9789147911905

BIOLOGI 2 Lärarhandledning

Gunnar Björndahl

Innehåll Mapp 1: Introduktion till lärarhandledningen Mapp 2: Naturvetenskapligt arbetssätt Mapp 3: Cellen Mapp 4: Mikroorganismer och virus Mapp 5: Växternas och svamparnas fysiologi Mapp 6: Djurens fysiologi inklusive människans Mapp 7: Kärlek och sex Mapp 8: Mikroskopering för kursen Biologi 2 Mapp 9: Svar på frågorna i böckerna

IISBN 978-91-47-91190-5 © 2012 Gunnar Björndahl och Liber AB redaktör: Cecilia Söderpalm-Berndes formgivare: Lotta Renneus teckningar: Cicci Lorentzson

Biologi 2 Lärarhandledning © Författarna och Liber AB

Får kopieras

1

Djurens fysiologi inklusive människans Kommentarer

Biologi 2 Lärarhandledning DJURENS FYSIOLOGI INKLUSIVE MÄNNISKANS © Författarna och Liber AB

Får kopieras

1

Inledning Detta är den del av kursen i Biologi 2 som oftast upplevs som mest intressant av eleverna. Egentligen skulle man lätt kunna fylla ut kursen med enbart humanfysiologi, men som nämndes tidigare så är studier av växter, svampar och mikroorganismer motiverade både ”i sig” och eftersom det ofta är lättare och mer etiskt förvsvarbartatt utföra fysiologiska experiment på växter och mikroorganismer än på djur.

Alltnog, minst 3/5 av kursen Biologi 2 bör rimligen ägnas djurorganismens, speciellt människans, fysiologi. I Skolverkets mål för kursen betonas också att eleverna ska få förståelse för reglering av och samspel mellan olika organsystem i människan.

För att kunna nå en djupare förståelse inom åtminstone några organsystem pekar mycket på att man (dvs. elever och lärare i samråd) bör välja att studera några få organsystem grundligt och i stället bortse från en del andra.

Dock måste eleverna först få en allmän förståelse för djurorganismens funktion, vilka olika organsystem som finns, och behovet att upprätthålla homeostas. Därför bör man inleda människans fysiologi med en allmän översikt, gärna i form av arbetsuppgifter för eleverna. Sedan kan man ha en omröstning bland eleverna om vilka organsystem man vill prioritera.

Det visar sig, att eleverna ofta väljer bort matspjälkning och cirkulation – de avsnitten verkar ha prioriterats under grundskoletiden.

I både läroboken och den här laborationshandledningen behandlas alla organsystem i människan likvärdigt, bl.a. för att läraren och eleverna ska ha möjlighet att välja bland avsnitten.

Översiktligt om djurens fysiologi Det kan behövas en introduktion till studiet av fysiologin hos djurorganismer.

Därför kan det vara motiverat att låta eleverna göra jämförande studier av djurgrupper och hur olika fyla har organsystem för en viss funktion. Men det är viktigt att det inte enbart blir en repetition av sådant som redan tagits upp i Biologi 1. I den här introduktionen ingår också sådant som hur man ska tänka när man studerar mikropreparat och hur man ska beskriva djurorganismers allmänna uppbyggnad, t.ex. i samband med dissektion.

Just dissektioner kan också vara kontroversiella – det är alltid lämpligt med samråd med eleverna huruvida man vill göra någon dissektion över huvud taget, och sedan bör man låta ordentligt motvilliga elever avstå – de kan då få någon teoretisk arbetsuppgift i stället.

Förutom att skapa förståelse för djurens behov av olika organsystem, och att olika fyla kan ha helt olika problemlösningar därvidlag, bör introduktionen till djurorganismen också visa på olika arbetssätt.

Biologi 2 Lärarhandledning DJURENS FYSIOLOGI INKLUSIVE MÄNNISKANS © Författarna och Liber AB

Får kopieras

2

Näring, näringsupptag och matspjälkning Så gott som alla djur har ett matspjälkningssystem i någon form. Från och med en ”komplexitetsnivå” motsvarande nematoderna har i stort sett alla djur också en tarmkanal rätt genom kroppen.

Hos små kräftdjur och vattenlevande insekter kan man ibland enkelt se tarmens ständiga rörelser i mikroskop. Även vår tarmkanal är ju i ständig rörelse.

Några aspekter på matspjälkning samt närings- och energibehov kan anses viktigare än andra. Dit hör r

grundläggande energibehov hos växelvarma resp. jämnvarma djur,

r

behovet av speciella näringsämnen. Vitaminer, essentiella aminosyror och dito fettsyror hos människan – jämför med att det inte är exakt samma behov hos alla djur, inte ens hos alla däggdjur.

r

principen för/syftet med hanteringen av maten i tarmkanalen

r

o

De stora, polymera molekylerna i maten måste plockas ner till smådelar för att dessa sedan ska kunna föras ut i kroppen.

o

I synnerhet för proteiner tycks det finnas en ”logisk sekvens” för hur nedbrytningen går till.

Styrning och återkoppling av organs/körtlars aktivitet.

Gasutbyte – andning Många läroböcker betonar att man måste skilja mellan den egentliga cellandningen, respirationen, biokemiskt sett, och de olika system för gasutbyte som finns. Djuren måste ju alltid hålla på med cellandning, men det är främst någorlunda stora djur som behöver mer komplicerade organ för gasutbyte.

Ofta är den grundläggande principen ytförstoring. Jämför att daggmaskar klarar att andas bara via huden, trots viss tjocklek, men att det inte är helt till fyllest för många groddjur. Ett specialfall är dock en groda från Titicacasjön i Sydamerika – eftersom den andas enbart med huden så har den extra stora hudveck hängande kring kroppen!

Det finns olika typer av problem respektive fördelar med syreupptagning från vatten resp. luft. I båda fallen finns det ett samband mellan hur aktivt ett djur lever och hur avancerade organ det behöver för syreupptagning.

Djur som andas luft måste antingen ha någon form av lungor, där syret överförs från luften till blodet, eller som hos insekterna trakéer, där luften direkt leds till alla organ. Trakéerna verkar dock fungera mycket dåligt om djuren är något större än ordinära insekter.

Om syret transporteras med blodet har djuren också i de allra flesta fall någon form av syretransporterande protein i blodet.

Biologi 2 Lärarhandledning DJURENS FYSIOLOGI INKLUSIVE MÄNNISKANS © Författarna och Liber AB

Får kopieras

3

Djurens fysiologi inklusive människans Teoretiska övningar Innehåll Jämförande skelettanatomi 2 Tolka diagram över njurens Problemlösning i olika funktioner 11 djurgrupper 3 Skriv om immunförsvaret 13 Några fallstudier om människan 4 Träna på nevsystemet 14 Fallstudie: Magsår 7 Fallstudie: Hypofystumör 15 Fallstudie: Celiaki 8 Fallstudie: Sköldkörteln 16 Uppdrag tarmkanalen 9 Kommentarer 17 Fallstudie: Riskfaktorer för kranskärlssjukdom 10

Biologi 2 Lärarhandledning DJURENS FYSIOLOGI INKLUSIVE MÄNNISKANS © Författarna och Liber AB

Får kopieras

1

Tolka diagram över njurens funktioner 1. Diagrammet visar hur mycket kväve (mätt som grundämnet) som går ut med urinen under olika förhållanden. g N utsöndring 12

8

hungerminimum

4

balansminimum, dvs. intag av så mycket kväve att det inte blir någon nettoförlust av kväve

endogent minimum

upptag 4

8

12 g N

Hur hunger m.m. påverkar mängden kväve som skickas ut med urinen.

Hungerminimum: När man inte äter något alls.

Endogent minimum: När man får energi från kolhydrater och fett, men inte äter något protein alls.

Fråga a) Varför är hungerminimum högre än endogent minimum?

Fråga b) Balansminimum: När inte kroppens egna proteiner bryts ner (netto), utan tillförseln av kväve väger upp förlusterna. Varför måste punkten ligga som den gör?

Biologi 2 Lärarhandledning DJURENS FYSIOLOGI INKLUSIVE MÄNNISKANS © Författarna och Liber AB

Får kopieras

11

2. Stapeldiagrammet visar halten mval/l lösta ämnen i blodplasma resp.

800 urin. Varför är det skillnad både i total halt och i proportioner mellan olika ämnen?

700

andra beståndsdelar

600 urinämne

500

400

kreatin

H2CO3 H2CO3

HCO3–

Cl– Na+

200 Na+ Cl– 100

Lösta ämnen i blodplasma respektive urin.

H2PO4–

HPO42– SO42–

K+ Ca2+ Mg2+

SO42–

org S protein

K+

blodplasma pH 7,4

urin pH 5,4

ad

glu

ko

s

återresorberad glukos

filt r

er

3. Diagrammet visar mmol/min glukos mängden glukos som filtreras i njurkapslarna jämfört med vad som 30 hamnar i urinen, i förhållande till halten i blodplasman. Vad säger 20 diagrammet om njurarnas arbetsförmåga? Bör friska personer, med en 10 glukoshalt i blodplasman av ca 5 mmol/dm3, drabbas av glukos i urinen?

Ca2+ Mg2+ org S

d

ra

d ön

os

uk

gl

s

ut 5

10

15

20

tubulärt maximum *

300

NH4+

glukos

25

plasmaglukos mmol/dm3

*Så mycket som njurarna klarar att återta

Mängden glukos som filtreras i njuren resp. återtas.

Biologi 2 Lärarhandledning DJURENS FYSIOLOGI INKLUSIVE MÄNNISKANS © Författarna och Liber AB

Får kopieras

12

Djurens fysiologi inklusive människans Enkla experiment Avsikten med de enkla experimenten är att snabbt kunna illustrera viktiga begrepp. Ibland passar de här övningarna för lärarledd demonstration, ibland för elevövningar, t.ex. mot slutet av ett längre lektionspass.

Innehåll Finns det något stärkelsenedbrytande i saliven? 2 Bara små molekyler kan passera ett membran 4 ”Gurgla” stärkelse 6 Hjärtljuden 7 Cirkulation 8 Blodtrycksmätning 9 Dykreflexen 11 Muskler i arbete 12 Betingade reflexer 14

Reflexer i allmänhet 15 Nervimpulsers hastighet 17 Ögats avståndsbedömning 18 Synfältet 19 Ögats nervceller ”redigerar” 20 Att se skarpt 21 Stereoseende 22 Blinda fläcken 23 Luktsinnet 24 Hörsel och balans 25 Känselsinnena 26

Biologi 2 Lärarhandledning DJURENS FYSIOLOGI INKLUSIVE MÄNNISKANS © Författarna och Liber AB

Får kopieras

1

Avsnitt

Hel- eller halvklass

Tidsåtgång min

Djurens fysiologi

Halv

30

Riskbedömning

Handskar och skyddsglasögon.

Jodlösning är irriterande för hud och slemhinnor. Fehlings lösning är frätande.

Finns det något stärkelsenedbrytande i saliven?

Material och utrustning provvrör (10 ml) stärkelselösning (4 %) vit provplatta med nedsänknigar jodlösning (recept – se Appendix) glasstav Fehlings lösning (recept – se Appendix) Clinistix

Utförande r

Samla saliv i ett provrör, ca 2 cm upp i röret.

r

Fyll ett annat provrör till hälften med 4 % stärkelselösning.

r

Utnyttja en vit provplatta med fördjupningar. Fyll 15 st fördjupningar med en droppe jodlösning var.

r

Ta en droppe av den ursprungliga stärkelselösningen och blanda med den första av jodlösningsdropparna – gärna med en glasstav. Om det blir en blåsvart färg tyder det på stärkelse. Detta är ”kontrollen”.

r

Häll saliven i provröret med stärkelselösning och skaka om.

r

Ta upp en droppe ur saliv-stärkelseblandningen med glasstaven och blanda med jodlösningsdroppen nummer 2.

r

Upprepa överföringen av saliv-stärkelseblandningen till en joddroppe med 30 sekunders mellanrum. Hur förändrar sig färgen som bildas?

Biologi 2 Lärarhandledning DJURENS FYSIOLOGI INKLUSIVE MÄNNISKANS © Författarna och Liber AB

Får kopieras

2

r

Testa till sist om saliv-stärkelseblandningen innehåller socker, med t.ex.

Fehlings lösning och Clinistix. Gör samma sak med stärkelselösning som inte blandats med saliv. o

Fehling: Häll någon cm lösning I i ett provrör, och blanda med så mycket lösning II att det blir en starkt klarblå färg. Tillsätt lika mycket Fehling (kanske 5 droppar) till samma volym av både stärkelselösning utan saliv, stärkelselösning med saliv och rent vatten, alltså i tre provrör. Värm i vattenbad några minuter, tills innehållet i något av provrören fått en kopparröd färg. Vad har hänt?

Rapport Skriv en rapport över vad som händer, där du försöker förklara allting så tydligt som möjligt.

Biologi 2 Lärarhandledning DJURENS FYSIOLOGI INKLUSIVE MÄNNISKANS © Författarna och Liber AB

Får kopieras

3

Avsnitt

Hel- eller halvklass

Tidsåtgång min

Djurens fysiologi

Halv

60-120

Riskbedömning

Handskar och skyddsglasögon.

Jodlösning är irriterande för hud och slemhinnor, Fehlings lösning är frätande.

Bara små molekyler kan passera ett membran Vi utnyttjar en bit dialysslang, en slang gjord av ett slags plastmaterial som tillåter små molekyler, men inte stora, att passera igenom.

Material och utrustning dialysslang lösning med glukos, stärkelse, äggalbumin, natriumklorid snöre bägare destillerat vatten Clinistix jodlösning (recept – se Appendix) Fehlings lösning silvernitratlösning

Utförande r

Blöt upp dialysslangen i vatten en stund. Använd ca 20 cm slang.

r

Blanda till en lösning av glukos, stärkelse, äggalbumin och kanske natriumklorid.

r

Knyt till dialysslangens ena ände, och gnugga slangen så att den går att veckla ut. Fyll i ”lagom” volym av lösningen enligt ”2”. Knyt sedan till dialysslangens övre ände. Spara en del av lösningen för analys.

Biologi 2 Lärarhandledning DJURENS FYSIOLOGI INKLUSIVE MÄNNISKANS © Författarna och Liber AB

Får kopieras

4

r

Placera dialysslangen i en ganska liten bägare med destillerat vatten.

r

Efter ca en halvtimme, undersök både lösningen man hällt i slangen och vattnet utanför slangen på innehåll av stärkelse, socker, protein och natriumklorid. Ha dessutom med destillerat vatten som kontroll. o

Protein: Använd även här Fehlings lösning. Violett färg före värmning tyder på innehåll av protein, ljusblå färg på att det inte finns protein.

o

Kloridjoner: Pröva om det bildas en fällning vid tillsats av silvernitratlösning.

Rapport Vilka slutsatser kan man dra om varför de stora molekylerna i maten vi äter måste brytas ner till mindre, innan de kan föras ut i kroppen?

Skriv en rapport!

Biologi 2 Lärarhandledning DJURENS FYSIOLOGI INKLUSIVE MÄNNISKANS © Författarna och Liber AB

Får kopieras

5

Djurens fysiologi inklusive människans Laborationer med kommentarer Innehåll Kroppstemperatur – i normala fall 37 ºC 2 Människan som maskin – basalmetabolismen 4 Dissektion 6 Nedbrytning av fetter 14 Analys av C-vitaminhalten i livsmedel 16 Lungornas vitalkapacitet – i förhållande till kroppslängd 19 Inverkan av kroppsansträngning på koldioxidproduktionen 21 Kondition – pulsmätning 23

Undersökning av hjärtats byggnad 25 Puls, andningsfrekvens och blodtryck 27 Homeostas 29 Färgning av eget blod 30 Räkna röda blodkroppar 34 Vätskeintag och urinvolym 36 Undersökning av konstgjord urin 38 En muskel tröttas ut 39 Statiskt och dynamiskt arbete 41 Mätning av blodsockerhalten 42 Kommentarer 45

Bild på de två böckerna

Biologi 2 Lärarhandledning DJURENS FYSIOLOGI INKLUSIVE MÄNNISKANS © Författarna och Liber AB

Får kopieras

1

Avsnitt

Hel- eller halvklass

Tidsåtgång min

Djurens fysiologi

Halv

90

Riskbedömning

Kroppstemperatur – i normala fall 37 °C Inledning Här har vi ett exempel på homeostas. Hur regleras den? Hur snabbt återställs den efter en störning? Ni ska diskutera er fram till ett experiment.

Uppgift Arbeta två och två. Utforma en laboration som kan visa att vår temperaturreglering fungerar, och att temperaturen återställs relativt snabbt efter en störning.

De frågor ni ska försöka besvara genom experiment är: r

Hur påverkas en kroppsdel (eller hela kroppen) vid uppvärmning resp. nedkylning?

r

Vilken förändring – nedkylning eller uppvärmning – sker snabbast?

r

Vid vilken temperaturförändring återgår kroppen snabbast till normalvärdet?

Planera ert experiment noga, så att ni kan minimera antalet felkällor. Diskutera planerna med läraren innan ni sätter igång.

Ta också fram bakgrundsfakta om temperaturreglering från böcker eller nätet.

Försöket kan göras dels ute, dels inne.

Biologi 2 Lärarhandledning DJURENS FYSIOLOGI INKLUSIVE MÄNNISKANS © Författarna och Liber AB

Får kopieras

2

Tips på material och utrustning termometrar tidtagarur vatten som kan värmas eller kylas bomull, att ha till isolering plastbaljor

Rapportskrivning Redovisa ert experimentupplägg noggrant. Tänk på att det ska vara möjligt för andra personer att göra om experimenten och verifiera dem. Därför måste beskrivningen av metoden vara tydlig. Ni kan förstås välja själva hur ni ska redovisa era resultat, men ett tips är att ha med några temperaturkurvor.

Biologi 2 Lärarhandledning DJURENS FYSIOLOGI INKLUSIVE MÄNNISKANS © Författarna och Liber AB

Får kopieras

3

Avsnitt

Hel- eller halvklass

Tidsåtgång min

Djurens fysiologi

Hel eller halv

60

Riskbedömning

Människan som maskin – basalmetabolismen Inledning Levande organismer är hela tiden beroende av energi för att hålla sig vid liv.

Den energi man omsätter även om man bara ”ligger på sofflocket” och inte utför något direkt fysiskt arbete brukar anses som resultat av basalmetabolismen, alltså den ”grundläggande ämnesomsättningen”. Enligt termodynamikens huvudsatser blir all utnyttjad energi så småningom värme. För jämnvarma organismer som människan är det förstås nödvändigt, och inte bara en förlust. Syftet med den här laborationen är att med jämförelsevis enkla medel beräkna hur stor vår basalmetabolism är, räknat som energi per dygn (alltså egentligen vår effektutveckling!).

Utrustning spirometer räknare

1. Ta reda på andningsfrekvensen Arbeta två och två – en av er är försöksperson, den andra försöksledare. Försökspersonen ska vara avslappnad – kan t.ex. ligga på rygg på ett bord. Försöksledaren noterar antalet andetag per minut. Upprepa försöket minst tre gånger. Beräkna sedan medelvärdet.

2. Ta reda på andningsvolymen Det här är svårt! Sitt lugnt och avslappnat, och gör 5 normala utandningar i spirometern, anteckna volymen och beräkna medelvärdet. Vad blir alltså andningsvolymen per andetag?

Biologi 2 Lärarhandledning DJURENS FYSIOLOGI INKLUSIVE MÄNNISKANS © Författarna och Liber AB

Får kopieras

4

3. Beräkna basalmetabolismen Hur många andetag gör man per dygn, om man befinner sig i vila?

Hur stor blir då den sammanlagda andningsvolymen?

Luften man andas in innehåller 20 % syrgas, den vi andas ut 16 %.

Hur mycket syrgas förbrukar vi då, räknat i volym?

Varje liter förbrukad syrgas vid normalt lufttryck och rumstemperatur motsvarar en energiomsättning i vår kropp på ca 21 kJ. Energiomsättningen per dygn i vila, basalmetabolismen, kan då uppskattas till ____ MJ/dygn.

4. Jämför med energiinnehållet i maten En normal smörgås med pålägg tillför oss ungefär 1 MJ i energi. Hur många smörgåsar behövs alltså per dygn för att täcka ditt energibehov i vila?

5. Titta på effekt och kostnader Effekt uttrycks ju som energi/tid. Din kroppsliga effektutveckling i vila är alltså kring _______________ watt (W).

Räkna om din energianvändning per dygn från MJ till kilowattimmar (kWh).

Vad blir det?

Om 1 kWh elenergi kostar kring 70 öre, vad skulle din matenergi i så fall kosta som elenergi?

Biologi 2 Lärarhandledning DJURENS FYSIOLOGI INKLUSIVE MÄNNISKANS © Författarna och Liber AB

Får kopieras

5

Djurens fysiologi inklusive människans Kvalificerade frågor

Biologi 2 Lärarhandledning DJURENS FYSIOLOGI INKLUSIVE MÄNNISKANS © Författarna och Liber AB

Får kopieras

1

Kvalificerade frågor Allmänt om djurens fysiologi 1. Motivera: Den inre miljön i flertalet djur hålls relativt konstant. Hur kan vävnadsvätskans sammansättning hållas någorlunda konstant hos ryggradsdjuren?

2. ”Kritiskt tänkande”: Varför är varje organisationsnivå i människokroppen mer än summan av delarna?

3. Är det helt korrekt att definiera homeostas som ”konstant inre miljö”?

Förklara!

4. Däggdjur och fåglar som lever i kallt klimat är för det mesta större och klumpigare än nära släktingar i varmare klimat (Bergmanns regel).

Försök ge en evolutionär förklaring till detta.

5. Om man rakar av en kamel pälsen så förlorar den mer vatten än annars, även om kroppstemperaturen är densamma. Förklara.

6. Förklara varför stora jämnvarma djur har lättare än små jämnvarma djur att leva i kallt klimat.

7. Hur är det med skillnaden mellan kroppens temperatur och den i den omgivande luften sommar resp. vinter för a) en igelkott (ett däggdjur), som ligger i dvala under vintern b) en talltita (en liten fågel), som är aktiv hela vintern?

Se även diagrammet. °C

kroppstemperatur

+ 20 °C 38

0 °C

34

–20 °C

tid 16

20

24

04

08 klockslag

Talltitans kroppstemperatur under natten, vid olika yttertemperatur.

Biologi 2 Lärarhandledning DJURENS FYSIOLOGI INKLUSIVE MÄNNISKANS © Författarna och Liber AB

Får kopieras

2

BIOLOGI 2 Lärarhandledning

Denna lärarhandledning kan användas till alla Biologi 2-läromedel eftersom den är uppdelad i mappar efter delområden i kursen Biologi 2.

Varje mapp innehåller pdf-dokument med kommentarer, teoretiska uppgifter, enkla experiment, laborationer och kvalificerade frågor som hör till delområdet. Undantaget är mapp 7, Kärlek och sex, som bara innehåller kommentarer samt hänvisningar till arbetsmaterial. I en mapp (nr 8) finns ett övergripande mikroskoperingsmaterial, dvs. bilder på och kommentarer till celler och organ. I den sista mappen, nr 9, finns svar på frågorna i läroböckerna Spira 2 (47-08589-7) och Biologi 2 (47-08590-3).

Labbar och enkla experiment är försedda med en etikett som anger tidsåtgång och riskbedömning.

Materialet motsvarar ca 450 A4-sidor; dessa kan fritt kopieras på den skola som köpt in lärarhandledningen.

Liber AB, 113 98 Stockholm Tfn 08-690 90 00 www.liber.se Kundservice tfn 08-690 93 30 fax 08-690 93 01 e-post: kundservice.liber.se

Best.nr 47-91190-5 Tryck.nr 47-91190-5

Biologi 2 Lärarhandledning © Författarna och Liber AB

Får kopieras

2