9789147116003 by Smakprov Media AB

Björndahl Landgren Thyberg SPIRA Biologi 1

Spira Biologi 1 är anpassad till gymnasiets kurs 1 i Biologi och kan därmed även användas på komvux och naturvetenskapligt basår. Boken är indelad i fyra block: 1. Cellen, individen och genetik, 2. Livets mångfald, 3. Samspel i naturen och 4. Hållbar utveckling. Texterna är skrivna med en berättande stil och en språklig nivå som passar alla elever. Innehållet är rikt med möjlighet till fördjupning och breddning. I början av boken finns ett uppslag med studietips. I början av varje kapitel anges kunskapskraven samt de viktigaste begreppen. Dessa finns förklarade som marginaltexter inne i kapitlet där de först dyker upp. I slutet av varje kapitel finns en sammanfattning i form av en begreppskarta samt uppgifter av olika kategorier. I Spiraserien ingår: • Spira Biologi 1 • Spira 1 Onlinebok • Lärarhandledning till Spira Biologi 1 • Spira 1 webbapp – digitalt träningsverktyg • Spira Biologi 2 • Spira 2 Onlinebok • Lärarhandledning till Spira Biologi 2

Best.nr 47-11600-3 Tryck.nr 47-11600-3

omsl_SPIRA2017.indd 1

SPIRA Biologi 1 LIBER

Gunnar Björndahl Birgitta Landgren Mikael Thyberg

SPIRA Biologi 1

2017-06-09 09:53

ISBN 978-91-47-11600-3 © 2017 Gunnar Björndahl, Birgitta Landgren, Mikael Thyberg och Liber AB Projektledare och redaktör: Cecilia Söderpalm-Berndes Formgivare: Birgitta Ståhlberg Bildredaktör: Mikael Myrnerts Illustratörer: Cicci Lorentzson, Eva Sigrand (s. 27) Omslagsfotograﬁer: Carol & Mike Werner/Science Photo LIbrary/IBL (1) Oak Ridge National Laboratory/US Department of Energy /Science Photo Library/IBL (2) Peter Scoones/Science Photo Library/IBL (3) JoÚ Daniels/Ardea/IBL (4) Chinatopix/TT (5)

Tredje upplagan 1 Repro: Repro 8 AB, Stockholm Tryck: People Printing, Kina 2017

Kopieringsförbud! Detta verk är skyddat av upphovsrättslagen. Kopiering, utöver lärares och elevers begränsade rätt att kopiera för undervisningsbruk enligt BONUS-avtal, är förbjuden. BONUS-avtal tecknas mellan upphovsrättsorganisationer och huvudman för utbildningsanordnare, t.ex. kommuner och universitet. Intrång i upphovsmannens rättigheter enligt upphovsrättslagen kan medföra straﬀ (böter eller fängelse), skadestånd och beslag/förstöring av olovligt framställt material. Såväl analog som digital kopiering regleras i BONUS-avtalet. Läs mer på www.bonuscopyright.se. 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@liber.se

SPIRA1.indb II

2017-06-09 07:53

Stig-Åke Jönsson/TT 2 Alf Linderheim/Naturfotograferna/IBL 5 Seppo Samuli/TT 7 Christina Pedrazzini/Science Photo Library/IBL 8 Grave Eric/Science Photo Library/IBL 9 (1) Steve Gschmeisserner/Science Photo Library/IBL 9 (2) Andrew Syred/Science Photo Library/IBL 9 (3) Pressens Bild/TT 10 Magnus Ström/Scandinav/TT 11 Marek Mis/Science Photo Library/IBL 12 Joe Gough/Shutterstock 14 Science Photo Library/IBL 16 Dennis Kunkel Microscopy/Science Photo Library/IBL 18 CNRI/Science Photo Library/IBL 20 Dr Torsten Wittmann/Science Photo Library/IBL 21 Dr. Jeremy Burgess/Science Photo Library/IBL 22 (1) Don Fawcett/Science Photo Library/IBL 22 (2) Dept. Of Microbiology, Biozentrum/Science Photo Library/ IBL 23 Dr Elena Kiseleva/Science Photo Library/IBL 25 Science Photo Library/IBL 26 (1) NLM/Science Source/IBL 26 (2) Science Photo Library/IBL 26 (3) Science Photo Library/IBL 33 Eye of Science/Science Photo Library/IBL 32 Dr Gopal Murti/Science Photo Library/IBL 37 Public Health England/Science Photo Library/IBL 40 Janos Jurka/Naturfotograferna/IBL 41 Thierry Berrod/Mona Lisa Production/Science Photo Library/IBL 42 CNRI/Science Photo Library/IBL 44 Bruce Coleman Inc/Alamy/IBL 46 Eye of Science/Science Photo Library/IBL 47 Science Photo Library/IBL 49 Carlos Alvarez/Getty Images 50 Sovereign/ISM/Science Photo Library/IBL 51 Steve Gschmeisserner/Science Photo Library/IBL 52 Maria E Bruno Petriglia/Science Photo Library/IBL 54 (1) Dr. JoÚ Brackenbury/Science Photo Library/IBL 54 (2) Ur Muntzings genetikbok 50 Mary Evans Picture Library/IBL 56 (1) Science Photo Library/IBL 56 (2) Marty F Chillmaid/Science Photo Libaray/IBL 60 Rex Features / IBL Bildbyrå 63 Eeig Reso/Megapix 64 Marie Charouzova/Shutterstock 67 Jan Nordén/IBL 68 Jens Büttner/DPA/IBL 69 (1) Massimo Brega/The Lighthouse/Science Photo Library/ IBL 69 (2) JoÚ Daniels/Ardea/IBL 70 Emil Langvad/TT 71 Patrice Latron/Eurelios/Look at Science/Science Photo Library/IBL 74 James Holmes/Cellmark Diagnostics/Science Photo Library/IBL 77 Philippe Plailly/Science Photo Library/IBL 78 Fiona Rogers/Nature Picture Library/IBL 79 Dennis Kunkel Microscopy/Science Photo Library/IBL 80 Philippe Plailly/Science Photo Library/IBL 81 Martin Shields/Photo Researchers/IBL Bildbyrå 83 Linus Sundahl-Djerf/SvD/TT 85 Peter Menzel/Science Photo lIbrary/IBL 86

SPIRA1.indb 323

Volker Steger/Science Photo Library/IBL 87 Steve Gschmeisserner/Science Photo Library/IBL 89 Mauro Fermari Ello/Science Photo Library/IBL 90 Nobeastsoﬁerce Science/Alamy/IBL 91 Robyn Beck/AFP/TT 92 Jurgen Freund/Nature Picture Library/IBL 96 Scott Camazine/Alamy/IBL 98 British Library/Heritage Images/IBL 99 Science Photo Library/IBL 100 Darwin Centre, Natural History Museum,London/Rex/ IBL 101 Science Photo Library/IBL 102 Carl von Linné i samedräkt. Replika av tidigare porträtt. Målad av Hendrik Hollander 1853. 104 Elise Derwin/Newspix/REX/IBL 106 (1) Blackwell Peter/Nature Picture Library/IBL 106 (2) Mint Images/REX/IBL 109 (1) Björn Röhsman/Naturfotograferna/IBL 109 (2) Alain Barrere/Look at Science/Science Photo Library/ IBL 111 Gastrolab/Science Photo Library/IBL 113 S Sailer/A Sailer/AGE/IBL 115 Fredrik Sandberg/TT 116 (1) Geoff Trinder/Ardea/IBL 116 (2) Splashdown Direct/Rex/IBL 118 Bryan Sage/Ardea/IBL 119 Edward Kinsman/Science Photo Library/IBL 120 (1) Rondi & Tani Church/Science Photo Library/IBL 120 (2) Dante Fenolio/Science Photo Library/IBL 120 (3) George Bernard/Science Photo Library/IBL 122 Thomas Marent/Ardea/IBL 125 Mint Images/REX/IBL 126 Cordelia Molloy/Science Photo Library/IBL 128 Steve Gschmeisserner/Science Photo Library/IBL 129 (1) Dr P. Marazzi/Science Photo Library/IBL 129 (2) David R. Frazier Photolibrary Inc./Science Photo Library/ IBL 131 Lennart Mathiasson/Naturfotograferna/IBL 133 (1) Torbjörn Lilja/Naturfotograferna/IBL 133 (2) Torbjörn Lilja/Naturfotograferna/IBL 133 (3) Olle Robin/Alamy/IBL 134 (1) Bo Brännhage/Naturfotograferna/IBL 134 (2) Watts Dave/Nature Picture Library/IBL 134 (3) Ardea/IBL 135 PhotoAlto 136 Bob Gibbons/Science Photo Library/IBL 138 Dennis Kunkel Microscopy/Science Photo Library/IBL 139 (1) Alf Linderheim/Naturfotograferna/IBL 139 (2) Berenhard Edmaier/Science Photo Library/IBL 142 Camr/A.B. Dowsett/Science Photo Lbrary/IBL 143 (1) Scharf David/Science Photo Library/IBL 143 (2) Eye of Science/Science Photo Library/IBL 143 (3) André Maslennikov/IBL 145 Doug Allan/Science Photo Library/IBL 148 Lawrence Lawry/Science Photo Library/IBL 149 (1) Gohier François/Ardea/IBL 149 (2) Jan Hinsch/Science Photo Library/IBL 150 Jan-Michael Breider/Naturfotograferna/IBL 152 (1) Mujo Korach/IBL 152 (2) M. Watson/Ardea/IBL 152 (3) Tony Camacho/Science Photo Library/IBL 153 Dr Ken McDonald/Science Photo Library/IBL 157 (1)

Matthew Dodd/University College London/Reuters/TT 157 (2) Reg Morrisson/Minden Pictures 160 Lucas Ken/Ardea/IBL 161 Sinclair Stammers/Science Photo Library/IBL 162 Herschel Hoffmeyer/Shutterstock 164 (1) Roger Harris/Science Photo Library/IBL 164 (2) Richard Bizley/Science Photo Library/IBL 165 (1) Walter Myers/Science Photo ibrary/IBL 165 (2) Oxford Pete Oxford/Minden Pictures/Getty Images 167 (1) Shah Anup/Nature Picture Library/IBL 167 (2) Visuals Unlimited, Inc./Louise Murray/Getty Images 169 (1) Gary Hincks/Science Photo Library/IBL 169 (2) Douglas Faulkner/Science Photo Liobrary/IBL 169 (3) Michael Willmer Forbes Tweedie/Photo Researchers/IBL 170 ZSSD/Minden Pictures/Getty Images 172 (1) Oldﬁeld Matthew, Scubazoo/Science Photo Library/IBL 172 (2) Savoie Phil/Nature Picture Library/IBL 172 (3) Jochen Zick/Keystone/TT 174 Ulf Antonsson/Naturfotograferna/IBL 175 (1) D. Parer & E. Parer-Cook/Ardea/IBL 175 (2) Ola Jennersten/N-Naturfotograferna/IBL 176 (1) Tim Laman/Nature Picture Library/IBL 176 (2) Peter Scoones/Science Photo Library/IBL 178 Christopher Swann/Science Photo Library/IBL 179 (1) Bob Gibbons/Science Photo Library/IBL 179 (2) Hans & Judy Beste/Ardea/IBL 179 (3) All Canada Photos/Alamy/IBL 180 (1) David Chapman/Ardea/IBL 180 (2) McPhoto/Age/IBL 180 (3) David Hosking/IBL 180 (4) Birgitta Landgren 182 Javier Trueba/MSF/Science Photo Library/IBL 185 Elisabeth Daynes, Daynes Studio, Paris, France/Science Photo Library/IBL 186 Christine Hanscomb/Science Photo Library/IBL 187 (1) Equinox Graphics/Science Photo Library/IBL 187 (2) Volker Steger/Science Photo Library/IBL 188 De Agostini Picture Library/REX/IBL 189 Richard Neave/Manchester University 190 Imago Stock/IBL 192 (1) Torbjörn Arvidson/IBL 192 (2) Peter Lilja/Naturfotograferna/IBL 193 JoÚ Sparks/Naturepicture Library/IBL 194 Simon Booth/Science Photo Library/IBL 195 M. Watson/Ardea/IBL 196 Niemi Teri/JoÚér 197 (1) Claude Nuridsany & Marie Perennou/Science Photo Library/IBL 197 (2) Mark Newman/Photo Researchers/IBL 198 William Ervin/Science Photo Library/IBL 200 (1) JoÚ Serrao/Photo Researchers/IBL Bildbyrå 200 (2) Sven-Erik Nord/N-Naturfotograferna/IBL 201 (1) Gunnar Björndahl 201 (2) Blickwinkel/Alamy/IBL 202 Jerker Ivarsson/Aftonbladet/IBL 203 Doug Perrine/Nature Picture Library/IBL 204 Torbjörn Lilja/Naturfotograferna/IBL 205 Mike Read/Naturepicture Library/IBL 206 Morten Holm/Scanpix Norge/TT 207

BILDFÖRTECKNING

Bildförteckning

2017-06-09 08:02

FLPA/Rex/IBL 208 Ashley Cooper/Science Photo Library/IBL 210 Gunnar Björndahl 212 (1) Alf Linderheim/Naturfotograferna/IBL 212 (2) British Antarct Survey/Science Photo Library/IBL 213 Andres M. Dominguez/Nature Picture Library/IBL 214 Jakub Mrocek/Shutterstock 216 Cecilia Söderpalm-Berndes 217 Tom & Pat Leeson/Ardea/IBL 218 George Reszeter/Ardea/IBL 219 Nature Picture Library/IBL 220 (1) Bill Coster/Ardea/IBL 220 (2) Lars-Olof Hallberg/Naturfotograferna/IBL 221 Kristoffer Sahlén/Naturfotograferna/IBL 222 Peter Chadwick/Photoresearches/IBL 224 Alex Mustard/Nature Picture Library/IBL 225 Steve Gschmeisserner/Science Photo Library/IBL 230 Cultura Creative/Alamy/IBL 233 Gunnar Björndahl 234 JoÚ Daniels/Ardea/IBL 235 Harvepino/Shutterstock 238 Ria Novosti/Science Photo Library/IBL 241 Science Photo Library/IBL 242 Tor Lundberg/Naturfotograferna/IBL 243 Mikael Utterström/Alamy/IBL 244 Janos Jurka/Naturfotograferna/IBL 245 (1) Alf Linderheim/Naturfotograferna/IBL 245 (2) Peter Lilja/Naturfotograferna/IBL 245 (3) Fredrik Ehrenström/Naturfotograferna/IBL 247 (1)

SPIRA1.indb 324

Laguna design/Science Photo Library/IBL 247 (2) Image Quest Marine/Alamy/IBL 247 (3) Magnus Hallgren/DN/TT 249 Alf Linderheim/Naturfotograferna/IBL 250 Conny Hedengren/IBL 251 Lennart Mathiasson/Naturfotograferna/IBL 252 Tor Lundber /Naturfotograferna/IBL 253 (1) Imfoto/Shutterstock 253 (2) André Maslennikov/IBL 255 Imago Stock/IBL 256 (1) Thomas Löfqvist/Sydsvenskan/TT 256 (2) Janos Jurka/Naturfotograferna/IBL 257 Thure Wikberg/TT 259 (1) Marie Linnér/Scandinav/TT 259 (2) Frank Hecker/Alamy/IBL 260 FLPA/Rex/IBL 261 Gunnar Björndahl 263 Jurka Janos/N-Naturfotograferna/IBL 264 Husmofoto/IBL 268 Torbjörn Lilja/Naturfotograferna/IBL 269 Klas Rune/Naturfotograferna/IBL 270 Jan Nordén/IBL 272 (1) Biosphoto/NordicPhotos 272 (2) Cécile Treal/Jean-Michel Ruiz/Hoa-Qui/IBL 276 (1) Thomas Marent/Minden/Getty Images 276 (2) Magnus Martinsson/Naturfotograferna/IBL 277 Bruno D & Amicis/Nature Picture Library/IBL 278 Lars-Gunnar Gustafsson/IBL 279 Science Photo Library/IBL 280

Erik Isaksson/Naturfotograferna/IBL 281 Valerie & Ron Taylor/Ardea/IBL 284 M. Watson/Ardea/IBL 286 Tara Todras-Whitehill/Reuters/TT 287 Gunnar Björndahl 288 Jack Guez/AFP/TT 289 Dr Juerg Alean/Science Photo Library/IBL 290 Hasse Holmberg/TT 294 Imagine China/TT 295 Jerker Norlander/IBL 297 Heiko Junge/NTB Scanpix/TT 298 Andrey Zvoznikov/Ardea/IBL 299 Tom & Pat Leeson/Ardea/IBL 300 Frans Lanting/NordicPhotos 301 (1) Zhinong Xi/Minden Pictures/Getty Images 301 (2) Chinatopix/TT 304 Bloomberg via Getty Images 305 Pekka Sakki/Lehtikuva/TT 306 Henrik Montgomery/TT 307 Robert Ekegren/TT 313 Maskot/TT 314

2017-06-09 08:02

Spira Biologi 1 – så här är boken upplagd Spira Biologi 1 är anpassad till gymnasiets kurs 1 i Biologi. Bokens texter är skrivna med en berättande stil och en språklig nivå som passar alla elever. Innehållet är rikt med möjlighet till fördjupning och breddning med de Nyckelhål som med jämna mellanrum bryter av brödtexten. Detta möjliggöra ett varierat och individanpassat arbetssätt. Boken är indelad i ett inledande kapitel om biologi som vetenskap och fyra därpå följande block: 1. Cellen, individen och genetik (kapitel 2–7) 2. Livets mångfald – med systematik, evolution och beteendeekologi (kapitel 8–11) 3. Samspel i naturen – med ekologi (kapitel 12–14) 4. Hållbar utveckling (kapitel 15–16) Varje kapitel inleds med kunskapskraven samt de viktigaste begreppen. Dessa finns förklarade som marginaltexter inne i kapitlet där de först dyker upp. I slutet av varje kapitel, och ibland efter varje större område i ett kapitel, finns en sammanfattning i form av en begreppskarta samt uppgifter av skilda kategorier och med olika svårighetsgrad. Uppgifterna har två syften: • att väcka elevens intressen och • att få eleven att fundera. I de fall informationen finns i ett nyckelhål är uppgiften markerad med en asterisk (*). Rena begreppsfrågor finns i ett digitalt träningsverktyg: Spira 1 webbapp, som är kostnadsfri och tillgänglig på liber.se. Tanken är att eleven först jobbar igenom frågorna i webbappen och sedan går över till uppgifterna i boken, som oftast kräver att man har begreppen på plats. Vi hoppas att Spira blir ett bra verktyg för eleverna att lära sig biologi! Författarna, våren 2017

III

SPIRA1.indb III

2017-06-09 07:53

Var lat – studera smart! Är du en av alla som läser läxorna från första till sista ordet i ett sträck, och tror att ju fler gånger du gör det, desto bättre kan du läxan? Kanhända lär du dig läxan, men det är inte speciellt effektivt utan tar lång tid och är ganska tröttande. Antalet timmar du läser är inte det väsentliga. Det viktiga är i stället att du lär dig. Inlärning beror bland annat på hur du mår för tillfället, hur det ser ut omkring dig, hur motiverad du är och vilken inlärningsteknik du använder dig av. Här vill vi ge dig råd om hur du kan studera mer effektivt. Om du följer råden kommer du att märka att du sparar tid, och att det blir roligare att läsa. Ta chansen att sluta med dina dåliga läsvanor, om du har det, och utveckla andra, som är bra för dig och ditt liv vid sidan av skolan! Vi människor är olika och lär oss bäst på olika sätt. En del lär sig bäst genom att lyssna, andra genom att se, och ytterligare andra genom att pröva sina kunskaper praktiskt. Det som står i den här boken måste du förstås lära dig genom att läsa den, så studieråden handlar om just det. För att resultatet ska bli så bra som möjligt, rekommenderar vi dels olika mentala förberedelser, dels något om hur man organiserar studierna praktiskt.

Mentala förberedelser Var positiv i inställningen till dina studier. Om du har en positiv inställning tar hjärnan lättare in det som står i läroboken. Det brukar kallas ”mental träning” när man vänjer sig vid positiva tankebanor, som ”jag tycker det är intressant och spännande med genetik”. Hjärnan förstår inte att det här är ett trick utan blir mer öppen och mottaglig alldeles av sig själv. Utnyttja hjärnans möjligheter. Storhjärnan tar emot information som den sorterar, analyserar och lagrar i minnet. Hjärnans två halvor arbetar något olika. För att lära sig saker bra bör man få hjärnhalvorna att samarbeta. Läs därför alltid med penna och papper till hands, så att du kan komplettera orden i boken med din fantasi och skapa bilder eller ﬁgurer till texten. Använd gärna färgpennor. Att träna sig i ”mindmapping” (som sammanfattningarna i boken) och att rita begreppskartor är bra metoder. Var inte rädd att göra ”fel”. Det viktiga är att just du förstår. I boken kommer du också att stöta på många bilder, som på ett kortfattat sätt beskriver innehållet i en text.

SPIRA1.indb IV

2017-06-09 07:53

Samla krafter: Ta en ordentlig paus efter skoldagen, gärna med lite frisk luft. Se ut en lugn plats där du vet att du får den läsro du behöver. Planera: Du måste förstås ta hänsyn till både andra skolämnen och ditt liv i övrigt innan du planerar läxläsningen. Gör en veckoplanering och bestäm dig för hur länge du ska läsa varje dag, förslagsvis 30–40 minuter åt gången, följt av en kvarts paus, och så vidare. Det är viktigt att du följer planeringen, så att du känner belöningen i pausen.

MÅL

Praktiska förberedelser

Klart för läxläsning När du ska lära dig innehållet i en text, lång eller kort, kan du arbeta enligt förslagen i ”läspyramiden”. Börja från botten och arbeta dig uppåt! Avslutningsvis vill vi som har skrivit den här läroboken få dig att förstå att det är väldigt kul och intressant med biologi, men att man inte kan lära sig saker utan en del arbete! Lycka till!

Stycket är nu klart och du kan börja repetera. • läs anteckningarna • sätt upp dina anteckningar på väggen • repetera ihop med en klasskamrat • berätta för någon • gör minnesramsor

Red ut svårigheter genom att gå tillbaka till dina anmärkningar. Kanske behöver dina minnesanteckningar kompletteras.

Sträckläs ett lagom stort avsnitt, utan att hänga upp dig på svåra ord. • Ha papper och penna tillhands och gör minnesanteckningar samtidigt. • Svåra ord eller sådant du inte förstår markerar du med penna i kanten. • Ta nu avsnitt för avsnitt och gör samma sak. Detta steg är det mest tidsödande och kan med fördel göras olika dagar.

Skapa dig en överblick genom att bläddra igenom hela stycket, samtidigt som du läser rubriker, ingresser, bildtexter, sammanfattningar med mera.

SPIRA1.indb V

2017-06-09 07:53

Innehåll Prokaryota celler 20 Eukaryota celler 21 Eukaryota cellers organeller 21 Virus 23 Virusens uppbyggnad och förökningssätt 23 Sammanfattning 24 Uppgifter 24

Kapitel 1: Biologi är kunskap om det levande 2 Vad biologi handlar om 3 Varför studerar vi biologi? 4 Biologin som vetenskap 4 Vetenskapligt arbetssätt 4 Experiment, en viktig del av naturvetenskapen 5 NYCKELHÅL: Så här utformar du en labbrapport 6 Experiment och kontroller 6 Viktiga metoder och verktyg 7 Statistiska metoder 7 Mikroskop 7 NYCKEHÅL: Så arbetar du med ljusmikroskop 8 Användning av permanenta preparat 9 NYCKEHÅL: Elektronmikroskop 9 Pseudovetenskap 10 Levande organismer 10 Kännetecken för levande organismer 11 Energi och byggmaterial 12 Autotrofer 12 Heterotrofer 12 Cellandning och fotosyntes 13 Grundämnen i levande organismer 14 Kemiska föreningar i levande organismer 14 Sammanfattning 15 Uppgifter 15

Block 1: Cellen, individen och genetik 16 Kapitel 2 Cellen 18 Cellers uppbyggnad och storlek 19 Cellmembranet 19 Två typer av celler 20

Kapitel 3 Från molekyl till individ 25 Historik 26 Uppbyggnaden av DNA och RNA 27 RNA-molekylens uppbyggnad och roll 28 DNA-molekylens uppbyggnad 28 Informationen i DNA uttrycks i proteiner 29 Proteiner med aminosyror 29 Informationsöverföring till nya celler – replikation 30 Styrning av den egna cellen – proteinsyntesen 31 Aminosyrornas placering ger proteinet dess egenskaper 34 Från gen till genprodukt – en sammanfattning 34 NYCKELHÅL: Reglering av genernas aktivitet 35 Sammanfattning 36 Uppgifter 36 Kapitel 4 Kromosomer, celldelning och förökning 37 Kromosomer 38 Celldelning – mitos 38 NYCKELHÅL: Cellcykeln 39 NYCKELHÅL: Telomerer 40 Förökning – könlös eller könlig 40 Könlös förökning 41 Könlig förökning 41 Könsbestämning 43 Sammanfattning 45 Uppgifter 45 Kapitel 5 Mutationer 46 Genmutationer 47 Orsaker till genmutationer 48 Cellernas reparationsberedskap 49 Kromosommutationer 49 Avvikelser i antalet könskromosomer 50 Avvikelser i andra kromosomer 50 NYCKELHÅL: Vad beror symtomen hos personer med Downs syndrom på? 51 Cancer 52 NYCKELHÅL: Cancer beror på onormal cellaktivitet 52 Sammanfattning 53 Uppgifter 53 Kapitel 6 Klassisk genetik 54 Historik 55 Gregor Mendel och den klassiska genetiken 56

SPIRA1.indb VI

2017-06-09 07:53

Kapitel 7 Genteknik 74 Genteknik i praktiken 75 Enzymer inom gentekniken 75 PCR ökar mängden DNA 76 Realtids-PCR visar vilket DNA det är 76 Gelektrofores 77 Tillämpning av DNA-analys 77 Genöverföring och genredigering 80 Förutsättningar för genöverföring 80 Att få in nytt DNA i en cell 81 NYCKELHÅL: Virus för att föra in nya gener 81 NYCKEHÅL: CRISPR/Cas9 och gendrivare 82 Genmodiﬁerade bakterier 83 Genöverföring till växtceller 84 Djur och genteknik 85 Medicinsk tillämpning av genteknik 86 Genöverföring till mänskliga celler 86 Läkemedel 87 Vaccin 87 NYCKELHÅL: Stamceller och IPS-celler 88 Risker med medicinsk tillämpning av genteknik 89 Kloning 89 Lagen och genteknik – och gen-etik 92 Jordbruk, djurhållning och livsmedel 93 Människan 93 Sammanfattning 94 Uppgifter 95

Block 2: Livets mångfald 96 Kapitel 8 I naturen ser vi likheter och mångfald 98 Idéer om livet 99 En ny syn på livet 100 Sammanfattning 103 Uppgifter 103 Kapitel 9 Översikt över de levande organismerna 104 Principer för indelning av organismer 105 Kladistik 107

INNEHÅLL INNEHÅLL BLOCK BLOCK I– 1–2 IV

Grunderna i klassisk genetik 57 Viktiga begrepp inom den klassiska genetiken 57 Nedärvning av en enda egenskap 57 Nedärvning av ﬂera olika egenskaper 60 Arv och miljö 63 Gener påverkar varandra 64 Könsberoende arv – i X-kromosomen 65 NYCKELHÅL: Blödarsjuka – i kungliga familjer 66 Praktiska tillämpningar av klassisk genetik 68 Växtförädling 68 Husdjursförädling 70 NYCKELHÅL: Svinavel 71 Medicinsk-genetisk rådgivning 71 Sammanfattning 72 Uppgifter 73

Sammanfattning, indelning av organismer 108 Uppgifter, indelning av organismer 108 Djurriket 109 Djurens huvudgrupper 110 Jämförande anatomi 110 Viktiga fyla i djurriket 111 Svampdjur 111 Nässeldjur 112 Kammaneter 112 Plattmaskar 112 Rundmaskar (nematoder) 113 Leddjur 113 Ringmaskar 117 Mollusker 117 Tagghudingar 119 Ryggsträngsdjur 119 Ryggsträngsdjur utan ryggrad 120 Ryggradsdjur 120 Sammanfattning, djurriket 126 Uppgifter, djurriket 127 Svampriket 128 Vad är egentligen en svamp? 128 Svamparna och vi 129 NYCKELHÅL: Indelning av svampar 130 Sammanfattning, svampriket 130 Uppgifter, svampriket 131 Växtriket 131 Typiskt för växter 132 Växtrikets indelning 132 NYCKELHÅL: Fröer klädda i olika skepnader 136 NYCKELHÅL: Växternas systematik 136 Sammanfattning, växtriket 137 Uppgifter, växtriket 137 Enkla eukaryota organismer 138 Enkla eukaryoter i vår omgivning 138 NYCKELHÅL: Malaria 140 Sammanfattning, enkla eukaryoter 141 Uppgifter, enkla eukaryoter 141 Prokaryota organismer – bakterier och arkéer 142 Arkéer 142 Bakterier 143 NYCKELHÅL: Tuberkulos 146 Sammanfattning, prokaryoter 146 Uppgifter, prokaryoter 147 VII

SPIRA1.indb VII

2017-06-09 07:53

Kapitel 10 Evolution 148 Tecken på evolution 149 Fossil 150 Likheter i kroppsbyggnad 151 Biokemiska likheter 153 Organismers anpassningsförmåga 153 Biogeograﬁ – organismers utbredning 153 Sammanfattning, tecken på evolution 154 Uppgifter, tecken på evolution 154 Livets historia 154 Allt består av atomer 154 Förutsättningarna för liv på den unga jorden 155 Livets fortsatta historia 157 NYCKELHÅL: Plattektonik och kontinentaldrift 158 Jordens urtid – Prekambrium 160 Jordens forntid – Paleozoikum 162 Jordens medeltid – Mesozoikum 164 Jordens nutid – Kenozoikum 165 Sammanfattning, livets historia 166 Uppgifter, livets historia 166 Evolutionens mekanismer 167 Evolutionen saknar syfte och mål 167 NYCKELHÅL: Evolutionen saknar mål 168 NYCKELHÅL: Elefanten som älskar vatten 169 Anpassning till miljön – variation och urval 170 Kampen för tillvaron styr urvalet, selektionen 170 Stabiliserande urval 171 Riktat urval 171 NYCKELHÅL: Ögats evolution 172 NYCKELHÅL: Antibiotika påskyndar evolutionen 174 Splittrande urval 175 Urval genom samevolution 175 Sexuellt urval 176 Slumpmässiga urval 177 Artbildning 177 Sammanfattning, evolutionens mekanismer 181 Uppgifter, evolutionens mekanismer 181 Människans evolution 182 Tidiga forskningsresultat 183 Forskningens nuvarande ståndpunkt 183 Några av människans föregångare 185 NYCKELHÅL: Hjälpte vattnet oss att gå upprätt? 187 NYCKELHÅL: Ö-principen 187 NYCKELHÅL: Mitokondriska Eva 190 Slutord om människans evolution 190 Sammanfattning, människans evolution 191 Uppgifter, människans evolution 191 Kapitel 11 Beteenden och evolution 192 Djurens beteenden 193 Etologi respektive beteendeekologi 194 Vad etologin studerar 195 Medfött eller inlärt 195 Sinnesintryck – stimuli 196

Överslagshandlingar 198 Viktiga slutsatser av etologiska studier 198 Vad beteendeekologin studerar 199 Resurser 199 Att undvika rovdjur 200 Kommunikation 202 Sociala system 204 Reproduktion 204 Olika parningssystem 205 Slutsatser från beteendeekologin 206 Sammanfattning 207 Uppgifter 206–207

Block 3: Samspel i naturen 208 Kapitel 12 Allmän ekologi 210 Jorden – en plats för liv 211 NYCKELHÅL: Organismerna och miljön 212 Omgivningen och individen 213 Abiotiska miljöfaktorer 213 Biotiska miljöfaktorer 214 Habitat, skrå och nisch 215 Populationer 216 Tillämpning av populationsbiologi 218 Organismsamhällen 222 Ekosystemet 223 Arters relationer i ekosystemet 223 Energins ﬂöde i ekosystemet 225 Grundämnenas kretslopp i ekosystemet 229 Ekologisk succession 233 Ekosystems stabilitet 235 Naturvårdsbiologi 235 Sammanfattning 236 Uppgifter 237

Kapitel 13 Liv i vatten 238 NYCKELHÅL: Vatten – ett speciellt ämne 239 Allmänt om vattenmiljöer 240 Sötvattenmiljöer 241 Rinnande vatten 242 Hur vi använder rinnande vatten 243 Våtmarker 243 Myrmarker – kärr och mossar 244 NYCKELHÅL: En promenad på en mosse 245 Vatten i sjöar och dammar 246

VIII

SPIRA1.indb VIII

2017-06-09 07:53

253

Havsmiljöer: Oceaner och kusthav 256 NYCKELHÅL: Tidvatten 257 Världshaven 258 Sveriges kust 260 Östersjön 261 Sammanfattning 262 Uppgifter 263 Kapitel 14 Livet i landmiljöer 264 Landekosystemen varierar 265 Marken 266 Klimat 266 Vegetationsregioner och skogstyper 267 Alpina regionen 268 Fjällbjörkregionen 268 Norra barrskogsregionen 268 Södra barrskogsregionen 269 Södra lövskogsregionen 270 Vi utnyttjar landekosystemen 271 Landskapstyper 271 Det moderna jordbruket 272 Det moderna skogsbruket 273 Världens klimatområden och biom 274 Regnskog – tropisk och tempererad 275 Savann och andra områden med regn- och torrtid 277 Öken och halvöken 278 Hårdbladsvegetation av Medelhavstyp 279 Grässtäpp 279 Tempererad lövskog 280 Barrskog med stort inslag av lövskog 280 Barrskogen – taigan 280 Tundran 280 Slutord om biom 281 Sammanfattning 282 Uppgifter 283

Att bevara den biologiska mångfalden 300 Argument för biologisk mångfald 300 Åtgärder för att bevara den biologiska mångfalden 301 Sammanfattning 302 Uppgifter 303

INNEHÅLL BLOCK 2–4

NYCKELHÅL: Vattenkraftutbyggnad påverkar naturen NYCKELHÅL: Miljöövervakning av sötvatten 256

Kapitel 16: Ett hållbart samhälle 304 Naturresurser 305 Ekologiskt fotavtryck 306 Tekniska lösningar 306 Livscykelanalys 307 NYCKELHÅL: Livscykelanalys för bilars drivmedel 308 Politiska lösningar 308 Agenda 2030 309 NYCKELHÅL: Millenniemål om miljö- och resursfrågor 309 NYCKELHÅL: Detaljer om delmål inom Agenda 2030 310 Sveriges nationella miljömål 310 NYCKELHÅL: Detaljer om miljömålen 312 Styrmedel konkret 312 Slutsatser om biologiska kunskaper för ett hållbart samhälle 315 Sammanfattning 315 Uppgifter 316 Register 317 Bildförteckning 323

Block 4: Biologisk kunskap för ett hållbart samhälle 284 Kapitel 15: Utmaningar för hållbarhet 286 Luften 287 Lokala luftproblem: Stadsluften 288 Det marknära ozonet 288 NYCKELHÅL: Stadsluften och människors hälsa 289 Regionala luftföroreningar 289 Globala luftföroreningar 290 Främmande ämnen i miljön 294 Miljögifter 295 Grundämnen som miljögifter 296 NYCKELHÅL: Tre giftiga metaller 297 Stabila organiska ämnen som miljögifter 297 Plaster i naturen 298 NYCKELHÅL: Ftalater, bromerade ﬂamskyddsmedel m.ﬂ. 299 IX

SPIRA1.indb IX

2017-06-09 07:53

KAPITEL 1

Forskare fäster en radiosändare på sälar, för att kunna få mer kunskap om djurens vanor ute till havs.

SPIRA1.indb Avs1:2

Biologi är kunskap om det levande Biologin är kunskapen om det levande – kunskap som vi får genom att arbeta på ett vetenskapligt sätt. Men vad är egentligen liv? Tänk dig att du fick i uppdrag att undersöka om det finns någon livsform på en helt okänd plats, kanske på en annan planet. Hur skulle du då bära dig åt? Antagligen skulle du fundera på vad som är typiskt för olika livsformer och vad som kännetecknar levande till skillnad från död materia. Det är inte så enkelt som man först tror, och det finns biologiska fenomen som kan anses vara i gränslandet mellan levande och dött. En definition på levande varelser är att de består av celler. Men virus, till exempel, är biologiska bildningar som inte består av celler och inte har egen ämnesomsättning. Ändå är de ”biologiska” i den meningen att de är uppbyggda av livets molekyler – proteiner och DNA eller RNA.

2017-06-09 07:53

• • • •

BLOCK KAP. ETT •1 KAP. 1

När du har läst kapitlet ska du ha kunskap om… vad som menas med hypotes respektive teori, hur man lägger upp ett experiment och sedan rapporterar om det, vad som är kännetecknande för liv, hur organismer hanterar energi och materia.

Viktiga begrepp: ATP autotrof cellandning cellteorin elektronmikroskop etisk värdering evolutionsteorin

experiment fotoautotrof fotosyntes heterotrof hypotes kemoautotrof ljusmikroskop

naturvetenskap organiska ämnen producent pseudovetenskap teori

Vad biologi handlar om Biologi är den kunskap om levande organismer som man har fått genom att arbeta på ett vetenskapligt sätt. Det betyder att biologi handlar om både vår samlade kunskap och principerna för hur man forskar inom området. Eftersom vetenskapen biologi är ett så brett område kan en enskild forskare inte vara expert på mer än en liten del. Därför ﬁnns det många olika delvetenskaper eller underavdelningar inom biologin. I den här läroboken kommer du i kontakt med bland annat: • grunderna i cellbiologi, för att få en inblick i hur livets minsta enheter, cellerna, fungerar. • genetik, eller ärftlighetslära, med underavdelningarna molekylärgenetik (molekylärbiologi), klassisk genetik och genteknik. Genetiken studerar hur egenskaper ärvs och hur arvet styrs av speciella molekyler. • systematik, som visar släktskapet mellan livsformerna. • evolutionsbiologi, som reder ut hur olika arter har anpassats och utvecklats. • ekologi, som visar samspelet i naturen och hur olika naturtyper fungerar. • hållbar utveckling, som tar upp aktuella miljöfrågor och hur de kan lösas för att få ett hållbart samhälle. Den andra kursen i biologi (kurs 2) bygger på kurs 1, men där ligger fokus på fysiologi, det vill säga hur olika organ utvecklas, fungerar och samspelar. Det handlar främst om människan, men som jämförelse tas även andra organismer upp. 3

SPIRA1.indb Avs1:3

2017-06-09 07:53

Varför studerar vi biologi?

Etiska värderingar: värdegrunden av åsikter om hur vi ska bete oss mot andra människor och naturen.

Kunskaper i biologi är viktiga för att vi bland annat ska förstå frågor som handlar om hälsa, sjukvård, matproduktion och miljön. Ytterligare en aspekt är att biologisk kunskap gör att vi förstår världen och oss själva bättre. Biologin behövs dessutom som allmänbildning i många olika yrken. Ingenjörer, ekonomer och statsvetare, till exempel, kan behöva veta vilka naturhänsyn som måste tas vid brobyggen och stadsplanering. Biologin är också grunden för utbildning till yrken som läkare, tandläkare, agronom och veterinär. Dessutom ägnar sig många människor åt djur och växter på fritiden, helt enkelt för att det ökar deras livskvalitet. Biologisk kunskap är i sig inte värderande; den är alltså varken god eller ond. Svårigheten är att biologin används i det mänskliga samhället, och kan utnyttjas i både goda och onda syften. Att avgöra vad som är rätt eller fel innebär att man gör etiska värderingar. Särskilt tydligt är behovet av etiska värderingar när det gäller medicin, genteknik och miljöfrågor.

Biologin som vetenskap Människan har alltid utnyttjat biologisk kunskap. Redan för omkring 10 000 år sedan kom man på att olika grässorter för matproduktion gav olika god skörd. Denna och andra upptäckter ﬁck stor betydelse för jordbrukets utveckling och därmed för livsmedelsförsörjningen. Men att använda sig av samlad erfarenhet är inte detsamma som att undersöka världen på ett vetenskapligt sätt.

Vetenskapligt arbetssätt

Hypotes: det man formulerar för att planera observationer eller experiment. En hypotes kan liknas vid en avancerad gissning om hur något fungerar.

När man skaﬀar sig vetenskaplig kunskap är det viktigaste att man kan stödja sina påståenden med observationer eller experiment. För att planera observationer eller experiment måste man ha något att utgå ifrån. Det är då vår vardagskunskap om levande organismer kommer till användning. Utifrån det man har lagt märke till, eller hört talas om, kan man formulera en hypotes om hur det förhåller sig. Det innebär att man försöker tänka sig vad ett visst fenomen beror på. Hypotesen är alltså ett påstående om verkligheten. Då gäller att: Om vårt experiment ger det här resultatet, så stämmer hypotesen, annars är den felaktig.

Teori: en idé som kan prövas om och om igen, och som alltid ger samma resultat.

Ett lyckat experiment leder oftast till att man dels kan säga att hypotesen stämmer, dels att man inser att sammanhangen är mer komplicerade än man först trodde. Då måste man ändra lite i hypotesen och sedan testa igen. Om experimentet i stället inte ger önskat resultat måste man formulera en annan hypotes och testa den i stället. Så småningom kan en samling av hållbara hypoteser sammanfattas som en teori över hur ett visst fenomen fungerar. En teori är alltså den förklaring till ett fenomen som just för ögonblicket är 4

SPIRA1.indb Avs1:4

2017-06-09 07:53

försöka förstå världen FRÅGESTÄLLNING formuleras genom iakttagelser försöka finna någon förklaring hypotesen håller inte HYPOTES hypotesen håller

Ringmärkning av fåglar - för att testa hypoteser om vart fåglar tar vägen när de ﬂyttar!

prövas TEORI

KAP. 1

försöka lösa problem

UNDERSÖKNING: materiel och metod för observationer, experiment osv. dokumenteras RESULTAT

Vetenskapligt arbetssätt uttryckt som hypotescirkelgång.

SLUTSATS

återkoppling

den mest trovärdiga. Men en teori kan ändras, om nya fakta kommer fram som motsäger teorin, eller delar av den. Bilden ovan visar hur metoderna med att formulera hypoteser och pröva dem, och att sedan formulera nya hypoteser, kan ses som en cirkelgång. Hypoteserna förbättras för varje varv, så att man så småningom kan formulera en teori. Naturligtvis är målet att med tiden få så pass säker kunskap att den kan få praktisk användning, exempelvis när man odlar grödor eller behandlar sjukdomar. All vetenskaplig verksamhet bygger på en observation, utifrån vilken man formulerar en hypotes som kan testas. Genom testerna utvecklas bättre hypoteser, som kan sammanfattas till en teori. Två exempel på viktiga teorier är cellteorin som säger att allt levande är uppbyggt av celler, och evolutionsteorin, som säger att allt levande genomgår en utveckling genom naturligt urval.

Cellteorin: allt levande består av cell/er.

Experiment, en viktig del av naturvetenskapen När du arbetar med biologi så är det viktigt att du tränar på det vetenskapliga arbetssättet, främst med experiment eller laborationer, alltså praktiska undersökningar. När du har gjort en laboration bör du skriva en labbrapport, där det framgår vad du har undersökt, vad resultatet blev och vilka slutsatser du kan dra. En laboration innebär oftast att man prövar en hypotes, och drar slutsatsen om den verkar riktig eller inte. Hur du skriver en labbrapport framgår av nyckelhålet.

Experiment: en process i vilken man testar en hypotes. Ju ﬂer gånger samma experiment ger samma resultat, desto säkrare blir kunskapen och den kan då ligga till grund för en teori. Men om inte experimentet ger det förväntade resultatet måste det utformas på ett annat sätt.

SPIRA1.indb Avs1:5

2017-06-09 07:53

NYCKELHÅL:

3. Materiel och metoder

Så här utformar du en labbrapport 1. Rubrik – vad rapporten handlar om. Rapportförfattaren, dvs. ditt namn, ska också stå här. 2. Inledning Inledningen ska formuleras så att den som läser rapporten blir intresserad. Då behövs viss bakgrundsinformation. På så vis kan du motivera varför du gör undersökningen och dessutom ge en bakgrund till diskussionen som du skriver i slutet av rapporten.Två saker måste framgå tydligt i inledningen: Syfte: Här redovisar du kortfattat din frågeställning och vad du vill undersöka. Hypotes: Här redovisar du idén om vad du tror ska hända. I delen ”slutsats och diskussion” (se nedan) kan du sedan diskutera om hypotesen håller, om den måste omformuleras eller om den måste förkastas helt.

Här beskriver du hur du utförde undersökningen, bland annat vilka metoder och vilken materiel du använde. Du skriver kortfattat men ändå begripligt, så att andra kan göra om undersökningen. Men om metoden ﬁnns beskriven i instruktionen till laborationen så kan du hänvisa dit. Det är viktigt att allt dokumenteras. 4. Resultat Här redovisar du resultatet och ingenting annat – på ett så objektivt sätt som möjligt. Om något verkar speciellt kan du påpeka det, men du hänvisar till diskussionen. Resultaten ska presenteras så tydligt som möjligt, med tabeller, diagram och bilder. 5. Slutsats och diskussion Först reder du ut vad resultaten visar. Jämför med din hypotes – återkoppla till den. Håller hypotesen eller måste den förkastas? Ta också upp och diskutera om någonting verkar ha gått fel under laborationen, och hänvisa då till de metoder

som du har använt. Kan metoderna förbättras? Bör hypotesen formuleras om? Vad har andra fått för resultat i samma typ av undersökning? Vilken nytta har man av de här resultaten? 6. Referenser Här tar du upp källor, vilket betyder att du nämner undersökningar som är jämförbara och kanske har gett samma eller ett annorlunda resultat. Ibland kan det vara bra att även hänvisa till metoderna. Du måste ange källorna så att andra personer kan hitta dem genom att gå in på Internet, eller beställa böcker eller tidskrifter på ett bibliotek. Ofta skriver man källhänvisningen så här: Författarnamn, årtal inom parentes, titel på artikel eller bok, tidskrift eller bokförlag, nummer på tidskriften, sidhänvisning. Är informationen hämtad från nätet så ska länkadress + datum ﬁnnas med.

Experiment och kontroller Biologiska experiment innebär ofta att man utsätter levande organismer för en behandling och därefter jämför med en kontroll. Behandlingen kan exempelvis vara förhöjd temperatur. Om vi placerar vitlöksklyftor i två olika vattenbad, det ena med rumstempererat vatten och det andra med 37-gradigt vatten, så har vi en experimentuppsättning med kontroll (rumstempererat) och värmebehandling (37 °C). Om det blir skillnad i tillväxt mellan behandlade vitlökar och kontrollvitlökar så har temperaturen haft eﬀekt. Utan kontrollen, som också kallas referens, kan vi inte veta om behandlingen har haft någon eﬀekt. vitlöksklyfta

Exempel på experimentuppställning. Här undersöks om temperaturen påverkar vitlökens tillväxt. Genom att ﬂera vitlöksklyftor får samma behandling (fem stycken) garderar vi oss mot att resultatet beror på slumpen.

rumstempererat vatten

37-gradigt vatten

1 vecka senare

SPIRA1.indb Avs1:6

2017-06-09 07:53

Viktiga metoder och verktyg KAP. 1

Inom biologin används olika slags metoder och verktyg för att testa hypoteser och bygga teorier. Här tar vi upp statistiska metoder och olika typer av mikroskop som exempel på viktiga verktyg.

Statistiska metoder Vi hoppas förstås att skillnaden mellan behandling och kontroll i ett experiment ska bli så tydlig att resultatet blir självklart. Om så inte är fallet kan vi använda statistiska metoder för att få fram sannolikheten för att det verkligen finns en skillnad mellan behandling och kontroll. Om det inte syns någon skillnad ens med den statistiska metoden, så är det slumpen som gör att det verkar vara en skillnad. Vi tar ett exempel. Två tallar växer intill varandra, alltså i samma miljö. Den ena tallen verkar ha lite längre barr än den andra, och den skillnaden kan vara genetisk, eftersom miljön är densamma. Men alla barr på ett och samma träd är inte exakt lika långa. Vi vill då veta om det verkligen finns någon skillnad i barrens medellängd. Vi mäter 15 stycken barr från vartdera trädet och räknar ut medelvärdena, som mycket riktigt skiljer sig åt en del. Det längsta barret från trädet med korta barr är lite längre än det kortaste barret från trädet med långa barr. Med statistiska metoder kan vi då beräkna sannolikheten för att det finns en verklig skillnad. Om sannolikheten är större än 95 % så accepterar vi hypotesen att det finns en verklig skillnad mellan barrens medellängd. Om sannolikheten däremot visar sig vara mindre än 95 % så förkastar vi hypotesen. Vi drar då slutsatsen att det är slumpen som gör att det ser ut att vara en skillnad.

Mikroskop Olika slags mikroskop är viktiga verktyg inom biologin. De mest använda är ljusmikroskop och elektronmikroskop (transmissionselektronmikroskop och svepelektronmikroskop). På gymnasiet används i första hand ljusmikroskop, eftersom de andra typerna är mycket dyra och dessutom svåra att använda. Men även med ljusmikroskop så krävs det att man lär sig hur man ska arbeta med dem. Man måste också lära sig att göra bra preparat, så att man verkligen ser det man letar efter.

Ljusmikroskop: fungerar så att ljus får passera genom ett tunt preparat. Med hjälp av linser i objektiv och okular så kan man se en förstoring av objektet. Elektronmikroskop: utnyttjar elektronstrålar istället för ljus och magnetfält i stället för linser. Förstorar betydligt mer än ett ljusmikroskop.

Ljusmikroskopet ger måttligt stora förstoringar. Ljuset passerar igenom det objekt man studerar.

SPIRA1.indb Avs1:7

2017-06-09 07:53

NYCKELHÅL: Så arbetar du med ljusmikroskopet Några saker är alltid viktiga när man arbetar med ljusmikroskop: • Det är nödvändigt att det man tittar på är tunt och platt, eftersom ljuset ska passera genom preparatet. Alltså ska man ta så lite som möjligt av det material som man vill undersöka. • För att få ett tunt och platt objekt, pressar man det mellan två glasskivor. Med hjälp av en liten vattendroppe sugs då glasskivorna ihop av vattnets kapillärkraft.

okular

objektivrevolver objektiv

objektbord med preparathållare fininställning för skärpa

kondensor med ljusfältsbländare

grovinställning för skärpa

ljuskälla

kontrollrattar för objektbordet

Tillverkning av preparat 1. Placera en vattendroppe på ett objektglas – se bilden. 2. Placera det du ska undersöka, objektet, i vattendroppen, och se till att ditt tunna preparat ligger slätt. 3. ”Fäll” ett täckglas över objektet. 4. Sug upp eventuellt överﬂödigt vatten med lite papper.

Viktiga delar på ett ljusmikroskop.

Undersökning av preparat i mikroskopet 1. Placera preparatet på mikroskopets objektbord – se bilden. 2. Börja med den minsta förstoringen, alltså med det objektiv på mikroskopet som förstorar minst. Ha objektbordet så högt upp som det går. 3. Titta i okularet. Vrid objektbordet nedåt med skärpeinställningen tills du får en skarp bild. 4. Justera ljuset med bländaren under objektbordet. Om mikroskopet har en ﬂyttbar kondensor ska den vara långt ner vid minsta förstoringen och högt upp vid större förstoringar. 5. När du har en bra bild kan du byta till ett objektiv med större förstoring. 6. Med objektiven med större förstoring ändrar du bara skärpan med ratten för ﬁnjustering. Försiktigt! 7. Om mikroskopet har ett objektiv med 100 gångers förstoring är det ofta märkt med ”oil”. För att kunna se objektet behövs nämligen en droppe olja mellan objektivet och objektet. Däremot behövs inget täckglas. Använd det här objektivet bara vid speciella tillfällen, som när du tittar på bakterier. De är nämligen endast cirka en tiondel så stora som djurceller och syns därför inte med mindre förstoringar.

objektglas preparat täckglas

Objektglas, täckglas, preparat

papper

Ett objektglas med blodpreparat. Ett torkat preparat behöver inte ha täckglas.

SPIRA1.indb Avs1:8

2017-06-09 07:53

Användning av permanenta preparat

KAP. 1

Du kommer även att få möjlighet att titta på färdiga, permanenta, preparat. Man tillverkar sådana genom att gjuta in det man vill titta på i paraﬃn eller plast. Därefter skär man tunna snitt med en speciell apparat. Snitten placeras på objektglas som sedan doppas i olika färgbad. Efter sköljning och torkning limmas ett täckglas på, så att preparatet blir hållbart. Blodceller (blodkroppar) i ljusmikroskop. De allra ﬂesta är röda blodkroppar, men i mitten syns två vita blodkroppar. Preparatet är färgat. Förstoring: cirka 700 gånger.

NYCKELHÅL: Elektronmikroskop Många av detaljerna i celler går inte att se med ljusmikroskop, utan då krävs elektronmikroskop. Hur kan man förklara att det är på det viset? Delvis hänger det ihop med att ljuset är en vågrörelse. Det blågröna ljusets våglängd är i medeltal 500 nm (nanometer), det vill säga 1/2000 av en millimeter. Föremål av den storleken eller mindre syns mest som suddiga prickar, och det går absolut inte att se några detaljer som är mindre än så. Det innebär att inte ens ljusmikroskop av högsta kvalitet kan användas för att förstora över cirka 1500 gånger.

Om man försöker fotografera i ljusmikroskop och därefter förstorar bilden blir alltså de minsta detaljerna suddiga hur man än gör. Lösningen på problemet är att använda elektronvågor i stället för ljus. Elektronvågorna har mycket kortare våglängd än ljus, och därför kan man se betydligt mindre detaljer i elektronmikroskop än i ljusmikroskop. På så sätt kan man till och med få bilder av enskilda molekyler! Det mest använda elektronmikroskopet är transmissionselektronmikroskopet (TEM). Likheten med ljusmikroskop är att man ”tittar igenom” ett tunt preparat. För att göra preparat för transmissionselektronmikroskop arbetar man på liknande sätt som med

Vit blodkropp i transmissionselektronmikroskop (TEM). Observera att bilden är färgad. Förstoring: cirka 4 000 gånger.

permanenta preparat för ljusmikroskop, men man använder inte objektglas och täckglas, utan metallnät med plats för många små preparat. I stället för med vanliga färgämnen ”färgas” preparatet med kemikalier som stoppar elektronvågor när de kombineras med celldelar, så att bilden får bättre kontrast. Eftersom elektronvågor inte är ”vanligt” ljus, så kan man inte uppfatta olika färger, och därför blir bilderna svartvita. Elektronmikroskopbilder i färg har alltså ”falska färger”. En annan typ av elektronmikroskop kallas svep-elektronmikroskop (Scanning Electron Microscope, SEM). Med SEM ser bilden ut att vara tredimensionell.

En vit blodkropp bland många röda blodkroppar, i svepelektronmikroskop (SEM). Observera att bilden är färgad. Förstoring: cirka 4 000 gånger.

SPIRA1.indb Avs1:9

2017-06-09 07:53

Pseudovetenskap Belägg: bevis.

Pseudovetenskap: ”falsk vetenskap”. Det som påstås är inte förankrat genom ett vetenskapligt arbetssätt.

Nu har du fått lära dig en del om hur vetenskapligt arbete går till och hur forskare arbetar för att få fram sina resultat. Motsatsen till vetenskaplig kunskap är att man påstår något som det inte finns vetenskapligt belägg1 för. Felaktiga föreställningar behöver inte vara så farliga, men ibland kan det få allvarliga följder, som exempelvis de här påståendena: • ”Vårt folkslag är så överlägset alla andra att vi har rätt att starta krig och döda andra folk”. I bland annat 30-talets Tyskland hävdade nazisterna detta, vilket fick till följd att miljontals människor mördades. • ”Om vete eller potatis tränas att klara kyla så kan man odla de här växterna också i väldigt kalla klimat”. Så här resonerade Trofim Lysenko i forna Sovjetunionen. Han fick så mycket makt att han i princip styrde jordbrukspolitiken, och då på helt ovetenskapliga grunder. Följden blev årtionden av missväxt. Det här är exempel på pseudovetenskap, det vill säga falsk vetenskap. Inom pseudovetenskapen använder man ofta naturvetenskapliga begrepp, som ”energi” och ”kraftfält”. Påståendena har dock inte sin grund i resultat från vetenskaplig forskning. Man måste alltid vara kritisk och fråga sig vad ett visst påstående grundar sig i.

Här mäts skallens längd och bredd, för att ur sådana data dra slutsatser om personens allmänna egenskaper och vilken "ras" hon tillhör. Den här ”rasbiologin” är ett exempel på pseudovetenskap.

Levande organismer För att leva behöver organismerna energi och byggmaterial från omgivningen. Men vi ska börja med att titta på vad levande varelser klarar av, till skillnad från död materia. 10

SPIRA1.indb Avs1:10

2017-06-09 07:53

Kännetecken för levande organismer Förökning och ärftlighet

Tillväxt Åtminstone alla ﬂercelliga varelser ökar i storlek och förändrar sitt utseende från befruktningen till dess att de blir vuxna.

Rörelse

KAP. 1

För att livet ska fortgå måste organismerna föröka sig. Det kan ske på olika sätt. För bakterier räcker det med celldelning. De nya cellerna får samma DNA som den gamla. Flercelliga organismer, som vi människor, har speciella mekanismer för att bilda spermier och äggceller, och för att en ny individ ska utvecklas. Med hjälp av spermien och äggcellen ärver den nya individen egenskaper från föräldrarna.

Vi människor uppfyller alla kriterier för liv. Vi förökar oss, och barnen vi får växer upp och blir stora. När vi cyklar rör vi på oss och använder samtidigt våra sinnesorgan, som syn, hörsel och balans.

Nästan alla livsformer kan röra sig. Även många stillasittande organismer rör sig på något vis – se bara hur växter vänder sig mot ljuset.

Reaktion på omgivningen Nästan alla livsformer kan reagera på omgivningen. Djur gör det med hjälp av sina sinnen, som hörsel och syn. Alla växter kan vända sig mot ljuset; en del växter lindar sig runt de föremål som de får kontakt med. Även en del encelliga organismer orienterar sig mot ljuset, eller i förhållande till olika kemiska ämnen. 11

SPIRA1.indb Avs1:11

2017-06-09 07:53

Energi och byggmaterial 1 Energi av så hög kvalitet att vi kan använda den till nyttigt arbete.

Autotrof: en organism som får energi från solljus eller ibland från enkla kemiska reaktioner, och byggmaterial i form av koldioxid, vatten och mineralämnen. Heterotrof: en organism som använder organiska ämnen som andra organismer producerat, för att få både energi och byggmaterial.

Fotoautotrofa organismer: genomför fotosyntes.

Kemoautotrofa organismer: får energi från enkla kemiska reaktioner, och byggmaterial från koldioxid, vatten och mineralnäringsämnen.

Alla organismer behöver energi för att hålla igång de olika livsprocesserna. Dessutom behöver de olika kemiska ämnen som byggmaterial. Organismerna kan skaﬀa sig energi1 respektive byggmaterial på olika sätt. Den största skillnaden är mellan autotrofer, och heterotrofer. Autotrofer kan bygga upp sig själva med enkla ämnen som vatten och koldioxid, medan heterotrofer, måste leva av organiska ämnen som andra organismer har tillverkat.

Autotrofer Alla organismer kan förstås inte vara heterotrofer. Några måste tillverka (producera) de organiska ämnen som vår föda består av, och det är alltså autotroferna. Viktigast är de gröna organismerna, det vill säga växter, alger och blågröna bakterier. De klarar sig i princip på vatten med en del lösta mineralnäringsämnen, ljus och den koldioxid som ﬁnns i luften. Medan heterotrofer, som vi människor, får både energi och material från maten, får de gröna organismerna alltså energin från ljuset och materialet från marken, luften och vattnet. Processen när växter, alger och blågröna bakterier bygger energirika ämnen från koldioxid, vatten och solenergi kallas fotosyntes. Alla organismer som försörjer sig på det här viset är fotoautotrofa. En del bakterier får istället energi från någon oorganisk, kemisk reaktion. Med den energin kan de göra om koldioxid till socker och andra organiska ämnen. Då behöver de varken det vi kallar mat, eller solljus. Bakterier som lever på det här viset är kemoautotrofa.

Blågröna bakterier är fotoautotrofer.

Heterotrofer Om vi tar oss själva som exempel på heterotrofer så kan vi konstatera att vi äter varje dag. Maten ger oss både energi för att fortsätta att leva och material till att bygga upp kroppen. Maten består av delar från andra levande organismer, 12

SPIRA1.indb Avs1:12

2017-06-09 07:53

KAP. 1

oftast både djur och växter. Det enda livsviktiga vi kan få i oss utan att äta andra organismer är vatten, och med det också olika mineralnäringsämnen. Alla organismer som har den här grundprincipen av ämnesomsättning kallas heterotrofer.

Cellandning och fotosyntes Organismerna behöver alltså hela tiden energi för att hålla sig vid liv. I cellerna kan energi frigöras ur organiska ämnen genom cellandningen, som kan sammanfattas så här: kolhydrater (fett, protein) + syre

koldioxid + vatten + energi (lagrad i energiförmedlaren ATP)

djurcell

växtcell

I fotosyntesen omvandlas ljusenergin från solen till kemiskt bunden energi i kolhydrater. I cellandningen frigörs kolhydraternas energi. Först lagras energin i energiförmedlaren ADP som då blir ATP. Den molekylen kan användas till många energibehov i cellen, men slutligen blir all energi till värme, som inte längre kan användas till något nyttigt arbete. Värmen strålar slutligen ut i rymden igen.

ljusenergi

ATP kloroplast

mitokondrie

energikrävande processer

ADP

koldioxid + vatten kolhydrater + syre

koldioxid + vatten + ljusenergi kemisk energi (som ATP)

Cellandning: processen där lagrad kemisk energi i form av kolhydrater används för att bilda energiförmedlaren ATP, som behövs för det mesta som händer i en cell.

fotosyntes kolhydrater + syre cellandning

Cellandning förekommer hos de ﬂesta levande organismer. En del kan dock klara sig utan syre, och får då energin genom jäsning, som jästsvampar. Med hjälp av sina kloroplaster, med det gröna färgämnet klorofyll, kan de gröna organismerna omvandla ljusenergin från solen till kemisk energi lagrad i kolhydrater. Den här är alltså fotosyntesen. En förenklad formel är koldioxid + vatten + ljusenergi

kolhydrater + syre

Kolhydraterna fungerar som kemiskt bunden solenergi. Växternas fotosyntes är grunden för livet på jorden, och växterna kallas också ofta för producenter, eftersom de tillverkar kolhydrater som alla levande organismer behöver.

Fotosyntes: den process i vilken ljusenergi omvandlas till lagrad kemisk energi i form av kolhydrater. Koldioxid + vatten + ljusenergi kolhydrater + syre. Producenter: organismer som kan omvandla koldioxid och vatten till kemiskt lagrad energi, alltså de gröna växterna och andra med fotosyntes.

SPIRA1.indb Avs1:13

2017-06-09 07:53

Grundämnen i levande organismer 1

Övriga grundämnen har människan (forskare) skapat.

Det finns drygt 100 stycken grundämnen, varav cirka 90 finns i naturen1, alltså i luften, havet eller jordskorpan. Sannolikt finns det några enstaka atomer av alla de här ämnena i var och en av oss, men det är inte så många grundämnen som finns i stor mängd i levande organismer. Allra vanligast är kol, väte och syre, och därefter kväve, fosfor och svavel. Kol finns i alla molekyler i levande organismer, medan kvävet främst ingår i aminosyror, som bygger upp proteiner, och i DNA och RNA. I DNA och RNA ingår även fosfor, och svavel ingår i vissa aminosyror. Dessutom behövs ganska stora mängder av metalljoner av natrium, kalium, kalcium och magnesium. Alla levande organismer behöver också många andra grundämnen, men oftast i ganska små mängder. Vi kallar dem därför spårämnen. Några exempel är joner av metallerna järn, mangan, koppar, zink och molybden. För en del speciella funktioner i människokroppen behövs också bland annat klor och jod.

Kemiska föreningar i levande organismer Organiska ämnen: (inom kemin) ämnen som innehåller ett ”skelett” av kol med väte och – ofta – syre bundet till detta och ibland även andra grundämnen, till exempel svavel, fosfor och/eller kväve.

De ﬂesta kemiska föreningar i organismerna är uppbyggda av grundämnet kol och brukar kallas organiska ämnen. I levande organismer ﬁnns fyra stora grupper av organiska ämnen med olika egenskaper och funktioner: • proteiner med sina byggstenar aminosyrorna, • lipider, alltså bland annat fetter, • kolhydrater, • nukleinsyror och deras byggstenar. Hit hör DNA och RNA, samt energiförmedlaren ATP. Proteiner och nukleinsyror tas upp i kapitel 3. Kolhydraternas viktigaste funktioner är att vara energilager (socker, stärkelse) och byggmaterial (cellulosa). Lipider beskrivs i samband med cellmembranet, i kapitel 2.

Trädstammar består till största delen av kolhydraten cellulosa.

SPIRA1.indb Avs1:14

2017-06-09 07:53

SAMMANFATTNING kapitel 1

fysiologi

evolution genetik

fotosyntes

cellära

cellandning

KAP. 1

systematik

ekologi

delvetenskaper

energiomvandlingar

hälsa sjukvård

energi

förståelse

byggmaterial

behov

syfte

proteiner lipider kolhydrater nukleinsyror

teknik naturvård

ljusmikroskop

biologi som vetenskap

hållbarhet

Biologi är kunskap om det levande

djur heterotrofer svampar

strategier

autotrofer

metoder och verktyg

växter

elektonmikroskop rörelse transmissions mikroskop

svepelektonmikroskop

förmågor

förökning

prokaryota arkéer, bakterier

celltyper

reaktion tillväxt

syfte vetenskapligt arbetssätt hypotes resultat

återkoppling

eukaryota övriga organismer

saknar cellkärna och organeller

slutsats har cellkärna och organeller

dokumentation

UPPGIFTER kapitel 1 TRÄNA PÅ BASFAKTA 1 1. Vad kännetecknar en levande organism? 2. Hur får och använder heterotrofer energi och byggmaterial? 3. Hur får autotrofer energi och byggmaterial? 4. Vilka är de vanligaste grundämnena i en levande organism? Det räcker att du nämner sex stycken. 5. Vilka fyra stora grupper av organiska ämnen förekommer i levande organismers celler? 6. Varför är biologin uppdelad i delvetenskaper? 7. Vad kan en samhällsbyggare ha för nytta av biologikunskaper? 8. Vad innebär cellteorin? *9. Hur ska du göra för att få fram ett bra preparat för mikroskopstudier?

KOPPLA IHOP 10. Vad är det för skillnad mellan vetenskap och pseudovetenskap? 11. Hur fungerar det när forskare har gjort upprepade undersökningar och av resultaten vågar formulera en teori? Hur arbetar de sedan vidare med teorin? *12.Varför kan ett elektronmikroskop förstora så mycket mer än ett ljusmikroskop? 13. Varför behöver vi se mer än det vi ser med ett ljusmikroskop?

TÄNK TILL! *14.Varför är alla färgbilder från elektronmikroskop ”fusk”? 15. Motivera varför ett vetenskapligt arbetssätt är nödvändigt för att få trovärdiga teorier. 16. Förklara hur fotosyntes och cellandning är beroende av varandra.

SPIRA1.indb Avs1:15

2017-06-09 07:53

Cellen, individen och genetik

Cellen i mitten är i mitosens anafas när systerkromatiderna har separerat från varandra - och nu är självständiga kromosomer (lila). De gröna "trådarna" är delar av cellskelettet. Längst ner till höger syns en cell i interfas - cellkärnan är rosafärgad.

SPIRA1.indb Avs1:16

2017-06-09 07:53

BLOCK ETT

Cellen är grundenheten för allt liv. För att en cell ska fungera krävs kontroll och styrning, och detta sköts av generna – det biologiska arvet. När vi talar om generna och det biologiska arvet dyker det upp många funderingar. Det gäller både alla likheter som ﬁnns, exempelvis mellan barn och föräldrar, och den stora variationen i hur organismer ser ut och fungerar – den biologiska mångfalden. Likaså kan man fundera över varför en sjukdom som cancer förekommer, och vad som då har blivit fel i cellerna. Kunskaper i cellbiologi och genetik blir allt viktigare i vårt samhälle. Alla bör till exempel känna till vad som menas med livsmedel framställda av genmodiﬁerade organismer. Möjliga risker ska diskuteras med hänsyn till både kvaliteten på maten och påverkan på miljön. Vi behöver också ha kunskaper för att förstå gentekniska metoder. Dessa ger oss i princip allt bättre möjligheter att förebygga och bota sjukdomar, men samtidigt är de resurskrävande. Precis som mycket annat i samhället, kräver frågor om genetik och genteknik avvägningar mellan olika önskemål och intressen, och det är viktigt att alla människor kan delta i det demokratiska samtalet och förstå vad frågorna handlar om. CENTRALT INNEHÅLL Genetik • • • •

Eukaryota och prokaryota cellers egenskaper och funktion. Arvsmassans uppbyggnad samt ärftlighetens lagar och mekanismer. Celldelning, DNA-replikation och mutationer. Genernas uttryck: Proteinsyntes, monogena och polygena egenskaper, arv och miljö. • Genetikens användningsområden: Möjligheter, risker och etiska frågor.

SPIRA1.indb Avs1:17

2017-06-09 07:53

Cellen KAPITEL 2 Alla levande organismer är uppbyggda av celler, som alltså är grundenheten för livet. Många organismer består av bara en enda cell, och den kan vara olika stor. Andra organismer består av ﬂera celler. En del alger byggs upp av ett fåtal celler, medan komplicerade organismer som exempelvis människan består av uppemot 1013 celler. Virus uppfyller inte kriterierna för levande organismer om man ser dem ensamma, men de använder levande celler för sin förökning. Eftersom många virus orsakar sjukdomar är de viktiga att känna till.

Olika celltyper i ett broccoliblad. Färglagd bild från svepelektronmikroskop. Bladet är förstorat ungefär 300 gånger.

SPIRA1.indb Avs1:18

2017-06-09 07:53

• • • • •

BLOCK ETT • KAP. 2

När du har läst kapitlet ska du ha kunskap om… livsprocesser i cellerna, varför celler inte är särskilt stora, skillnaden mellan prokaryota och eukaryota celler, det typiska för djurceller respektive växtceller, vad virus är, och hur de fungerar.

Viktiga begrepp: cellkärna cellmembran cellskelett cellvägg cytoplasma

diffusion eukaryot cell fosfolipid kloroplast mitokondrie

prokaryot cell provirus ribosom vakuol virus

Cellers uppbyggnad och storlek Cellerna är som små enheter, ”rum”, för allt liv. Hos de flesta flercelliga organismer finns olika celltyper. En liknelse är att ett hus byggs upp av olika enheter som exempelvis tegelstenar, fönsterbågar och takbjälkar. Det är viktigt att förstå att cellen är ett litet utrymme med en inre, kontrollerad kemisk miljö som är skild från omgivningens miljö. Celler varierar i storlek. De minsta cellerna är ungefär 1 mikrometer (μm) långa, och de största (bortsett från äggulan i fågelägg) är knappt 1 millimeter. Ett litet föremål har stor yta jämfört med volymen. Att vara liten innebär åtminstone två fördelar: • För det första blir det då enklare att transportera in och ut olika ämnen. • För det andra så behöver olika kemiska molekyler inte förflytta sig särskilt långt. Molekyler kan röra sig av sig själva, genom diffusion, och den processen är mest effektiv över korta avstånd. Gemensamt för cellerna är att de omges av ett cellmembran, och att det innanför cellmembranet finns mindre bildningar, organeller. Den trögflytande vätska som organellerna befinner sig i brukar kallas cytoplasma. I cytoplasman sker många olika aktiviteter, som proteinsyntes och transport av ämnen.

Diffusion: (här) när molekyler spontant sprids i en vätska eller gas. Organeller: små bildningar inuti cellerna, exempelvis ribosomer och mitokondrier (se nedan). Cytoplasma: den trögﬂytande vätskan inne i cellen som omger organellerna.

Cellmembranet Cellmembranet är gränsen mellan omgivningen och cellens inre värld. Det styr vilka ämnen som kan passera igenom och gör att cellens inre får en egen kemisk miljö, där livsprocesserna kan fungera ganska oberoende av vad som sker utanför. Cellmembranet består till största delen av lipider. Till lipiderna räknas ämnen som inte löser sig så lätt i vatten, men däremot i opolära1 vätskor, som bensin. Fetter (triglycerider) är nog de mest kända lipiderna. I cellmembranet är det i stället fråga om fosfolipider (se bilden på s. 20). De här molekylerna har en ände som påminner om vatten, medan den andra är mer fettliknande. I membranet, som består av dubbla lipidlager, vänder sig molekylerna så att de fettliknande ”svansarna” pekar mot varandra, och de vattenliknande delarna pekar dels utåt mot omgivningen, dels inåt cellen.

Cellmembranet: hinnan som omger cellen och utgör en kemisk barriär. Det är uppbyggt av fettliknande ämnen, s.k. fosfolipider. 1

Opolära vätskor: vätskor med molekyler som har en jämn laddningsfördelning, till skillnad från exempelvis vattenmolekyler som har en mer plusladdad och en mer minusladdad ände. Bensin och oljor är opolära vätskor. Motsatsen är polära vätskor, det vill säga främst vatten, men även enklare alkoholer som metanol.

SPIRA1.indb Avs1:19

2017-06-09 07:53

kolin

polär del

fosfat

Cellmembranet fungerar som en kemisk barriär, men det måste också kunna ta emot olika slags signaler från omgivningen och skicka signalerna vidare, så att någonting sker längre in i cellen. Dessutom styr cellen med hjälp av membranet vilka ämnen som ska tas in i respektive skickas ut ur cellen. För att klara de här uppgifterna har cellmembranet olika typer av proteiner inbäddade mellan fosfolipiderna.

glycerol

polär opolär

opolär del

dubbelt skikt av fosfolipider

"fettsvansar"

membranproteiner

Cellmembranet är uppbyggt av fosfolipider och olika slags molekyler som är instuckna i fosfolipidskiktet. Fosfolipidmolekylers uppbyggnad. Kolin är en kvävehaltig alkohol.

Två typer av celler Med hjälp av elektronmikroskop kom forskarna så småningom fram till att celler kan vara av två olika grundläggande slag, nämligen prokaryota och eukaryota. Prokaryota organismer saknar egentlig cellkärna. Exempel på prokaryoter är bakterier och arkéer, och de är alltid encelliga (se s. 142). Alla andra organismer är uppbyggda av eukaryota celler, som har cellkärna. Både pro- och eukaryota celler kan genomföra cellandning, och vissa kan genomföra fotosyntes. I båda celltyperna byggs arvsanlagen – generna – upp av DNA. Annars kan man säga att skillnaderna är större än likheterna.

Prokaryota celler Prokaryot cell: en cell som sakar cellkärna och oftast är liten i storlek.

Prokaryota celler är små, ofta bara kring 1 mikrometer (μm) i diameter, och de har ingen avgränsad cellkärna. Flertalet andra organeller saknas också, och ribosomerna (se s. 22) är lite mindre än i eukaryota celler. Cellandningen genomförs av enzymer som sitter i cellmembranet. De flesta prokaryota celler omges av en cellvägg, som alltså ligger utanför cellmembranet. Den består inte av cellulosa, som hos växter, utan av kedjor av andra speciella sockermolekyler. DNA finns i en enda kromosom som är ringformad, samt ofta i små extra DNA-ringar som kallas plasmider. Den totala mängden DNA är betydligt mindre i en prokaryot än i en eukaryot cell, men prokaryoters DNA verkar utnyttjas mer effektivt. Du kan läsa mer om prokaryota celler på sidan 142. En kolibakterie som håller på att dela sig. Färglagd elektronmikroskopbild. Förstoring cirka 3000 gånger

SPIRA1.indb Avs1:20

2017-06-09 07:53

De flesta, men absolut inte alla, eukaryota celler är betydligt större än de prokaryota. Eukaryota celler skiljer sig från prokaryota genom att de har en cellkärna, större ribosomer och ett stort antal olika slags organeller. Eukaryota celler har dessutom komplicerade membransystem inne i cellen. Alla eukaryota celler ser dock inte likadana ut. Som exempel tar vi här upp djurceller och växtceller. Växtceller har cellvägg, och de celler som kan genomföra fotosyntes har kloroplaster. Det är bara cellerna i växtens gröna delar som innehåller kloroplaster. De flesta fullt utvuxna växtceller har också en stor vakuol. På bilderna (s. 22) syns viktiga organeller i djur- och växtceller. Alla organeller måste fungera på ett samordnat sätt i cellerna. I flercelliga organismer är cellerna i olika organ specialiserade, och det innebär också att olika organeller kan förekomma i olika antal, beroende på celltypens funktion. I muskelceller, exempelvis, är det gott om mitokondrier – cellens energiverk. Det är lätt att förstå eftersom muskelarbete är så energikrävande. Röda blodkroppar saknar helt mitokondrier. Deras funktion är enbart att transportera syre, och de fraktas runt passivt i blodbanorna och behöver alltså inte lägga energi på rörelse.

Eukaryot cell: en cell som har cellkärna och många andra smådelar, organeller. Den är oftast betydligt större än en prokaryot cell.

BLOCK ETT • KAP. 2

Eukaryota celler

Eukaryota cellers organeller • Cellmembranet är uppbyggt av ett dubbelt lipidskikt med inkilade proteiner. Membranet reglerar vilka ämnen som ska släppas in och ut. • Cellskelettet ﬁnns i hela cellen och ger den stadga och rörelseförmåga. Två typer av cellskelett är mikrotubuli och mikroﬁlament. • Cellkärnan är den organell som innesluter arvsmassan, DNA. Den har ett membran med porer, där ganska stora molekyler kan passera. • Mitokondrierna är cellens ”energiverk”. Dessa har dubbla membraner, varav det inre är starkt veckat. Här sker cellandningen. Mitokondrierna har också egen arvsmassa, DNA, och kan därmed föröka sig oberoende av resten av cellen. • Det endoplasmatiska nätverket (ER) är en membranstruktur som bland annat sköter transporten av ämnen inom cellen.

De här cellerna har behandlas med ﬂuorescerande ämnen, som får cellskelettets olika delar att framträda. De gula "trådarna" är mikrotubuli och de ljusblå är mikroﬁlament. Förstoring cirka 1300 gånger.

SPIRA1.indb Avs1:21

2017-06-09 07:53

• Ribosomerna är cellens ”proteinfabriker”. De sitter fästade på ER, eller ﬁnns fritt i cytoplasman. • Golgiapparaten lagrar, sorterar och transporterar ämnen ut ur och in i cellen.

strävt endoplasmatiskt nätverk

ribosomer

slätt endoplasmatiskt nätverk

kärnmembran

mikrotubuli

cellkärna milrofilament vakuol kloroplast tonoplast cellmembran cellvägg golgiapparat mitokondrier

peroxisom cytoplasma

Elektronmikroskopbild av en växtcell. Förstoring cirka 800 gånger.

cellmembran

flagell

ribosomer

kärnmembran cellkärna mitokondrie strävt endoplasmatiskt nätverk

mikrotubuli peroxisom

lysosom

slätt endoplasmatiskt nätverk

milrofilament golgiapparat

Elektronmikroskopbild av en djurcell. Förstoring cirka 1 200 gånger.

cytoplasma centrioler

Speciella organeller i djurceller

• Lysosomer är djurcellens ”avfallskvarnar”. De innehåller enzymer som bryter ner stora molekyler till mindre delar som sedan töms ut ur cellen. Speciella organeller i växtceller

• Kloroplaster är växtcellens ”solceller”. De innehåller pigmentet, färgämnet, klorofyll. Här sker fotosyntesen, som omvandlar ljusenergi till kemisk energi (bunden i kolhydrater). • Cellväggen är växtcellens och hela växtens yttre ”skelett”. Den består i huvudsak av cellulosa och ger växtcellerna skydd, stöd och en bestämd form. • Vakuolen är växtcellens ”lager och tryckreglerare”, en vätskeblåsa med eget membran. Här lagras vissa ämnen, och här sker också nedbrytning av avfallsämnen. En viktig funktion är att vakuolen med sin storlek kan öka trycket mot cellväggen och på så vis ge cellen stadga.

SPIRA1.indb Avs1:22

2017-06-09 07:54

Virus består inte av celler, men utnyttjar celler för sin förökning. Eftersom virus är uppbyggda av ett proteinhölje samt DNA eller RNA, är de ändå ett slags ”biologiskt fenomen”. I stället för celler kan de betraktas som rörliga, genetiska enheter. Virusen har stor betydelse för allt levande, bland annat för att de kan orsaka smittsamma sjukdomar. Tack vare elektronmikroskopet, som kom på 1930-talet, har forskarna listat ut hur virus är uppbyggda. Tidigt under 1800-talet började man också förebygga virussjukdomar genom vaccinering, alltså långt innan man hade en aning om vad virus är. Under de senaste åren har forskarna utvecklat en del läkemedel som är verksamma även när en virussjukdom har brutit ut.

Virus: biologiska bildningar som inte är celler. De består oftast bara av ett proteinhölje samt där innanför DNA eller RNA. Virus är beroende av levande celler för sin förökning.

BLOCK ETT • KAP. 2

Virus

Transmissionselektronmikroskopbild av en bakteriofag, ett slags virus som angriper bakterier. Förstoring: cirka 80 000 gånger.

Virusens uppbyggnad och förökningssätt Alla virus har minst två delar – ett hölje av protein samt DNA eller RNA för den ärftliga informationen. Virus måste använda en levande cell för att föröka sig. Olika virus utnyttjar olika typer av celler, från olika organismer. Bakteriofager attackerar alltså bara bakterier, inte mänskliga celler. Virus har olika strategier för att föröka sig. En del virus gör så att en värdcell ”programmeras” att bilda nya virus i stället för att tillgodose sina egna behov. Materialet till nya virus tas från värdcellen, och ofta slutar det med att värdcellen dör och går sönder, så att nybildade virus kommer ut och kan smitta nya celler. Andra virus bygger i stället in en bit virus-DNA i värdcellens DNA. Då kan viruset ﬁnnas som en ”tidsinställd bomb” (så kallat provirus) under många cellgenerationer, tills förändringar i miljön gör att virusets DNA aktiveras. Först då börjar värdcellen bilda nya viruspartiklar.

viruspartikel värdcell

Provirus: virus som är vilande i värdcellen, som en bit DNA inbyggd i värdcellens DNA.

Hur ett virus kan infektera och utnyttja en cell.

proteinhöljet lämnas utanför

mogna viruspartiklar

virus-DNA

1. Virus sätter sig på värdcellen.

2. Virus-DNA sprutas in i värdcellen.

3. Virusenzymer bildas inne i värdcellen och virus-DNA replikeras, dvs. kopieras i stor mängd.

4. Proteinhöljen till viruset bildas.

5. DNA paketeras i proteinhöljena. 6. Värdcellen går sönder och töms på viruspartiklar.

SPIRA1.indb Avs1:23

2017-06-09 07:54

SAMMANFATTNING kapitel 2

endoplasmatiskt nätverk ribosomer

cellkärna cellskelett cytoplasma

fosfolipider cellmembranets uppbyggnad

cellmembran

gemensamma golgiapparat

membranproteiner

mitokondrier

peroxisomer

vakuol cellvägg

specifikt för växtceller

celldelar och organeller

saknar cellkärna och organeller

Cellen

celltyper

kloroplaster

prokaryota arkéer, bakterier

biologiskt fenomen

specifikt för djurceller

eukaryota övriga organismer lysosomer

har cellkärna och organeller

virus eukaryot djurcell

eukaryot växtcell

behöver en levande cell för sin förökning

UPPGIFTER kapitel 2 TRÄNA PÅ BASFAKTA 1. Vilka av följande organeller ﬁnns i djurceller respektive växtceller? Lysosomer, cellvägg, kloroplaster, vakuol.

7. Para ihop struktur eller företeelse i vänster kolumn med rätt organell i höger kolumn.

2. Vilka av dessa organismer har prokaryota respektive eukaryota celler?

Ordpar 1

1.Tarmbakterien Escherichia coli, 2. metanbildare som används för att producera ”biogas”, 3. jäst, 4. musslor, 5. elefanter, 6. champinjoner, 7. blågröna bakterier som gör sjövatten turkosfärgat. 3. Vilken organell utför cellandning respektive fotosyntes? 4. Varför blir det ingen fungerande cell utan cellmembran?

Ordpar 2

yttre skelett

cellkärna

klorofyll

ribosom

cellandning

kloroplast

proteinsyntes

mitokondrie

membran med porer

golgiapparat

lagring och sortering av ämnen

5. Vilka två typer av biologiskt viktiga ämnen måste alltid ﬁnnas i ett virus?

TÄNK TILL! KOPPLA IHOP 6. Fyll i tabellen där prokaryota celler jämförs med eukaryota. Prokaryot cell

Eukaryot cell

8. Förklara vilket att de här två påståendena som är sant och varför det måste vara så: ”Möss och elefanter har lika många celler, men olika stora”, eller ”Möss och elefanter har lika stora celler, men olika många”.

storlek cellkärna DNA:ts placering antal organeller

SPIRA1.indb Avs1:24

2017-06-09 07:54

KAPITEL 3 Vi människor har alltid intresserat oss för det biologiska arvet och ställt oss frågor av typen: • Hur fungerar det när en ny individ bildas? • Varför blir det nya schimpanser när två schimpanser parar sig? • Varför liknar alla granar varandra? Under 1900-talet förstod forskarna att det biologiska arvet lagras i DNA. De förstod också att DNA kopieras och används som information om hur en cell och en individ ska se ut och fungera. Innan man visste att arvets molekyler är DNA, kunde man dock föreställa sig att ”ärftlighetsämnet” fungerar för två saker: att kopieras till de nya cellerna inför celldelning och att ge order inom cellen för att styra olika processer. Idag vet vi att DNA samverkar med RNA, som förmedlar information om hur ett protein ska byggas ihop. Då kan vi också fråga oss hur det kommer sig att vår kropp kan bilda samma proteiner under hela livet, och varför en del proteiner bara bildas under vissa utvecklingsstadier. Mycket av det här beror på genreglering, som är ett ganska nytt och mycket spännande forskningsområde.

BLOCK ETT • KAP. 3

Från molekyl till individ

Den här elektronmikroskopbilden visar ett stort antal ribosomer (grå-lila) som sitter på mRNA (rött), på vilka det bildas början till proteiner (grönt). Bilden är färglagd i efterhand. Förstoring cirka 170 000 gånger.

SPIRA1.indb Avs1:25

2017-06-09 07:54

Björndahl Landgren Thyberg SPIRA Biologi 1

Best.nr 47-11600-3 Tryck.nr 47-11600-3

omsl_SPIRA2017.indd 1

SPIRA Biologi 1 LIBER

Gunnar Björndahl Birgitta Landgren Mikael Thyberg

SPIRA Biologi 1

2017-06-09 09:53