Hautarzt.
Diese körperlichen Veränderungen bringen auch eine Reihe von seelischen und Verhaltensveränderungen mit sich:
• Der Körper, in einer ständigen Umwandlung, kann Veränderungen in der Art durchführen, in der die Jugendlichen sich selbst und die anderen wahrnehmen. Sie müssen sich an das neue Aussehen und an die physiologischen Veränderungen gewöhnen, wobei sie sehr aufmerksam werden auf ihr eigenes äußeres Aussehen und das der anderen.
• Es wächst ein Verlangen, sich selbst zu erkennen, das eigene Ego zu definieren, sich zu äußern. Die alten Modelle sind nicht mehr gültig und es werden neue gesucht.
Alle Veränderungen in der Pubertätszeit markieren die Umwandlung zum erwachsenen Körper, welcher die Fähigkeit hat sich fortzupflanzen. Die Pubertät tritt nicht bei allen zum selben Zeitpunkt ein; im Allgemeinen erscheint sie früher bei den Mädchen als bei den Jungen. Sobald die Pollutionen (bei den Jungen) und die Menstruation (bei den Mädchen) erscheinen, werden die Organismen zeugungsfähig; trotzdem ist der Organismus der Mädchen nicht für eine Schwangerschaft vorbereitet und auch ein Individuum in der Pubertät ist nicht reif genug, um ein Elternteil zu werden.
Übungen
• Es erscheint der Wunsch zur Unabhängigkeit und das Verlangen, mehr Zeit mit den Gruppenfreunden zu verbringen.
• Es erscheinen Zustandsänderungen; bei den Jungen kann Testosteron die Aggressivität erhöhen.
• Die Neuigkeit der Zustände, die sie erleben, können sie als Unverständnis, vor allem seitens der Erwachsenen, wahrnehmen; Hemmungen beim Besprechen der Erlebnisse kann zu Konflikten führen.
• Es erscheint das Interesse für die Sexualität.
Erfahre mehr!
In der Pubertät, unter dem Einfluss der Sexualhormone, erscheinen Veränderungen auch im Gehirn. Ein Teil der Synapsen sind aufgelöst und es bilden sich andere, also neue Verknüpfungen, die in Verbindung mit der Tätigkeit einiger Zonen der Gehirnhälften sind. Das Gehirn entwickelt die Denkfähigkeiten, aber die Entscheidungen sind sehr stark von den Gefühlen beeinflusst.
PROJEKT
Suche Informationen – Literatur und Diskussionen mit Erwachsenen – und erstelle ein Material über den Unterschied zwischen der Fähigkeit, ein Kind zu zeugen und der Fähigkeit, ein Kind großzuziehen.
1. Betrachte die Bilder und zeige die möglichen körperlichen, seelischen Veränderungen sowie auch die des Verhaltens in Verbindung mit der Pubertätszeit an.
2. Erstelle aufgrund dieses Modells Zeichnungen, die die körperlichen und seelischen Veränderungen, aber auch die des Verhaltens in dieser Zeitphase deines Lebens ausdrücken sollen. Nachdem du gezeichnet hast, tausche mit deinen Kollegen und prüfe, ob sie verstanden haben, was du durch deine Bilder ausdrücken wolltest. Welche Schlussfolgerungen ziehst du daraus?
Merke dir!
Fortpflanzungssystem des Menschen
Das menschliche Fortpflanzungssystem (Abb. 3), wie auch bei den anderen Tieren, ist aus folgenden Organen gebildet: Gonaden (Keimdrüsen – Hoden oder Eierstöcke), welche Keimzellen produzieren, Spermien oder Eizellen, Ausführungsgänge (Leiter), durch welche diese Zellen nach außen geleitet werden, Anhangdrüsen und äußeren Geschlechtsorganen.
Anwendungen
Betrachte Abb. 3 und erkenne die Komponente der männlichen und weiblichen Geschlechtsorgane. Vergleiche die Geschlechtsorgane beim Meschen mit den schon gelernten bei Pflanzen. Welche gemeinsame Elementen findest du?
Das männliche Fortpflanzungssystem (Abb. 4 und 5)
Beim Mann heißen die Keimdrüsen Hoden und befinden sich außerhalb des Unterleibs, in einer Hauthülle, dem Hodensack . Die Hoden sind aus mehreren Läppchen gebildet – in diesen befinden sich die Samenkanälchen, welche die Spermien bilden und die Zellen, welche das Testosteron, das wichtigste männliche Geschlechtshormon.
Betrachte die Organe des männlichen Fortpflanzungssystems, wie sie von vorne und von der Seite in Abb. 4 gezeichnet sind. Einige Organe, die gezeichnet und beschriftet sind, gehören nicht zum Fortpflanzungssystem, aber sie
Bläschendrüse
Samenleiter
Bulbourethraldrüse
Nebenhoden
Harnblase
Prostata (Vorsteherdrüse)
Harnröhre
Abb. 4 Männliches Fortpflanzungssystem
Prostata (Vorsteherdrüse)
männliche Organe
Glied (Penis)
weibliche Organe
Gebärmutter
Eierstock
Hoden
Eileiter
Eierstock
Scheide
Abb. 3 Männliches und weibliches Fortpflanzungssystem
wurden eingetragen, um die Lokalisierung besser zu beschreiben. Welches sind diese? Aus den Samenkanälchen durchqueren die Spermien ein kompliziertes Kanälchennetz. Das größte heißt Samenleiter und steigt aus dem Hoden bis zum Unterleib. Dieses vereinigt sich mit den Kanälchen einiger Anhangdrüsen und öffnet sich in der Harnröhre. Beim Mann ist die Harnröhre gemeinsamer Kanal für Harn und für Sperma. Die Anhangdrüsen sind: Bläschendrüse, Vorsteherdrüse (Prostata) und Bulbourethraldrüsen. Sie erzeugen Flüssigkeiten, welche zur Ernährung und Bewegung der Samenzellen behilflich sind und in der Zusammensetzung des Spermas enthalten sind.
Bläschendrüse
Samenleiter
Enddarm
Bulbourethraldrüse
Anus
Blutgefäße
Samenleiter
Nebenhoden
Hoden
Abb. 5 Der Hoden und der Nebenhoden
Glied
Nebenhoden
Glied (Penis)
Hoden
Hoden
Hodensack
Das äußere männliche Geschlechtsorgan heißt Glied (Penis), es wird von der Harnröhre durchzogen, durch die das Sperma bei der Ejakulation (Samenerguss) ausgeschieden wird. Bei jedem Samenerguss können einige hundert Millionen Spermien abgegeben werden. Während des Geschlechtsverkehrs gelangt das Sperma in den weiblichen Körper, wo die Spermien 1–5 Tage überleben können. Wenn sie in dieser Zeit eine Eizelle treffen, geschieht die Befruchtung (Abb. 6) Für die
Abb. 6 Eizelle umringt von Spermien
Abb. 7 Das Spermium
Das weibliche Fortpflanzungssystem (Abb. 8)
Bei den Frauen heißen die Gonaden (Keimdrüsen) Eierstöcke und befinden sich im Unterleib. Sie erzeugen die Eizellen, je eine pro Monat. Ebenfalls bilden sie die weiblichen Geschlechtshormone, Östrogene und Progesteron. Die Eizellen werden von den Eileitern aufgenommen. Diese öffnen sich in der Gebärmutter, einem Muskelorgan. Im Inneren der Gebärmutter existiert ein Gewebe – die
Befruchtung genügt ein einziges Spermium. Die Spermien (Abb. 7) sind längliche Zellen von 50–70 Mikronen mit Kopfteil, Mittelstück und einer Geißel, mit deren Hilfe sie in der flüssigen Substanz der Anhangdrüsen schwimmen können. Der Kopf hat einen großen Zellkern, wenig Zytoplasma und an der Spitze eine Kopfkappe, mit der das Spermium die Eizelle bei der Befruchtung leichter durchdringt. Die Bildung der Spermien geschieht konstant, von der Pubertät bis zur Andropause.
Übungen
1. Welche der folgenden Strukturen nehmen an der Befruchtung teil?
a. Spermium; b. Eierstock; c. Eizelle; d. Hoden; e. Testosteron; f. Samenkanälchen; g. Gamet (Keimzelle).
2. Die Anhangdrüsen des männlichen Geschlechtssystems sind:
a. Harnröhre; b. Vorsteherdrüse (Prostata); c. Milchdrüsen; d. Bulbourthraldrüsen.
3. Die Hoden befinden sich im: a. Unterleib; b. Hodensack.
Gebärmutterschleimhaut –, in der sich der Embryo einnisten wird. Die Gebärmutter setzt sich nach unten mit der Scheide fort, die sich nach außen öffnet.
Die äußeren Geschlechtsorgane heißen generell die Vulva, aus zwei Hautfalten gebildet, die großen Schamlippen (nach außen) und die kleinen Schamlippen (nach innen), die einen Teil begrenzen, wo sich die Harnröhre und die Scheide öffnen.
Gebärmutter Eierstock Eierstock Scheide Eileiter
Abb. 8 Das weibliche Fortpflanzungssystem
Eizelle
Abb. 9 Die Struktur des Eierstocks Eierstock
Die Spermien, die während des Geschlechtsverkehrs in die Scheide gelangen, dringen durch die Gebärmutteröffnung (Muttermund) bis zu den Eileitern. Die Befruchtung findet in dem Eileiter statt, wo die Eizelle aus dem Eierstock aufgenommen wurde. Die Lebensdauer einer Eizelle ist nicht länger als zwei Tage. Wenn sie in dieser Zeit nicht befruchtet wurde, wird sie nach außen geleitet. Die Eizelle ist eine große Zelle mit einem Durchmesser von etwa 200 Mikrometer und besitzt einen Zellkern, umgeben von viel Zytoplasma. Die Bildung der Eizellen ist zyklisch, von der Pubertät bis zur Menopause.
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Jeder Eierstock enthält einige hunderttausende Ovarialfollikel (Eibläschen) – Zellen, aus denen sich spätere Eizellen entwickeln werden. Nur ein Teil davon gelangt zur Reife.
Der weibliche Menstruationszyklus
Bei den Frauen beginnen die Eierstöcke ihre Tätigkeit in der Pubertät. Ab diesem Moment bildet je ein Eierstock jeden Monat eine Eizelle und befreit sie. Also geschehen in den Eierstöcken zyklische, periodische Veränderungen. Parallel gibt es zyklische Änderungen auch in der Gebärmutter, wie folgt:
• Ablösen eines Teil der inneren Schicht, die Gebärmutterschleimhaut, zusammen mit einer leichten Blutung – der Blutungsanfang markiert den ersten Tag des Zyklus (Periode). Diese Phase wird Menstruation genannt und dauert etwa 2–3 Tage.
• Die Schleimhaut beginnt sich zu erneuert und bereitet sich für eine eventuelle Einnistung des Embryos vor, einige Tage nach der Befruchtung.
• Nach dem Eisprung (Ovulation) (etwa am 14. Tag, Moment der intensivsten Hormonproduktion) wird die Schleimhaut dicker und ist bereit, den Embryo zu befestigen. Die Eizelle ist lebensfähig und kann während eines, maximal zweier Tage nach dem Eisprung befruchtet werden.
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Die Eierstöcke verbinden sich weder mit der Gebärmutter noch mit den Eileitern. Zwischen Eierstock und Gebärmutter befinden sich einige Ligamente mit Befestigungsrolle. Die Eileiter öffnen sich in die Bauchhöhle und liegen auf der Oberfläche der Eierstöcke. Der Übergang zwischen Gebärmutter und Scheide heißt Gebärmutterhals.
Anwendungen
Berechne die Anzahl der reifen Eizellen, wenn bei einer Frau ab dem 12. Lebensjahr Eizellen erzeugt werden und sie mit 50 in die Menopause eintritt (die Bildung der Eizellen hört auf), wobei man weiß, dass eine Eizelle in etwa 28 Tagen gebildet und freigesetzt wird.
• Wenn die Befruchtung nicht stattgefunden hat, etwa 14 Tage nach dem Eisrpung, wird ein Teil der Schleimhaut aufgelöst und mit der nächsten Menstruation ausgeschieden.
• Wenn aber die Befruchtung stattgefunden hat und der Embryo sich einnistet, enden diese Veränderungen. Darum kann das Fehlen der Menstruation ein Zeichen für eine Schwangerschaft sein.
Bemerke die monatlichen Veränderungen (Abb. 10): oben – der Eierstockzyklus, Hauptereignis der Eisprung; unten – der Gebärmutteryklus mit den monatlichen Änderungen der Gebärmutterschleimhaut.
Gebärmutterzyklus Ovulation (Eisprung)
Abb. 10 Der Menstrualzyklus
Eierstockzyklus
Primärfollikel Sekundärfollikel
Blasenfollikel
Gelbkörper Weißkörper
Anwendungen
Wenn man die Lebensdauer der Spermien und der Eizellen kennt, wie kann man erfahren, welches die fruchtbare Zeitspanne des Menstrualzyklus ist (die Zeit, in der die Befruchtung stattfinden kann)?
Man nimmt an, dass im Kalender in Abb. 11 die Menstruationstage eingetragen sind. Welches war das Datum des Eisprungs aus dem vorhergehenden Zyklus? Und welches Datum könnte es beim laufenden Zyklus sein?
Abb. 11 Menstruationskalender
Die Befruchtung, Einnistung, Embryonalentwicklung und Geburt
Wenn in der Zeitspanne, in der eine Frau fruchtbar ist, Geschlechtsverkehr stattfindet, werden sich die Spermien mithilfe der Geißeln fortbewegen, sie durchqueren die Scheide, die Gebärmutter und gelangen zu den Eileitern. Sie treffen auf die Eizelle in dem Eileiter neben dem Eierstock, der sie produziert hat. Für die Befruchtung ist ein einziges Spermium notwendig, das erste von den Millionen, die erzeugt wurden. Es dringt in die Eizelle ein und die Zellkerne der beiden Zellen verschmelzen. In diesem Moment sind die zwei Anfangszellen zu einer einzigen verschmolzen, die befruchtete Eizelle oder die Zygote.
Anwendungen
Betrachte in Abb. 12 die Etappen der Befruchtung, der Bildung der Zygote und die ersten Zellteilungen, welche den Embryo formen. Finde in der Abbildung den Ort, an dem sich der Embryo in der Gebärmutter eingenistet hat.
Abb. 12 Die Etappen der Befruchtung
Die Zygote beginnt sich zu teilen, durchquert die Eileiter und gelangt in die Gebärmutter. In dem Moment, in dem sie sich, nach mehreren Tagen, in der Gebärmutter einnistet (Nidation, Einnistung), hat der gebildete Embryo das Aussehen einer Masse von Zellen (Abb. 12). Nach der Einnistung setzt der Embryo die Zellteilung und die Differenzierung der Zellen und Gewebe fort. Um ihn bildet sich ein Beutel (Fruchtblase) mit Flüssigkeit, der Nahrungs- und Schutzfunktion hat.
In der Einnistungsstelle bildet sich die Plazenta, ein Organ, das aus einem Netz von Blutgefäßen der Mutter und des Kindes gebildet ist. Zwischen der Plazenta und dem Embryo wird die Verbindung durch die Nabelschnur hergestellt, durch deren Blutgefäße das Blut des Embryos fließt (Abb. 13) Bei der Geburt entfernt sich die Plazenta vom Mutterkörper und die Nabelschnur von dem Körper des Kindes (oder wird abgeschnitten). Die hinterbliebene Narbe bildet den Bauchnabel.
Abb. 13 An der Plazenta (Mutterkuchen) ist der Embryo mithilfe der Nabelschnur befestigt
Benenne die Organe, in denen folgende Vorgänge stattfinden:
• Erzeugen der Spermien
• Befruchtung
• Menstruation
• Einnistung des Embryos
• Erzeugung der Eizellen
• Bildung der Muttermilch
Natürliche Geburt
Die Geburt (Abb. 15) findet 280 Tage nach der Befruchtung statt. Bei der Geburt zieht sich die Gebärmutter unter dem Einfluss eines Hormons des Hypothalamus stark zusammen. Nach der Geburt wird das Kind mit Muttermilch ernährt. Diese wird in den Milchdrüsen produziert (Abb. 16). Nach der Beendigung der Stillzeit werden die Monatszyklen, die nach der Befruchtung gestoppt wurden, wiederkehren. Die Milchdrüsen sind exokrine Drüsen (nach außen absondernd). Sie sind traubenförmig, aus Drüsengewebe gebildet und öffnen sich nach außen durch Kanäle. Alle Kanäle einer Drüse vereinigen sich und öffnen sich nach außen in der Brustwarze. Um das Drüsengewebe befindet sich das Bindegewebe, welches der Brust die charakteristische Form gibt. Unter dem Einfluss einiger Hormone produzieren die Milchdrüsen die Milch, mit der der Säugling ernährt wird.
Erfahre mehr!
Die Muttermilch enthält alle notwendigen Nährstoffe, die ein neugeborenes Kind bis zu dem Alter von 6 Monaten benötigt, und bleibt die Hauptnahrung bis zu 1 Jahr, auch wenn das Kind schon anfängt, andere Nahrungsmittel zu verzehren.
Merke dir!
Damit die Befruchtung stattfinden kann, ist es notwendig, dass ein Spermium eine Eizelle im Körper der Frau in der fruchtbaren Zeitspanne trifft. Diese Zeitspanne erstreckt sich im Falle eines regelmäßigen Zyklus auf einige Tage vor und einige Tage nach dem Eisprung. Das Vermeiden dieser Zeitspanne ist keine sichere Verhütungsmethode.
Abb. 15
Abb. 16 Milchdrüsen
Selbsterkenntnis und Verantwortung in Empfängnis und Verhütung
Die Konzeption (Kinderzeugung) bedeutet die Gesamtheit der Vorgänge, die mit dem Erscheinen eines neuen Individuums enden. Die Befruchtung geschieht im Körper der Frau, aber auch in vitro (in Laborbedingungen). Die Zygote teilt sich, der Embryo nistet sich in der Gebärmutter ein, entwickelt sich und wird am Ende der Schwangerschaft, etwa nach 280 Tagen, geboren.
Wenn das Zeugen eines Kindes nicht erwünscht ist, greift die Frau oder das Paar zu verschiedenen Verhütungsmitteln, um das Bilden der Gameten, die Befruchtung, das Einnisten des Embryos oder dessen Entwicklung zu hemmen. Die Verhütungsmethoden können definitiv (endgültig) oder temporär (zeitweilig) sein.
Definitive Methoden (Abb. 17):
• Vasektomie (Sterilisation des Mannes) – bedeutet das Abschneiden und Abbinden der Samenleiter; so werden die Spermien nicht mehr aus dem Körper des Mannes ausgeschieden.
• Abbinden der Eileiter – die Spermien können nicht auf Eizellen im Körper der Frau treffen.
Diese Methoden benötigen einfache chirurgische Eingriffe und beeinflussen die Gesundheit oder das Geschlechtsleben der Anwender nicht.
Temporäre Methoden (Abb. 18):
• Antibabypille – Hormone in Form von Tabletten – sie hemmen die natürliche Erzeugung der Hormone, die die Eierstöcke beeinflussen.
• Hormonelle Implante unter der Haut – Hormone, die automatisch regelmäßig abgesondert werden.
• Kondome für Männer, Diaphragma, Verhütungsschwämme für Frauen; sie werden auf dem Glied oder in der Scheide vor dem Geschlechtsverkehr befestigt; sie blockieren das Eintreten der Spermien in die weiblichen Geschlechtsorgane.
• Hormon- oder Kupferspirale – ein Kunststoffkörper, der in der Gebärmutter befestigt wird und die Einnistung des Embryos hemmt.
• Das Zurückziehen des Gliedes vor dem Samenerguss – vermeidet das Eintreten der Spermien in den Körper der Frau (wenig wirksame Methode).
• Kalenderplanung – die Voraussetzung ist, dass die Frau einen regelmäßigen Menstrualzyklus hat und das Datum des Eisprungs kennt – der Geschlechtsverkehr wird einige Tage vor und nach dem Eisprung vermieden. Das Datum des Eisprunges kann mit Wahrscheinlichkeit auch mithilfe der Temperaturabmessung bestimmt werden – in den fruchtbaren Tagen ist die Temperatur des Körpers höher.
Abb. 17 Die Wahl der Verhütungsmethode benötigt den Ratschlag eines Arztes
Abb. 18 Temporäre Verhütungsmethoden
Von allen empfängnisverhütenden Methoden ist das männliche Kondom das einzige, das auch die Verbreitung der Geschlechtskrankheiten verhindert.
BESONDERHEITEN DER SEXUELLEN
FORTPFLANZUNG BEI DEN WIRBELTIEREN
Bei den Wirbeltieren ist die Fortpflanzung mit wenigen Ausnahmen geschlechtlich. Die Geschlechter sind getrennt; es gibt nur selten Zwitter (Hermaphroditen). Die sichtbaren Unterschiede zwischen den Individuen, als Sexualdimorphismus bezeichnet, sind eine Serie von Eigenschaften in Bezug auf Aussehen und Verhalten, was die Anziehung zwischen den zwei Geschlechtern bestimmen wird. Bei vielen Arten sind die Männchen größer, farbiger und mit starkem Territorialverhalten. Manchmal kämpfen sie miteinander um die Weibchen und für den Zugang zur Fortpflanzung.
Der Sexualdimorphismus kann entweder permanent – während des ganzen Jahres – oder saisonal – in der Paarungszeit – sein. Manchmal gibt es Eigenschaften, die das Männchen in der Paarungszeit anziehender machen, aber nicht immer zum Vorteil sind. Bei den Pfauenmännchen z. B. ist das Gefieder sehr farbig und reich, um das Weibchen anzuziehen, aber es ist schwer und erschwert das Fliegen, es kann also ein Nachteil sein, wenn der Pfau vor Feinden fliehen müsste; weil er sehr intensiv gefärbt ist, kann er sich auch schwer tarnen. Die Männchen erzeugen Spermien und die Weibchen Eizellen. Ein Spermium und eine Eizelle verschmelzen während der Befruchtung und bilden eine Zygote, aus der sich ein neues Individuum bilden wird. Damit die Befruchtung möglich ist, ist es notwendig, dass sich die geschlechtsreifen Männchen und Weibchen paaren und gleichzeitig die Geschlechtszellen erzeugen. Es gibt bestimmte Paarungszeiten für jede Art, abhängig von den Umweltbedingungen, sodass die Jungen in günstigen Jahreszeiten, was Klima und Nahrung betrifft, geboren werden.
Erinnere dich!
• Was setzt die geschlechtliche Fortpflanzung voraus? Aber die ungeschlechtliche? Sind Fortpflanzung und Vermehrung Synonyme oder nicht? Unter welchen Bedingungen?
Anwendungen
Gib Beispiele von Geschlechtsdimorphismus bei bekannten Tieren. Nenne die Männchen und die Weibchen (z. B. Hahn und Henne, Kater und Katze usw.)
Erfahre mehr!
Um die Paarungszeiten mit der günstigen Jahrzeit zu synchronisieren, gibt es mehrere Mechanismen:
• Die Weibchen sind nur in bestimmten Zeitspannen paarungsbereit.
• Die in den weiblichen Körper eingedrungenen Spermien werden eine Zeitspanne gelagert und die Befruchtung findet später statt (bei einigen Fischen).
• Die Befruchtung findet statt, es bildet sich die Zygote, aber die Zellteilung beginnt später (bei Seehunden).
Alle diese Mechanismen sichern das Erscheinen der neuen Individuen in den günstigen Jahreszeiten. Was würde geschehen, wenn die Jungen im Winter geboren würden?
Abb. 1 Sexualdimorphismus bei verschiedenen Tierarten
Wenn die Befruchtung in der Umwelt stattfindet, heißt sie äußere Befruchtung (Abb. 2), und man trifft sie gewöhnlich bei den aquatischen Wirbeltieren (Fische, Lurche) an. Die Embryonalentwicklung geschieht im Ei, in der Wasserumwelt. Die Eier (Rogen) haben eine dünne Schutzhaut. In den meisten Fällen sind die Eier nicht bewacht und die Eltern beteiligen sich kaum an der Pflege der Jungtiere. Damit ein Erfolg in der Sicherung der Art geleistet wird, ist eine große Anzahl von Eiern notwendig. Die Fische können von einigen Hundert bis zu einigen Millionen Eiern mit einem Mal ablaichen.
Wenn die Befruchtung im weiblichen Körper stattfindet, heißt sie innere Befruchtung; das Männchen befreit die Spermien in die Geschlechtswege des Weibchens. Die Embryonalentwicklung findet im Ei statt, welches von dem Weibchen in die Umwelt gelegt wird oder im Körper ausgebrütet wird.
Die Eier haben eine dickere Schale, sind besser geschützt und bei den Vögeln und Säugetieren pflegen die Eltern die Jungtiere. Als Folge sind weniger Eizellen, also auch Eier/Jungtiere notwendig, um die Fortpflanzung der Festlandarten zu sichern. Die Paarungszeit setzt viele Verhaltensweisen voraus: das Finden des Paares, die Paarung, die Ablegung der Keimzellen oder der Eier, die Geburt, die Pflege der Eier oder der Jungtiere.
Nach der Embryonalentwicklung sind die Tiere:
• ovipar – legen Eier in die Außenwelt (Fische, Lurche, Kriechtiere, Vögel, Kloakentiere);
• ovovivipar – legen Eier, aber diese werden im Inneren des weiblichen Körpers bebrütet (einige Fischarten, Lurche, Kriechtiere);
• vivipar – gebären lebende Jungen in verschiedenen Entwicklungsstadien (Beuteltiere und Plazentatiere).
Erfahre mehr!
Die Ovoviviparität trifft man bei manchen Eidechsen; sie legen keine Eier, sondern behalten sie in den Geschlechtswegen, wo auch die Embryonalphase stattfindet. Die Eischale bricht, wenn der Embryo fertig entwickelt und für die Außenwelt bereit ist, sodass dieser Vorgang einer Geburt ähnelt. Diese Fortpflanzungsart kann als Übergang von der Eiablage (bei Oviparen) zu der Geburt (bei Viviparen) angesehen werden.
Abb. 2 Froschmännchen und Weibchen. Äußere Befruchtung
Abb. 3 Fischrogen – zahlreich, mit dünner Haut
Abb. 4 Vogelei – mit der dicken Schale gibt es Sicherheit in der Entwicklung des Kükens
Besonderheiten der Fortpflanzung bei Fischen
Bei Fischen während der Fortpflanzungszeit laichen die Weibchen im Wasser (die Eizellen, Rogen), und die Männchen besprühen diese mit Spermienmilch. Die Befruchtung ist meistens eine äußere. Einige Haiarten sind ovovivipar. Aus den Eiern schlüpfen Jungtiere, die den Erwachsenen ähnlich sind. Gewöhnlich pflegen die Erwachsenen ihre Jungtiere nicht, aber es gibt auch Ausnahmen.
Abb. 5 Hairogen mit Schutzhülle
Abb. 6 Beim Seepferdchen (Knochenfisch) schützen die Männchen die befruchteten Eier in einem Bauchbeutel
Besonderheiten der Fortpflanzung bei Lurchen (Amphibien)
Bei Lurchen ist die Befruchtung extern, im Wasser, und die die Entwicklung macht mehrere Phasen durch vom Ei bis zum Erwachsenen. Die Larve heißt Kaulquappe und ähnelt den Fischen, mit äußeren Kiemen und Schwanz. In dem Metamorphosevorgang finden viele Umwandlungen statt. Im Allgemeinen pflegen die Erwachsenen die Jungen nicht.
Embryonen
Kaulquappen
Abb. 9 Lebenszyklus bei Fröschen
Kaulquappe mit 4 Gliedmaßen
Kaulquappe mit hinteren Gliedmaßen
Erwachsener Frosch
Abb. 8 Bei der Wabenkröte entwickeln sich die Eier auf dem Rücken des Weibchens, geschützt von der Haut, die um sie anschwillt. Aus den Hautvertiefungen schlüpfen die schon gebildeten Fröschlein heraus.
Junger Frosch
Die Entwicklung der Lurche erfolgt durch Metamorphose (Abb. 9): aus dem Ei schlüpft eine Larve, die Kaulquappe heißt, ähnlich den Fischen (hat Außenkiemen, Schwanz und keine Gliedmaßen). Bei der Umwandlung der Kaulquappen in Frösche erfolgen wichtige Veränderungen der inneren und äußeren Organe. Die Kiemen verschwinden gleichzeitig mit der Entwicklung der Lungen; es erscheinen zuerst die Hinterbeine und danach die Vorderbeine; als letztes verschwindet der Schwanz.
Abb. 7 Froscheier
Eier
Besonderheiten der Fortpflanzung bei Kriechtieren
Bei den Kriechtieren erfolgt die Befruchtung im Inneren. Die meisten Kriechtiere sind ovipar, einige sind ovovivipar oder sogar vivipar. Die Eier haben eine dickere Haut und werden meistens auf dem Festland gelegt. Aus den Eiern schlüpfen Junge, die den Erwachsenen ähnlich sind (Abb. 10 und 11). Bei einigen Arten pflegen die Erwachsenen sowohl die Eier als auch die Jungtiere.
Abb. 10 Junges einer Schildkröte
Besonderheiten der Fortpflanzung bei Vögeln
Abb. 11 Junges eines Krokodils
Während der Paarungszeit haben die Vögel besondere Verhaltensweisen und Gesänge, um die Partner anzuziehen, und der Sexualdimorphismus kann sich betonen. Die Vögel legen Eier mit einer dicken Schale. Um diese und die Jungen zu schützen, bauen sie Nester. Nach der Eiablage werden die Eier bebrütet (von dem Weibchen oder von beiden Eltern abwechselnd). Die Jungtiere werden ernährt und gepflegt, bis sie fähig sind zu fliegen und selber Nahrung zu suchen.
Abb. 12 Verschiedene Arten von Eiern
Erfahre mehr!
Einige Vögel bauen komplizierte Nester oder schmücken sie, um die Partnerin anzuziehen. In Abb. 14 schmückt das Männchen des blauen Seidenlaubenvogels sein Nest mit blauen Gegenständen, um das Weibchen anzulocken.
Abb. 14 Männchen des Seidenlaubenvogels und sein Nest
Abb. 13 Junge im Nest, die auf Nahrung warten
Besonderheiten der Fortpflanzung bei Säugetieren
Nach der Art sich fortzupflanzen werden die Säugetiere wie folgt eingeteilt:
Kloakentiere – ovipare Säugetiere (Schnabeltier, Ameisenigel). Sie legen Eier, die das Schnabeltier in einem Nest und der Ameisenigel in seinem Bauchbeutel bebrüten. Sie haben Milchdrüsen, aber ohne Zitzen, sodass die Jungtiere die Milch von dem Bauchfell der Mutter ablecken.
Beuteltiere (Känguru) – gebären unterentwickelte Jungtiere, die ihre Entwicklung im Beutel fortsetzen
Abb. 15 Känguruweibchen mit Jungtier im Beutel
Unterlagen für die Arbeitsmappe
Wähle ein Tier und suche Informationen betreffend die Fortpflanzung und dessen Verhalten in Verbindung mit der Fortpflanzung. Notiere, ob:
• es ovipar, ovovivipar oder vivipar ist;
• innere oder äußere Befruchtung stattfindet;
• die Jungtiere sich direkt oder durch Metamorphose entwickeln;
• es verschiedene Verhaltensweisen in der Fortpflanzungszeit aufweist (beschreibe sie);
• sie ihre Jungen pflegen (wie?).
(Abb. 15), ein Brutbeutel aus Haut, in dem sich auch die Milchdrüsen befinden. Wenn es sich alleine ernähren kann, verlässt das Jungtier den Beutel, kann bei Gefahr aber auch zurückkehren.
Plazentatiere – die Embryonalentwicklung findet im Körper der Mutter statt, in der Gebärmutter, mit der der Embryo durch ein Organ verbunden ist, das Plazenta heißt. Nach der Geburt (Abb. 16) werden die Jungen eine Zeit lang mit Milch gesäugt, je nach Tierart. Die Tragzeit ist unterschiedlich, abhängig von der Tiergröße: 20 Tage bei der Maus, 22 Monate beim Elefanten.
Abb. 16 Eine Katze kümmert sich um ihr neugeborenes Jungtier. In der Abb. kann man auch die Plazenta sehen.
Erfahre mehr!
Unabhängig davon, ob sie sich in den Eiern oder im Körper der Weibchen entwickeln, sind die Embryonen der Wirbeltiere in den ersten Etappen ihrer Entwicklung ähnlich. Später erscheinen die verschiedenen Merkmale, die sie in bestimmte Gruppen einordnen.
Abb. 17 Vogel beim Ernähren der Jungen
Abb. 18 Embryonen der Wirbeltiere –Fisch, Reptil, Vogel, Säugetier
Übungen
I. Wähle die richtige Antwort aus:
1. Aus den Fischrogen(-eiern) entstehen:
a. Kaulquappen; b. kleine Fische; c. Larven; d. Organismen mit äußeren Kiemen.
2. Die Jungtiere der Vögel entwickeln sich:
a. im Mutterkörper; b. in Eiern; c. in Nestern; d. durch Metamorphose.
3. Innere Befruchtung trifft man bei:
a. Fischen; b. Lurchen; c. Wassersäugetieren; d. all diesen.
4. Der Unterschied zwischen den Eiern, die im Wasser und denen, die auf dem Festland gelegt werden, ist:
a. eine längere Entwicklungsdauer; b. dickere Schale; c. dunklere Schale (Haut); d. rundere Form.
II. Verbinde die Begriffe der zwei Spalten. In der Spalte B wird ein Element frei bleiben.
Spalte A
A. Zahlreiche Rogen
B. Bauchbeutel
C. Metamorphose
D. Säugetiere, die Eier legen
Spalte B
1. Kloakentiere
2. Lurche (Amphibien)
3. Beuteltiere
4. Fische
5. Plazentatiere
III. Notiere mit R die richtigen Behauptungen und mit F die falschen. Formuliere die falschen Aussagen so um, dass sie richtig werden.
1. Um Erfolg bei der Fortpflanzung zu haben, müssen die Vögel eine Vielzahl von Eiern legen.
2. Die meisten Fische und Lurche pflegen ihre Jungtiere.
3. Die Kriechtiere sind ovipare Säugetiere.
4. Der Ameisenigel hat die Zitzen in dem Brutbeutel.
5. Die Kaulquappen haben innere Kiemen und Schwanz.
IV. Ergänze folgende Sätze mit den richtigen Begriffen. Die Männchen erzeugen ... , und die Weibchen erzeugen ... . Eine ... und ein ... verschmelzen im Befruchtungsvorgang, um eine ... zu bilden, die Eizelle, aus der sich ein neues Individuum bildet. Um die Befruchtung zu ermöglichen, ist es notwendig, dass die erwachsenen Männchen und Weibchen sich paaren und gleichzeitig ... bilden.
V. In Abb. 19 wird ein Paar pflanzenfressende Säugetiere dargestellt. Identifiziere das Männchen und das Weibchen und beschreibe den Sexualdimorphismus. Nach welchen Zeichen hast du die beiden Geschlechter erkannt? Gib Beispiele von anderen bekannten Tieren mit derselben Dimorphismusart.
Abb. 19 Sexualdimorphismus
ELEMENTE DER HYGIENE DES MENSCHLICHEN
FORTPFLANZUNGSSYSTEMS
Elemente der Hygiene
Die Krankheiten mit sexueller Übertragung (STD) verbreiten sich sehr schnell. Eine große Anzahl von Bakterien, Viren, Pilzen und anderen Parasiten können sich in den Geschlechtsorganen entwickeln. Sie übertragen sich durch direkten körperlichen Kontakt oder durch das Tragen von kontaminierter Körperkleidung.
Man kann nicht davon ausgehen, dass nur die Person, die sich beim Arzt meldet, allein krank ist. Warum?
Die Folgen der Krankheiten mit sexueller Übertragung sind schwerwiegend, nicht nur für die infizierte Person, sondern auch für die Familie und die Gesellschaft. Der Kranke ist eine Quelle für die Verbreitung der Krankheit.
Durch Laboranalysen kann man die Krankheitserreger identifizieren und entsprechende Behandlungen bestimmen. Diese müssen sowohl von der infizierten Person als auch von allen anderen Personen, mit denen er/sie in der letzten Zeitspanne Geschlechtsverkehr hatte, eingehalten werden.
Für die Vorbeugung der Verbreitung der Krankheiten mit sexueller Übertragung und der Verseuchung anderer gesunder Personen sind folgende Regeln einzuhalten:
• Vermeiden des Geschlechtsverkehrs ohne Verhütung (ohne Kondom);
• Benutzen von Einwegspritzen;
• korrektes Benutzen und Sterilisieren des ärztlichen Instrumentars;
• gute Körperhygiene, insbesondere der Geschlechtsorgane;
• Benutzen der Körperbekleidung nur für eigenen Bedarf (man verleiht keine intime Körperwäsche, Handtücher, Badeanzug);
• Arztbesuch bei jedwelchem ungewöhnlichen Zeichen der Geschlechtsorgane;
• Erhöhen der Widerstandsfähigkeit des Organismus gegenüber Krankheiten durch das Erhöhen der Immunität.
Wenn Zeichen und Symptome einer möglichen Krankheit mit sexueller Übertragung erscheinen,
Abb. 1 Übertragungsweisen der sexuellen Infektionen
ist ein Arztbesuch und die Behandlung (samt dem Partner) verpflichtend:
• Schmerzen oder unangenehme Empfindung um die Geschlechtsorgane;
• ungewöhnlicher Ausfluss, Blutungen;
• Schmerzen beim Urinieren;
• Flecken, entzündete Zonen, Schwellungen, Reize.
Abb. 2
Krankheiten mit sexueller Übertragung
Es gibt eine Vielzahl von sexuell übertragbaren Krankheiten und von Krankheitserregern in dem Genitalbereich. Einige davon sind:
Der Herpes – wird von einem Virus hervorgerufen, der in zwei Formen existiert – 1 und 2. Die Form 1 kann meistens den Lippenherpes (in der Mundgegend) erregen; die Form 2 ist für den Genitalherpes (Herpes genitalis) zuständig; beide Formen sind sowohl über Geschlechtsverkehr als auch über Küssen übertragbar. Sie werden mit antiviralen Medikamenten geheilt. Trotzdem kann das Virus jahrelang im Körper bleiben, ohne aktiv zu sein, und erscheint, wenn das Immunsystem des Organismus geschwächt ist. Oft startet die Krankheit in Form von kleinen, schmerzhaften Anschwellungen im Mund- und/oder Genitalbereich.
Infektionen mit Bakterien, Pilzen oder Einzellern können die Geschlechtsorgane, aber auch die Harnröhre, Harnblase angreifen und können leicht von einer Person auf die andere durch Geschlechtsverkehr, aber auch durch Körper- und Bettwäsche, Toilettenstühle übertragen werden. Ebenfalls können sie bei der Geburt von der Mutter auf das Neugeborene übertragen werden. Sie werden mithilfe von Antibiotika geheilt. Nach der Behandlung müssen die Analysen erneuert werden, um die Wirksamkeit der Antibiotika zu testen.
Syphilis ist eine sehr gefährliche Krankheit, die von einer Bakterie verursacht wird, die sowohl über Geschlechtsverkehr als auch von der Mutter auf das Neugeborene übertragen werden kann. Die Krankheit erscheint in mehreren Entwicklungsstadien, von einer kleinen Wunde auf den Geschlechtsorganen am Anfang bis zu schweren Erkrankungen des Gehirns und des Herzens in späteren Stadien, wenn die Krankheit nicht behandelt wurde. Die Behandlung mit Antibiotika in der ersten Entwicklungsphase hat einen großen Erfolgsprozent.
AIDS erfolgt durch das HI-Virus (Humanes Immundefizienz-Virus). Dieses Virus kann von einer Person auf die andere übertragen werden über nicht verhüteten Geschlechtsverkehr mit einer infizierten Person, aber auch durch nicht sterilisierte ärztliche Instrumente oder andere Instrumente, die mit Menschenblut in Kontakt kommen können: nicht sterilisierte Instrumente für Handpflege oder für Tattoos.
HIV überträgt sich nicht über Händeschütteln, Husten, Niesen, Geschirr, Handtücher, Geräte oder Sportsachen.
Die Infektion mit HIV hat als Folge die Schwächung der Abwehrkraft des menschlichen Körpers und führt mit der Zeit zu deren totalem Verlust. Die AIDS-kranken Menschen entwickeln Krankheiten, die der Organismus unter anderen Bedingungen mit eigenen Kräften bekämpfen könnte.
Es gibt Tests, die das Virus im Blut nachweisen, und Medikamente, die dessen Vermehrung unter Kontrolle halten.
Ein anderes Virus mit sexueller Übertragung ist das Papilloma-Virus (HPV ), das mit dem Erscheinen einiger Krebsarten der Genitalien in Verbindung gebracht wird. Das Kondom ist das einzige Verhütungsmittel, welches auch gegen Krankheiten mit sexueller Übertragung schützen kann und keine Gegenanzeigen hat.
Abb. 3 Herpes
Abb. 4
Aus dem, was du bis jetzt erfahren hast, konntest du feststellen, dass einige Kenntnisse, die du bislang bezüglich der Fortpflanzung und der Sexualität (Diskussionen mit den Freunden, Artikel aus dem Internet) hattest, nicht gerade richtig sind.
Aufgrund der schon angeeigneten Kenntnisse bezüglich der Sexualität ergänze die Tabelle mit richtigen Informationen, welche die Mythen erklären, bestätigen oder nicht bestätigen sollen.
Mythen in Bezug auf die Fortpflanzung und die Sexualität:
PROJEKT (Einzel- und Gruppenarbeit) ... ... ... ...
Man sagt, dass ... In Wirklichkeit ...
Beim ersten Geschlechtsverkehr kann keine Schwangerschaft erscheinen.
Es ist leicht, eine sexuell übertragbare Krankheit zu vermeiden.
Eine Schwangerschaft kann wann immer erscheinen, wenn Geschlechtsverkehr in der fruchtbaren Zeitspanne stattfindet.
Einige infizierte Personen weisen keine Symptome auf, vor allem am Anfang der Krankheit.
Organisiert aufgrund dieser Tabelle eine Debatte, in der man die Risikoverhaltensweisen hervorhebt. Am Schluss der Debatte erstellt gruppenweise je ein Plakat, das die realen Informationen mitteilen soll.
Übungen
I. Antworte mit richtig oder falsch auf folgende Behauptungen. Wenn die Antwort falsch ist, ändere den Satz zu einem wahren um:
• Die Zygote fixiert (nistet) sich in der Gebärmutterschleimhaut gleich nach der Befruchtung ein.
• Der Embryo bindet sich nach außen durch die Nabelschnur.
• Der Eierstockzyklus ist in Verbindung mit dem Gebärmutterzyklus und hat eine Dauer von etwa 28 Tagen.
• Die Spirale hemmt die Bildung der weiblichen Geschlechtshormone.
• Das Datum des Eisprungs kann, mit Wahrscheinlichkeit, nach dem Abmessen der Körpertemperatur bestimmt werden.
II. Wähle die richtige Antwort oder die richtigen Antworten aus.
1. Der Genitalherpes wird von:
a. einer Bakterie; b. einem Pilz; c. einem Virus; d. einem Parasiten verursacht.
2. Definitive Verhütungsmethoden sind:
a. Spermizide; b. Vasektomie; c. Abbinden der Eileiter; d. Hormonimplantate.
3. AIDS überträgt sich nicht durch:
a. Händeschütteln; b. Kontakt mit sexuellen Absonderungen; c. Blut; d. Toilettendeckel.
4. Vor einer Schwangerschaft und vor Krankheiten mit sexueller Übertragung (STDs) schützt:
a. die Hormon- oder Kupferspirale; b. Kondom; c. periodische ärztliche Kontrolle; d. kein Geschlechtsverkehr (Abstinenz).
WIEDERHOLUNG
Erinnere dich an die Hauptbegriffe, die du in diesem Kapitel gelernt hast, und ergänze die fehlenden Wörter.
1. Die Fortpflanzung bei den Pflanzen
Die Blüte der Bedecktsamer ist ein Komplex von -organen, die geschützt sind oder nicht von einem mit Rolle in ... und zum Anziehen der bestäubenden ... . Wenn die Elemente der Hülle identisch sind, sprechen wir von ... , die ein Perigon P (z. B. bei der Tulpe) bilden, und wenn diese verschieden sind, sprechen wir von Sepalen (die den ... , K, bilden) – nach außen und von ... (die die Krone, C, bilden) – nach innen. Die Blüten können entweder eingeschlechtlich oder ... sein, wenn in derselben Blüte sowohl männliche Fortpflanzungsorgane, ... (sie bilden das Androeceum, A), als auch weibliche Fortpflanzungsorgane, Karpellen (sie bilden ... , G) sind. Für die Fortpflanzung in der Blüte geschieht die Bestäubung und ... , die bei den Bedecktsamern doppelt ist; ein Spermium verschmilzt mit ... (weibliche Geschlechtszelle), und es entsteht ... , aus dem durch Zellteilung sich ein ... bildet und danach eine neue Pflanze; ein anderes Spermium verschmilzt mit einer anderen Zelle aus der Samenanlage, in der sich eine zusätzliche Zygote bildet, aus der durch Zellteilung ein ... gewebe für den Embryo entsteht. Nach der Befruchtung wandelt sich die Samenanlage in ... und die Eizellen in ... um.
Die Lebensetappen einer Pflanze sind:
Zygote ... Jungpflanze mit ... ... Pflanze mit Fortpflanzungsorganen.
Die Bedecktsamer können sich auch durch ... Organfragmente vermehren. Die wichtigsten vegetativen Vermehrungsmethoden sind ... , die Vermehrung durch Absenker und ... .
2. Die Fortpflanzung beim Menschen
Das menschliche Fortpflanzungssytem, wie auch bei den anderen Tieren, ist aus folgenden Organen gebildet: ... (Geschlechtsdrüsen – Hoden oder Eierstöcke), welche die Geschlechtszellen bilden –... oder Eizellen, Röhren, durch welche diese Zellen nach außen geleitet werden, Anhangdrüsen und äußere ... organe. Beim Mann heißen die Gonaden ... , erzeugen Spermien und ... , das wichtigste männliche Geschlechtshormon. Bei den Frauen heißen die Gonaden ... und befinden sich in dem Unterleib. Sie erzeugen die Eizellen und die weiblichen Geschlechtshormone, ... und Progesteron. Wenn Geschlechtsverkehr in der Zeit stattfindet, in der die Frau fruchtbar ist, werden sich ... mithilfe der Geißeln fortbewegen, ... , die Gebärmutter durchqueren und zu den Eileitern gelangen, wo die Befruchtung geschieht. Die Empfängnis (Konzeption) bedeutet die Gesamtheit der Vorgänge ,die mit dem Erscheinen eines neuen Individuums enden. Nach der Befruchtung teilt sich , nistet sich in der Gebärmutter ein, entwickelt sich und wird am Ende einer Zeitspanne von ... geboren. Wenn man sich nicht die Zeugung eines Kindes wünscht, greift die Frau oder das Paar zu verschiedenen ... , welche die Bildung der Gameten, die Befruchtung, die Einnistung des Embryos oder dessen Entwicklung hemmen. Diese können definitiv oder ... sein.
3. Fortpflanzung bei Wirbeltieren
Bei den Wirbeltieren ist ... geschlechtlich, mit wenigen Ausnahmen. Die sichtbaren Unterschiede zwischen den Individuen sind geschlechtlich, von einer Reihe von Merkmalen in Bezug auf das Aussehen und das Verhalten, welches zu der Anziehung zwischen den zwei Geschlechtern führt, dargestellt. Nach der Embryonalentwicklung sind die Tiere: ... – legen Eier in der Außenwelt (Fische, Lurche, Kriechtiere, Vögel, Kloakentiere); ... – legen Eier, aber diese sind im Inneren des weiblichen Organismus bebrütet – einige Arten von Fischen, Lurchen, Kriechtieren; ... – gebären Jungtiere in verschiedenen Entwicklungsstadien (Beuteltiere und ... ).
Vorschläge für Projektaufgaben
Das Leben einer einjährigen Pflanze • Das Leben einer mehrjährigen Pflanze • Bestäubungsarten • Die vegetative Vermehrung der Pflanzen • Die künstliche Fortpflanzung des Menschen • Das Leben vor der Geburt • Das elterliche Verhalten bei Säugetieren • Das Leben im Nest • Die Folgen der Verhütungsmethoden • Die Vorbeugung der Krankheiten mit sexueller Übertragung • Alkoholkonsum und unverantwortliches sexuelles Verhalten • Risikoverhalten für die nächste Generation • Die Entwicklung des weiblichen Körpers • Die Entwicklung des männlichen Körpers
KENNTNISÜBERPRÜFUNG
Aufgabe I (10 Pkte.)
Ordne den Buchstaben der entsprechenden richtigen Antwort zu (eine einzige richtige Variante):
1. Bei den Plazentatieren befestigt sich der Embryo in der Gebärmutter durch:
a. den Mutterkuchen; b. das Ei; c. die Fruchtblase; d. das Endometer.
2. Welches Organ gehört nicht zum weiblichen Fortpflanzungssystem?
a. Scheide; b. Milchdrüsen; c. Eileiter; d. Hodensack.
Aufgabe II (30 Pkte.)
Verbinde die Begriffe aus den Spalten (z. B., a 1 B); es sind mehrere Verbindungen möglich:
A. Staubfaden
B. Fruchtknoten
a. Staubblätter
b. Stempel
a. Fleischfrüchte
b. Trockenfrüchte
a. Eisprung
b. Menstruation
c. Befruchtung
a. Hai
b. Delfin
Aufgabe III (15 Pkte.)
1. weiblich
2. männlich
1. Beere
2. Karyopse (Nussfrucht)
3. Steinfrucht
4. Hülse
5. Kapsel
1. Gebärmutter
2. Eileiter
3. Eierstock
1. Plazenta (Mutterkuchen)
2. Eier
Bewerte die Ergebnisse des folgenden Experiments:
Deine Gruppe hat je 100 Bohnensamen in je 3 Blumentöpfe gesät:
C. Staubbeutel
D. Pollen
E. Eizelle
A. Mohn
B. Bohne
C. Pflaume
D. Mais
E. Traube
A. Monatliches Freisetzen einer Zelle
B. Monatliche Blutung
C. Verschmelzen zweier Zellen
A. ovipar/ovovivipar
B. vivipar
1. Einer wurde täglich begossen und bei 25–30 °C, mit mattem Glasdeckel bedeckt, gehalten.
2. Der zweite wurde einmal in der Woche begossen, bei 7 °C unbedeckt gehalten.
3. Der dritte wurde täglich begossen und bei 20–25 °C unbedeckt gehalten.
Im ersten Topf haben die Samen gekeimt, aber die Pflanzen sind nicht gewachsen.
Im zweiten haben nur wenige Samen gekeimt, die Pflanzen sind nicht gewachsen.
Im dritten haben die Pflanzen gekeimt, 95 % davon sind gewachsen und haben sich normal entwickelt.
Aufgabe IV (35 Pkte.)
Schreibe einen Text von maximal 30 Zeilen mit dem Titel: „Die Fortpflanzung bei Pflanzen (Nacktsamern) und bei Tieren (Säugetieren)“.
Zähle die Fortpflanzungsorgane und -zellen auf, beschreibe die Befruchtung, die Bildung und Entwicklungs des Embryos, bestimme die Ähnlichkeiten und Verschiedenheiten zwischen den Fortpflanzungsweisen bei den zwei Kategorien von Organismen.
Es werden 10 Punkte vom Amts wegen vergeben.
Arbeitszeit: 50 Minuten
BEWERTUNG
Aufgabe I 10 Pkte.
Aufgabe II 30 Pkte. Aufgabe III 15 Pkte.
Aufgabe IV 35 Pkte. Von Amts wegen 10 Pkte. INSGESAMT 100 Pkte.
Selbstregelungsmechanismen
Die Lerninhalte, die du durchnehmen wirst:
• Feedback/ Rückkopplung
• Thermoregulation
• Biologische Rhythmen der Lebewesen
EINHEIT
Bewerte am Ende dieser Einheit die Aktivität, die du im Unterricht durchgeführt hast. Du kannst ein Beobachtungsblatt ausfüllen, ähnlich dem auf Seite 6, um deinen Fortschritt zu bewerten. Füge das Blatt deinem Portfolio hinzu.
Einfache und komplexe biologische Systeme sind durch einen ständigen Austausch von Substanzen, Energie und Informationen mit der Umwelt gekennzeichnet. Selbstregulierende Mechanismen halten den Körper im Gleichgewicht, unabhängig von der Intensität der Umwelteinflüsse.
Homöostase ist die Fähigkeit des Körpers, durch minimale Veränderungen von einem Moment zum anderen selbst im Gleichgewicht zu bleiben. Dies ist aufgrund der inneren Umwelt und des Informationsflusses durch Nervenbotschaften (entlang der Neuronen) und durch chemische Botschaften (durch das Blut) möglich.
Erinnere dich!
• Aus welchen Komponenten besteht die innere Umwelt? Wie funktioniert der Reflexbogen? Wie wirken Hormone?
Feedback bedeutet das Herstellen einer Rückkopplung, indem Informationen vom Zielorgan zurück zum übergeordneten Steuerungsorgan gesendet werden, um dieses über den erzeugten Effekt zu informieren. Zwei Arten von Feedbackmechanismen existieren: negatives Feedback (Abb. 1) und positives Feedback (Abb. 2)
Durch negative Rückkopplung wird der laufende Prozess gestoppt, sobald der Effekt erzielt wurde.
Bei positivem Feedback wird der Prozess verstärkt.
Abb. 1 neg. Feedback
Abb. 2 pos. Feedback
Erinnere dich!
• Welche Schilddrüsenhormone gibt es und welche Rolle haben sie? Welche Drüse sichert die Regelung der Schilddrüsentätigkeit? Von welchem Nervenorgan wird sie koordiniert und was passiert bei Funktionsstörungen einer dieser Strukturen?
Regelung der Sekretion der Schilddrüsenhormone:
• Hypophysenhormon, das zur Schilddrüse gelangt – TSH.
• Ein Hormon des Hypothalamus, das zur Hypophyse gelangt – TRH.
Anwendung
Erkläre anhand von Abb. 3 die Regulation der Schilddrüsenfunktion. Starte bei der Schilddrüse: Der rote Pfeil zeigt das Absinken der Blutkonzentration der Schilddrüsenhormone.
Die Regulation der Sekretion der meisten Hormone beruht auf negativer Rückkopplung. Eine ausreichende Menge des Hormons im Blut hemmt die Synthese des Hormons direkt oder indirekt. Im vorigen Beispiel wirken Schilddrüsenhormone auf die Regulation der Schilddrüsensekretion:
• direkt durch Hemmung der Hypophyse;
• indirekt durch Hemmung des Hypothalamus, der seinerseits die Hypophyse hemmt.
Wenn die Hormonkonzentration im Blut sinkt, wirkt sich dies direkt auf die Hypophyse und indirekt auf den Hypothalamus aus. Positive Rückkopplungsmechanismen sind im menschlichen Körper seltener. So zeigt sich ein positives Feedback bei der Geburt. Wie heißt das Hormon, das die Kontraktion der schwangeren Gebärmutter und das Stillen stimuliert? Welches Organ produziert es?
Wenn bei der Geburt eine Kontraktion stattfindet, sendet das Hormon Oxytocin eine chemische Botschaft an den Hypothalamus, der noch mehr Oxytocin produziert. Dadurch werden die Kontraktionen der Gebärmutter verstärkt, was zum
Ausstoßen des Kindes führt. Die Kontraktionen hören auf, wenn das Baby den Mutterleib verlassen hat (Abb. 4). Wenn das Baby saugt, fördert die Stimulation der Brustwarze der Brustdrüse durch positives Feedback die Produktion von Hypophysenprolaktin und somit die der Milch. Die Prolaktinsekretion bleibt so lange erhalten, wie das Baby gestillt wird. Wenn das Stillen wegen der Mutter oder dem Kind abbricht, sinkt die Prolaktinsekretion.
Anwendung
Überprüfe die Wirkungen der Schilddrüsenhormone (siehe Kapitel über endokrine Drüsen) und gib an, was passieren würde, wenn deren Sekretion durch eine positive Rückkopplung verstärkt werden würde.
Übungen
Stelle fest, ob es sich im Folgenden um positive oder negative Rückkopplungsmechanismen (oder andere Anpassungsmechanismen) handelt, und begründe die Aussage:
• Bei der Blutgerinnung setzen die verletzten Gewebe chemische Substanzen frei; diese stimulieren die Ansammlung der Thrombozyten an der Läsion; dies wiederum wirkt sich über einen Kaskadenmechanismus auf andere Thrombozyten aus.
• Bei ungenügender Nahrungsaufnahme schützt sich der Körper durch das Herabsetzen des Stoffwechsels.
• Im Reflexbogen der Schutzreflexe führt der Kontakt mit dem Schmerzreiz zum Zurückziehen der betroffenen Gliedmaßen.
Regulationsmechanismen, denen ein negatives
Feedback zugrunde liegt, sichern das Gleichgewicht; solche, die auf positiver Rückkopplung beruhen, äußern sich unter besonderen Bedingungen. Merke dir!
• Der Verzehr von Süßigkeiten regt die Insulinproduktion an, wodurch der Blutzuckerspiegel sinkt.
Abb. 4 Mutter mit Neugeborenem
THERMOREGULATION
Die Vitalfunktionen der Organismen finden meistens zwischen 0 und 40 °C statt. Unter 0 °C gefriert das Wasser in den Zellen und über 40 °C verändern einige Eiweißstoffe ihre Struktur. Auch jenseits dieser Grenzen ist Leben möglich durch Anpassungen.
Bei den Pflanzen beeinflusst die Temperatur Keimung, Pflanzenwachstum, Photosynthese, Atmung, Blüte und Reifung von Früchten. Jeder Prozess wird je nach Art bei einer bestimmten Temperatur optimal durchgeführt.
Die Körpertemperatur der poikilothermen Tiere hängt mehr oder weniger von der Umgebungstemperatur ab („wechselwarme Tiere” – Wirbellose, Fische, Amphibien und Reptilien). Homöotherme Tiere (sogenannte „gleichwarme Tiere“) halten ihre Körpertemperatur bei unterschiedlichen Umgebungstemperaturen konstant, z. B. Vögel (bei ca. 40 °C) und Säugetiere (bei 37–38 °C).
Poikilotherme Tiere können ihre Körpertemperatur konstant halten, wenn die Umgebungstemperatur konstant ist, z. B. Fische, die in Tiefen
Erfahre mehr!
Tardigraden sind kleine wirbellose Tiere, die bei Temperaturen weit unter 0 °C und viel über 100 °C überleben.
Erinnere dich!
• Welche Tiere sind „wechselwarm” und was bedeutet das? Welche Temperaturen beeinflussen die Funktionen der Pflanzen?
leben, in denen es keine Temperaturschwankungen gibt. Die Körpertemperatur ist niedriger als bei Vögeln und Säugetieren, was mit einem langsameren Stoffwechsel zusammenhängt.
Bei Frost werden Stoffwechsel und Vitalprozesse der Poikilothermen herabgesetzt und die Tiere überleben in Winterstarre, einem winterschlafähnlichen Ruhezustand.
Homöotherme Tiere mit intensivem Stoffwechsel verbrauchen Energie, um den Körper aufzuwärmen. Dank des dichten Winterfells und einer dicken Fettschicht sind sie gut angepasst. Tiere der kalten Klimazonen sind größer als ihre im Warmen lebenden Verwandten.
Anwendung
Welche der beiden Bärenarten in Abb. 5 und 6 ist größer? Warum? Nenne weitere Anpassungen der beiden Bärenarten an die Kälte.
Die Thermogenese, die Erzeugung von Wärme, ist das Ergebnis verstärkter Stoffwechselprozesse. Durch Muskelaktivität wird Wärme erzeugt. Die Blutgefäße an der Oberfläche ziehen sich zusammen.
Die Anpassung an höhere Temperaturen, die Abgabe von Körperwärme an die Umwelt
(Thermolyse), geschieht durch eine Reihe von Anpassungen – Erweiterung der Blutgefäße, Schwitzen, Intensivierung der Atmung (Abb. 7)
Die Nervenzentren, die die Mechanismen der Wärmeregulation einstellen, befinden sich im Hypothalamus. Was für ein Organ ist der Hypothalamus? Welche anderen Funktionen hat er?
Abb. 7 Schwitzen beim Menschen und Intensivierung der Atmung beim Hund sichern die Wärmeabgabe
Anwendung
Temperaturabfall
Hypothalamus
Verengung der Kapillaren der Hautoberfläche, um Wärmeverlust zu vermeiden
Temperaturanstieg
Erweiterung der Kapillaren der Hautoberfläche, um Wärme abzugeben
Die Bluttemperatur informiert den Hypothalamus, der die Thermoregulationsprozesse koordiniert
Verhaltensmechanismen (entsprechende Kleidung, Einstellen der Zimmertemperatur)
Das Schwitzen wird gestoppt, die Härchen richten sich auf (falls ein Fell vorhanden ist, hält die Luft zwischen den Haaren die Wärme zurück)
Schweißdrüsen bilden Schweiß, dessen Verdunstung die Wärmeabgabe sichert
Betrachte Abb. 8 und gib die Mechanismen zur Regulation der Temperatur im Inneren an.
Übungen
Nenne für jedes aufgezählte Tier je eine Anpassung an Temperaturschwankungen:
• Polarfuchs;
• Wüstenfuchs;
• Wolf;
• Hauskatze;
• Eidechse;
• Schildkröte;
• Hund;
• Igel.
Abb. 8 Mechanismen der Thermoregulation
BIOLOGISCHE RHYTHMEN DER LEBEWESEN
Biorhythmen bei Pflanzen
Anwendungen
Übertrage folgende Tabelle ins Heft und ergänze sie gemäß dem angegebenen Muster mit der Beschreibung des Vegetationsbildes in jeder Jahreszeit.
Erinnere dich!
• Erinnere dich an die Grundbedingung der Photosynthese. Ausgehend davon stelle die täglichen und saisonalen Variationen der Photosynthese dar. Welche anderen pflanzlichen Reaktionen äußern sich bei Lichtänderung? Erinnere dich an die Jahreszeiten. Welches sind die wichtigsten in der Pflanzenwelt?
Frühling (Frühjahr) Sommer Herbst Winter
Krautige Pflanzen mit Zwiebeln erscheinen. Nach der Laubbildung der Bäume treten diese in Ruhepause.
Bäume bilden Blätter. Die Photosynthese nimmt zu.
Einige Bäume blühen vor, andere nach der Laubbildung: Beispiele ...
In der Erde bleiben nur ...
Maximale Intensität der Photosynthese.
Abb. 9 Änderungen bei Pflanzen während der Jahreszeiten
Wenige Pflanzen blühen im Herbst: ... Früchte ... .
Vergleiche das Erscheinungsbild eines Laubwaldes mit dem eines Nadelwaldes in den vier Jahreszeiten. Finde Gemeinsamkeiten und Unterschiede. Übung
Unterlagen für die Arbeitsmappe
Wähle einen Baum oder Strauch in der Nähe deines Hauses oder deiner Schule, den du leicht beobachten kannst. Erfasse die Daten mit den wichtigsten Ereignissen, die im Laufe des Jahres beobachtet wurden: Knospen, Blätter, Verfärbung und Fallen der Blätter, Blühen, Fruchtbildung, Reifen der Früchte. Du erhältst ein Jahrbuch mit Tagesprotokollen über diesen Baum oder Strauch. Beachte auch die Beobachtungen zur Witterung. Füge Zeichnungen oder Fotos mit repräsentativen Momenten hinzu. Präsentiere die Datei als Projekt oder hänge sie im Klassenzimmer aus.
Biologische Rhythmen bei Tier und Mensch
Rythmen werden durch Variationen der Umweltfaktoren bestimmt, die sich in bestimmten Zeitintervallen wiederholen. Der circadiane Rhythmus stellt den Rhythmus dar, welcher als Anpassung an den Tag NachtWechsel erscheint. Die meisten Tiere sind tagaktiv und ruhen sich nachts aus. Andere Tiere sind abends (z. B. die Mücken) oder nachts aktiv (Nachtraubvögel, Fledermaus, einige Nagetiere).
Der saisonale Rhythmus impliziert Änderungen der Tätigkeit der Tiere in Abhängigkeit von der Jahreszeit. Diese Änderungen sind umso stärker ausgeprägt, je größer die Unterschiede zwischen den Jahreszeiten sind. Mit geringen Abweichungen sind einige Tiere das ganze Jahr über aktiv. Andere haben aktive und inaktive Perioden (überwinternde Tiere halten Winter oder Sommerschlaf). Andere wandern während der ungünstigen Jahreszeit zwecks Nahrungssuche und Fortpflanzung über große Entfernungen.
Die Störche unseres Landes reisen in der Zeit von August bis September ab. Sie reisen in großen Gruppen von über einhundert Vögeln nach Afrika und legen täglich 220 Kilometer mit einer Geschwindigkeit von 30 bis 90 km/h zurück. Sie verbringen den Winter in afrikanischen Savannen, wo sie sich zumeist von Insekten ernähren. Familienmitglieder müssen nicht unbedingt zusammen reisen. Sie kehren im Frühjahr zu den Nestern zurück (Abb. 10).
Unter den Fischen wandern Störe aus unserem Land vom Schwarzen Meer zur Donau, um ihren Laich abzulegen. Die Staudämme an der Donau sind Wanderhindernisse. Eine Möglichkeit für Tiere, ungünstige Zeiten durchzustehen, ist die Überwinterung (bei Schnecken – Abb. 11, Reptilien, Igeln, Fledermäusen). Die Temperatur sinkt stark, die Atmung und die Herzfrequenz nehmen ab, sie bewegen und ernähren sich nicht. Andere
Vorschläge für Projektaufgaben
Erinnere dich!
• Welche Anpassungen weisen nachtaktive Tiere auf?
Tiere wie der Bär halten eine Winterruhe, bei der die Körpertemperatur nur um einige Grad sinkt, die Körperfunktionen verlangsamen sich, aber die Tiere können aufwachen. Gegen Ende der Periode gebärt und stillt die Bärin, bevor sie mit der Nahrungsaufnahme beginnt. Die Tiere in den heißen Gebieten sind in der Regenzeit aktiv und in der Trockenzeit halten sie einen „Sommerschlaf“.
Storch während der Migration
Erfahre mehr!
Abb. 11 Winterstarre bei Schnecken – die Öffnung des Gehäuses ist bedeckt
Beim Menschen gibt es Perioden, in denen die körperliche, emotionale und intellektuelle Aktivität maximale und minimale Punkte erreicht (der körperliche Zyklus hat 23, der emotionale Zyklus 28 und der intellektuelle Zyklus 33 Tage).
Unterlagen für die Arbeitsmappe
Notiere für Zugvögel, beginnend mit dem Frühling:
• Zeitpunkt der Rückkehr vom Überwinterungsgebiet
• Bau und Restaurierungsweise der Nester
• Brutverhalten: Eiablage, Kükenpflege
• Zeitpunkt der Abreise in Wintergebiete
Blutzuckerregulation • Positives Feedback (Eisprung, Geburt, Stillen) • Wärmeregulation bei Tieren • Tagesrhythmus bei Tieren • Tagebuch der Erholung (Schlaf, aktive Ruhe) • Saisonaler Rhythmus bei Tieren • Saisonaler Rhythmus beim Menschen • Saisonaler Rhythmus bei Pflanzen • Tagesrhythmus bei Pflanzen • Biorhythmen bei der menschlichen Tätigkeit (physisch, emotional, intellektuell) • Andere innere Rhythmen des Menschen (Eierstockzyklus, Uteruszyklus, Herzzyklus)
Abb. 10
ALLGEMEINE WIEDERHOLUNG
1. a. Beschreibe den Lebenszyklus der Tulpe, wie in Abb. 1 dargestellt. Stellt das Schema eine ungeschlechtliche oder geschlechtliche Fortpflanzung dar? Argumentiere. Welche Bewegungen finden bei der Blüte statt?
b. Gib die Phase an, in der sich die Tulpenpflanze in Abb. 2 befindet. Welche Ereignisse haben vor dieser Etappe stattgefunden? Welche Ereignisse folgen? Welche Umwelteinflüsse haben das Aussehen beeinflusst?
2. Analysiere den Lebenszyklus der Fische gemäß dem Schema in Abb. 3.
a. Gib an, ob es sich um Folgendes handelt:
• geschlechtliche oder ungeschlechtliche Fortpflanzung;
• innere oder äußere Befruchtung;
• direkte Entwicklung oder Metamorphose.
b. Beeinflussen Umweltanpassungen die Fortpflanzung? In welcher Weise?
3. Erinnere dich an die Namen der Bestandteile des Knochen-, Gelenk-, Muskelsystems und des Fortpflanzungssystems (Abb. 4) und gib dann Folgendes an:
a. die Knochen, die das Becken bilden;
b. starre und bewegliche Gelenke des Beckens;
c. die an den Beckenknochen befestigten Muskeln;
d. die weiblichen Fortpflanzungsorgane in der Beckenhöhle;
e. den Ort des Eisprungs, der Befruchtung und der Einnistung; f. männliche Fortpflanzungsorgane mit doppelter Funktion (exokrine und endokrine/genitale und urinale).
4. ROLLENSPIEL: Verbindung Nervensystem – endokrine Drüsen –andere Organe
Verwende Abb. 5 und Informationen aus Lektionen über endokrine Drüsen und Selbstregulation. Spiele zusammen mit Mitschülern ein Spiel, wie Informationen zwischen Hypothalamus, Hypophyse, Schilddrüse, Nebenniere, Gonaden, Zielorganen dieser Drüsen sowie zwischen diesen endokrinen Drüsen und Hypothalamus zirkulieren, für jede Verbindung zwischen den Drüsenorganen, dem abgesonderten Hormon, seinem Bestimmungsort und der erzeugten Wirkung.
5. Aktivität in Schülergruppen
Erstellt in Gruppen zu je fünf Schülern Modelle des Reflexbogens, verwendet verschiedene wiederverwendbare Materialien. Ergänzt mit Etiketten die Namen der Bestandteile des Reflexbogens. Bestimmt die Arten der beteiligten Neuronen und die Arten der Verbindungen zwischen den Bestandteilen des Reflexbogens. Vergleicht die hergestellten Modelle und korrigiert die Beschriftungen mit den Namen der angegebenen Bestandteile.
Abb. 1 Lebenszyklus Abb. 2 Tulpenblüte
Abb. 3 Lebenszyklus bei Fischen
Abb. 4 Fortbewegungssystem
Hypophyse Schilddrüse
Hypothalamus
Nebenniere Gonade (Eierstock)
Abb. 5 Beziehung NS – endokrine Drüsen
Aufgabe I (3 Punkte × 10 = 30 Punkte)
Betrachte Abb. 1 und bestimme:
a. die mit 1, 4, 5, 6, 7 bezeichneten Bestandteile des Reflexbogens.
b. die Namen der Spinalnervenkomponenten, mit 2, 3, 4, 6 angegeben.
c. die drei Neuronenarten mit unterschiedlichen Rollen.
d. die Art der mit 5 bezeichneten Nervensubstanz.
e. den Namen des Nervenorgans, das Bestandteil 5 enthält.
f. die Schichten des Sinnesorgans, in denen sich Bestandteil 1 befindet.
g. die im Organ vorherrschende, mit 7 markierte Gewebeart.
h. die Extremitäten des mit 7 markierten Organs.
i. die Art der Kontraktion, die durch die Einwirkung eines schädlichen Reizes auf die Komponente 1 durch Komponente 7 erreicht wird.
j. die Organe, die Bestandteil 7 in Bewegung setzt.
Aufgabe II (5 Punkte × 3 × 2 = 30 Punkte)
Die Einwirkung einiger Umweltfaktoren bestimmen Änderungen in allen Lebewesen:
1. Bei zunehmender Lichtstärke:
a. für die Löwenzahnblüten und die des Jasmintabaks (Königin der Nacht);
b. für das menschliche Auge (für Pupille und Netzhaut);
c. für nachtaktive Tiere.
2. Beim Sinken der Temperatur:
a. für die Tulpenblüte; b. für wechselwarme Tiere; c. für den menschlichen Körper (bei Haut und Skelettmuskulatur).
Aufgabe III (10 Punkte × 3 = 30 Punkte)
Die Fortpflanzungsfunktion sichert das Überleben der Art. Betrachte Abb. 2 und 3.
1. Definiere die Befruchtung. Wo erfolgt die Befruchtung bei Blütenpflanzen? Wo aber bei Fischen und Amphibien? Wo bei Reptilien, Vögeln, Säugetieren, einschließlich beim Menschen?
2. Wo geschieht die Embryonalentwicklung bei Blütenpflanzen? Wo aber bei den fünf Wirbeltiergruppen? Welche Anpassungen haben die Landwirbeltiere für die Embryonalentwicklung?
3. Wie äußert sich elterliches Verhalten bei Tieren und Menschen?
Es werden 10 Punkte von Amts wegen vergeben. Empfohlene Arbeitszeit: 50 Minuten
BEWERTUNG
Aufgabe I 30 Pkte. Aufgabe II 30 Pkte. Aufgabe III 30 Pkte. Von Amts wegen 10 Pkte. INSGESAMT 100 Pkte.
III. (5 × 3 × 1 Punkt): A. endokrine Bauchspeicheldrüse, verminderte Insulinbildung, Diabetes; B. Schilddrüse, Unterfunktion, endemischer Kropf; C. Hypophyse, übermäßige Wachstumshormonbildung, Riesenwuchs (Akromegalie); D. Schilddrüse, Überfunktion, exophthalmischer Kropf; E. Hypophyse, verminderte Sekretion von Wachstumshormonen, hypophysärer Kleinwuchs.
IV. 5 × 1 Punkt: Rezeptor, afferente Bahn, Reflexzentrum, efferente Bahn, Effektor; 3 × 5 × 2 Punkte: die drei Begriffe für jeden Reflex; zum Beispiel: starke Lichtintensität/Hirnstamm/Ringmuskeln der Iris.
III. 5 Punkte für jede richtige Behauptung: für Topf 1 fehlte das Licht; für Topf 2 waren Temperatur und Luftfeuchtigkeit zu niedrig; für Topf 3 waren die Bedingungen optimal.
IV. Aufzählen der Fortpflanzungsorgane und zellen – 5 Pkte.; Beschreibung der Befruchtung – 5 Pkte.; Bildung und Entwicklung des Embryos – 5 Pkte.; zwei Ähnlichkeiten – 2 × 5 Pkte.; zwei Unterschiede – 2 × 5 Pkte.
I. 10 × 3 Pkte. = 30 Punkte: a. 1 – Rezeptor, 4 – afferente Bahn, 5 – Reflexzentrum, 6 – efferente Bahn, 7 – Effektor; b. 2 – Stamm des Rückenmarksnervs, 3 – Spinalganglion, 4 – Hinterwurzel, 6 – Vorderwurzel; c. sensitives Neuron, assoziatives Neuron, motorisches Neuron; d. graue Substanz; Rückenmark; f. Oberhaut, Lederhaut, Unterhaut; g. quergestreiftes Muskelgewebe; h. Sehnen; i. Beugebewegung; j. Knochen.
II. 2 × 3 × 5 Pkte. = 30 Punkte: 1. a. die Löwenzahnblüte öffnet sich; die Blüte des Jasmintabaks (Königin der Nacht) schließt sich; b. die Pupille wird kleiner; die Zapfenzellen produzieren Nervenimpulse; c. Reduzierung der Aktivität, Ruhezeit. 2. a. die Tulpenblüte schließt sich; b. poikilotherme Tiere treten in Ruhepause ein; c. Vasokonstriktion in der Haut, unwillkürliche Kontraktionen der Muskeln.
III. 3 × 10 Pkte. = 30 Punkte: 1. die Vereinigung der Gameten verschiedener Geschlechter, Bildung einer Zygote; bei Pflanzen – in der Eizelle des Fruchtknotens der Blüte; bei Fischen und Amphibien – im Wasser; bei Reptilien, Vögeln, Säugetieren, Menschen – im weiblichen Genitaltrakt (zum Beispiel beim Menschen im Eileiter); 2. im Samen; bei Fischen und Amphibien im Wasser; bei Reptilien und Vögeln meist in Eiern; bei Säugetieren gewöhnlich im Körper der Mutter; Anpassungen: Schutz in den Eiern oder im Körper der Mutter; 3. Bei Wirbeltieren mit äußerer Befruchtung werden Nachkommen in großer Zahl normalerweise nicht von den Eltern gepflegt. Reptilien können Brutpflegeverhalten zeigen; Vögel und Säugetiere haben ein elterliches Verhalten entwickelt, wobei eine kleine Anzahl von Jungtieren geschützt (im Nest, in anderen Unterkünften) von ihren Eltern gefüttert und sogar aufgezogen wird.
Bibliographie:
A. Ardelean, I. Roșu, C. Istrate, V. Vașloban, Anatomie și fiziologie umană, Editura Corint
Alexandru Teodor Ispas (coordonator prof. univ. dr.), Anatomia și fiziologia omului cu aplicații practice, Editura Didactică și Pedagogică
Paulina Anastasiu, Atlas botanic școlar, Editura CD Press
Zoe Partin, Atlas zoologic școlar, Editura Corint
Nach der Natur sind wir einander ähnlich, die Bildung unterscheidet uns.
