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 upphovsrättshavarens 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 www.liber.se/kundservice www.liber.se
Bildförteckning
Omslag: malerapaso/Getty Images (gröna blad), michieldb/Getty Images (rågax), Johnny Johnson/Getty Images (isbjörnar), Zen Rial/Getty Images (fjädrar)
Illustratör: Cecilia Lorentzon
Infografik: Cecilia Frank sidan 29, 39, 51, 63, 75, 96, 120, 154, 184, 209, 229, 248, 261, 290, 319, 342
7 Shutterstock
8 Johnér/Getty Images
9 Ulf Lindmark/Johnér
10 Jack Mikrut/TT
11 Science Photo Library/TT
12 Raj Kamal/Getty Images
12 Leeuwenhoeks mikroskop
13 Bettmann/Getty Images
14 Mega/TT
16 Johan Nilsson/TT
19 Eric GraveScience Photo Library/ TT
20:1 Steve Gschmeisserner/Science Photo Library/TT
20:2 Andrew Syred/Science Photo Library/TT
22:1 Sofia Müller/TT
22:2 Polina Panna/Getty Images
24 Giordano Cipriani/Getty Images
25 Marek Mis/Science Photo Library/ TT
28 Shutterstock
30 Dennis Kunkel Microscopy/Science Photo Library/TT
34 Dr Torsten Wittmann/Science Photo Library/TT
37 Dept. Of Microbiology, Biozentrum/Science Photo Library/TT
40 Dr Elena Kiseleva/Science Photo Library/TT
41:1 King’s College London Archives, Ref. KDBP1/1/867/ SPL /TT
41:2 World History Archive/TopFoto/ TT
41:3 Science Photo Library/TT
50 Eye of Science/Science Photo Library/TT
52 David M. Phillips/Science Photo Library/TT
56 Science Photo Library/TT
57 Dr Jeremy Burgess/Science Photo Library/TT
58 Thierry Berrod/Mona Lisa Production/Science Photo Library/TT
59 www.cell.com
61 Ralph Pace/Nature Picture Library
62 ingen källa
64 BirdImages /iStock
66 Eye of Science/Science Photo Library/TT
68 Science Photo Library/TT
69 Manfred Ruckszio/Alamy/TT
71 Zephyr/Science Photo Library/ TT
73 Steve Gschmeisserner/Science Photo Library/TT
74 Ruizluquepaz/Getty Images
76 Shutterstock
77:1 Archive Photos/Getty Images
77:2 Mary Evans Picture Library/TT
78 Science Photo Library/TT
83 Marty F Chillmaid/Science Photo Libaray/TT
86 Mark Taylor/Nature Picture Library
87 Eeig Reso/Megapix
90 Shutterstock
91 Jan Nordén/TT
92 NordGen (Nordic Genetic Resource Center)
94 John Daniels/Ardea
95 Shutterstock
97 Shutterstock
98 Science Photo Library/TT
100 Garo/Phanie/Science Photo Library/TT
101 Science Photo Library/TT
103 Westend61/Getty Images
105:1 Magnus Wennman/Aftonbladet/ TT
105:2 Love Dalén/Zoologiska institutionen/Stockholms universitet
105:3 Shutterstock
106 Cornelius Popp/NTB/TT
107 Science Photo Library/TT
108 Dennis Kunkel Microscopy/Science Photo Library/TT
109 Philippe Plailly/Science Photo Library/TT
111:1 Martin Shields/Alamy/TT
111:2 Seth Wenig/AP/TT
111:3 Volker Steger/Science Photo Library/TT
112 Igge/Wikipedia
114 Shutterstock
117 Getty Images
118 Shutterstock
121 Moment/Getty Images
122 James L. Amos/Getty Images
123:1 Ed Reschke/Getty Images
123:2 Jan Hinsch/Science Photo
Library/TT
125:1 Buiten-Beeld/Alamy/TT
125:2 Mujo Korach/TT
125:3 Rodney Start/Museums Victoria/Shutterstock
127:1 Tony Camacho/Science Photo Library/TT
127:2 Thurtell/iStock
128:1 Shah Anup/Nature Picture Library/TT
128:2 Oxford Pete Oxford/Minden Pictures/Getty Images
129:! Gary Hincks/Science Photo Library/TT
129:2 Douglas Faulkner/Science Photo Liobrary
130 Michael W. Tweedie/Science Photo Library
131:1 Hobo:018/Getty Images
131:2 Daniela Beckmann/Science Photo Library/TT
132:1 Ulf Antonsson/Naturfotograferna
132:2 Shutterstock
133 Tim Laman/Nature Picture Library
136:1 Christopher Swann/Science Photo Library/IBL
136:2 Bob Gibbons/Science Photo Library/IBL
136:3 Stan Tekiela/Getty Images
136:4 All Canada Photos/Alamy/IBL
136:5 David Chapman/Ardea
138 Science Photo Library/IBL
139:1 Matthew Dodd/University College London/Reuters/TT
139:2 Alexis Rosenfeld/Getty Images
142 Verisimilus at English Wikipedia
143 Shutterstock
144 CoreyFord/iStock
145 Kriswanto Ginting/Moment/ Getty Images
147 Andrey Atuchin/Berkley edu
148 Javier Trueba/MSF/Science Photo Library/IBL
151 Jens Schlueter/Getty Images
152 De Agostini Picture Library/ Getty Images
155 Kenneth Bengtsson/Hohnér
156 NurPhoto/Getty Images
158 Science Photo Library/TT
159 Ola Jennersten/TT
160 Kristoffer Sahlén/Naturfotograferna/TT
161 Lars Johansson/Mostphotos
162 Lars-Olof Johansson/Johnér
166:1 George Reszeter/Ardea
166:2 Tracy Nearmy/EPA/TT
167 Jonas Roth/Havs och Vattenmyndigheten
169 Andrew J. Martinez/Science Photo Library/TT
170 Alex Mustard/Nature Picture Library/TT
171 Peter Chadwick/Photoresearches/TT
172 Assalve/Getty Images
176 Steve Gschmeisserner/Science Photo Library/TT
177 Mats Wilhelm/N/TT
179 Bengt Ekman/N/TT
181 Per Magnus Persson/Johnér
181 Bengt Ekman/N/TT
183 Petter Haldén
185 Shutterstock
186 Westend61/Getty Images
189 Science Photo Library/TT
190 NASA Earth Observatory
192 Fredrik Ehrenström/Naturfotograferna
193 Marek Mis/Science Photo Library/TT
195 Magnus Hallgren/DN/TT
196 Anders Good/TT
197:1 Sven Halling/Johnér
197:2 Lennart Mathiasson/Naturfotograferna
198 Karin Alfredsson/Johnér
199 Bengt Ekman/N/TT
200 Mats Lindfors/Webbkusten Bildbyrå
201 Shutterstock
202 Andia/Getty Images
203 eco2drew/iStock
204 Magnus Melin/Johnér
207:1 Hans Berggren/Johnér
207:2 Agder Energi – Entelios
208 Zephyr18/Getty Images
210 Anders Ekholm/Johnér
211 Kristyna Sindelkova/Getty Images
213 Inha I.K./Tekniska museet
215 Alamy/TT
216 Torbjörn Lilja/N/TT
217 Krister Engström/Johnér
218 Mikael Svensson/Johnér
219 Ingrid Engstedt Edfast/ Sveriges Radio
224 Nick Garbutt/Nature Picture Library
225 LucynaKoch/Getty Images
226 Shutterstock
227 A-Shropshire-Lad/Getty Images
228 Jeff Wilson /Nature Picture Library
230 AscentXmedia/Getty Images
231 LIANEM/Mostphotos
232:1 David Clapp/Getty Images
232:2 NOAA
233:1 Warwick Sloss/Nature Picture Library
233:2 Hasse Schröder/Johnér
234 Laurent Geslin/Nature Picture Library
235 Hayriye Tellioglu/Getty Images
236 Kaiok Sulaiman/Getty Images
237 Leif Johansson/Johnér
238 Kevin Schafer/Getty Images
239 Science Photo Library/TT
240 Leif Johansson/Johnér
241 Roy Magnersnes/Nature Picture Library
243 Kari Kohvakka/Johnér
245 Maskot/Getty Images
246 Paul Harris Archive Photos/ Getty Images
249 Alvarez/Getty Images
250 Riadi Pracipta/Getty Images
251 Peter Cade/Stone/Getty Images
252 Alex Mustard/Nature Picture Library/TT
254 Kenny Belue/Getty Images
257 Jens Rydell/Johnér
258 Duncan Usher/Nature Picture Library
259 Johan Nilsson/TT
260:1 Bele Olmez/Getty Images
260:2 Debraansky/Getty Images
262 Matilda Lindeblad/Johnér
264:1 Caluvafoto/Johnér
264:2 Matilda Lindeblad/Johnér
266 Maskot/Johnér
267 Moment/Getty Images
269 Nature Picture Libraray
271 Fiona Rogers/Nature Picture Library
274 Steve Gschmeissner/Science Photo Library/TT
276 Janerik Henriksson/TT
279:1 Jose Luis Calvo/Science Photo Library/TT
279:2 Science Photo Library/TT
280 Scandinav/Johnér
282 Simon Fraser/Science Photo Library/TT
284 Shutterstock
287 Anders Wiklund/TT
288 Rosemary Calvert Stone/Getty Images
289 Vida Vinkel/Johnér
291 Lena Granefelt/Johnér
292 Lieselotte Van Der Meijs/Johnér
293 Paul Starosta/Getty Images
295 Johnér/Getty Images
297 Shutterstock
299 Burger/Phanie/Science Photo Library/TT
304 Juergen Freund/Nature Picture Library
305 Science Photo Library/TT
307 Plattform/Johnér
310 Maskot/Johnér
312 Susumu Nishinaga/Science Photo Library/TT
314 Science Photo Library/TT
317 Jörgen Wiklund/Johnér
320 Jamie Grill/Getty Images
321 Shutterstock
322 Shutterstock
323 Frida Kahlo: Self-Portrait with Cropped Hair, 1940. Foto: Digital image, The Museum of Modern Art, New York/Scala, Florence
327 Thomas Marent/Nature Picture Library
328 Shutterstock
329 Image Source/Johnér
330 Wander Woman CO/Getty Images
333:1 Unsplah
333:2 Shutterstock
334:1 Dr P.Marazzi/Science Photo Library/TT
334:2 Bobbo Lauhage/TT
334:3 Gustoimages/Science Photo Library/TT
337 Plattform/Johnér
338 National Institutes Of Health, Niaid/Science Photo Library/TT
339 Science Photo Library/Getty Images
341 National Institutes Of Health, Niaid/Science Photo Library/TT
343 Jamie Grill/Getty Images
Förord
Välkommen till Spira nivå 1!
I den fjärde upplagan av Spira Biologi nivå 1 möter du innehållet i ämnesplanen för Gy25 med uppdaterat innehåll och nya kapitel.
Spira nivå 1 är indelad i tre block baserade på rubrikerna i det centrala innehållet.
I blocken ingår även området ”Biologin i omvärlden” samt delar av ”Biologins arbetsmetoder”:
• Cellbiologi och genetik
• Evolution och ekologi
• Fysiologi, anatomi och hälsa
Varje kapitel består av avsnitt med en enhetlig struktur för att underlätta lärandet:
• Inledning: Varje kapitel börjar med en kort introduktion följt av kunskapsmålen och centrala begrepp, markerade i fetstil där de först tas upp i kapitlen. Till varje begrepp finns en förklaring i marginalen.
• Avsnitt med kunskapskontroll: Varje avsnitt avslutas med en “Testa dina baskunskaper”-sektion som erbjuder träning på begreppen och frågor på en grundläggande nivå.
• Varje kapitel innehåller även ett Nyckelhål med diskussionsfrågor som fördjupar och breddar ämnesområdet med syfte att stimulera en djupare förståelse och reflektion.
Alla kapitel avslutas med en sammanfattning som hjälper dig att koppla ihop begrepp och metoder. Sist i kapitlet finns uppgifter som hjälper dig att befästa kunskaperna.
Vi önskar dig en god läsning och lycka till med biologin!
Författarna Jennie Axén Lundqvist, Fredrik Holm, Birgitta Landgren och Mia Pontoppidan 2025
BLOCK 1
Cellbiologi och genetik
1 Biologi är kunskap om det levande
1.1 Biologin består av många kunskapsområden
1.2 Biologi blir en vetenskap.
1.3 Naturvetenskaplig arbetsmetod
1.4 Vad är liv?.
2 Cellen
2.1 Cellers uppbyggnad.
2.2 Två typer av celler.
2.3 Virus
3 Från DNA till protein.
3.1 Upptäckten av DNA-molekylen.
3.2 Uppbyggnaden av RNA och DNA.
3.3 DNA har många uppgifter i cellen
3.4 Proteinsyntesen.
4 Kromosomer,
celldelning och förökning
4.1 Kromosomer och celldelning.
4.2 Förökning – könlös eller könlig.
5 Mutationer
5.1 Genmutationer
5.2 Kromosommutationer.
5.3 Cancer
6 Klassisk genetik.
6.1 Historik. .
6.2 Grunderna i klassisk genetik.
6.3 Arv och miljö
6.4 Praktiska tillämpningar av klassisk genetik
7 Genteknik
7.1 Genteknik i praktiken
7.2 Tillämpning av DNA-analys
7.3 Genöverföring och genomredigering
7.4 Genteknik, lag och etik
BLOCK 2
Evolution och ekologi
8 Evolution
8.1 Tecken på evolution
8.2 Evolutionens mekanismer.
8.3 Livets historia.
8.4 Människans evolution.
9 Ekologi
9.1 Jorden – en plats för liv.
9.2 Omgivningen och individen.
9.3 Populationer
9.4 Ekosystemet
9.5 Energin driver livet i ekosystemet
9.6 Ekosystem förändras.
10 Livet i vatten.
10.1 Vatten är livsviktigt
10.2 Livet i sötvatten
10.3 Livet i havet
10.4 Människan påverkar floder, sjöar och hav.
11 Livet på land
11.1 Mark och klimat skapar skilda naturtyper
11.2 Mycket gran och tall i Sveriges skogar
11.3 Nästan allt land brukas av människan
11.4 Stora naturtyper kallas också biom.
12 Den biologiska mångfalden är värdefull
12.1 Ett dynamiskt ekosystem.
12.2 Ekosystemtjänster är grunden för vår överlevnad.
12.3 Har planeten jorden några gränser?
.98
.99
.108
.117
.121
.122
.123
.128
.138
.146
.156
.157
.158
.162
.168
.172
.179
.186
.187
.189
.200
.206
.210
.211
.216
.219
.223
.230
.237
.243
BLOCK 3
13 Djurens fysiologi
13.1 Djur är flercelliga heterotrofer.
13.2 Organismen reglerar sin inre miljö.
14 Matspjälkning och näringsupptag
14.1 Viktiga näringsämnen för oss människor
14.2 Djurens matspjälkning.
14.3 Människans matspjälkning
14.4 Sjukdomar kopplade till matspjälkningssystemet
14.5 Kostråd
15 Respiration och cirkulation
15.1 Olika respirationssystem
15.2 Människans andningsorgan.
15.3 Sjukdomar i respirationssystemet.
15.4 Olika cirkulationssystem.
15.5 Människans cirkulationssystem.
15.6 Blodet
15.7 Några sjukdomar i cirkulationssystemet
16 Sexualitet och sexuell hälsa
16.1 Kön och könsidentitet.
16.2 Sexuell hälsa
16.3 Sex med ansvar.
16.4 Sexuellt smittsamma sjukdomar.
Register.
Bildförteckning.
Cellbiologi och genetik
Vad kännetecknar liv, och hur kan vi med hjälp av vetenskapliga metoder förstå det på cellnivå? I det här blocket undersöker vi livets molekylära grunder och hur vår kunskap om cellbiologi och genetik har vuxit fram genom forskning.
Du får en översikt över cellens uppbyggnad och organellernas funktioner, samt hur den genetiska koden styr proteinsyntesen och därmed livets funktioner. Vi går igenom hur DNA packas i kromosomer, hur celldelning fungerar och hur ärftliga egenskaper kan förklaras med hjälp av Mendels lagar. Du får också fördjupa dig i mutationer som motor för evolution och i modern genteknik som möjliggör målinriktad förändring av gener.
Genom att koppla samman dessa teman utvecklar du en helhetsbild av hur biologiska processer och etik samverkar – och hur vår förståelse av dem påverkar både medicin och samhälle.
CENTRALT INNEHÅLL
• Cellers och virus uppbyggnad och funktion.
• Ärftlighetens mekanismer samt celldelning och mutationer. Genernas uttryck och koppling till organismens egenskaper. Proteinsyntes.
• Gentekniska tillämpningar.
• Biologins betydelse för vetenskap, individ och samhälle med exempel från historiska och aktuella händelser.
• Frågor om etik med koppling till biologi
• Insamling av data från observationer och mätningar. Formulering av frågeställningar samt planering, riskbedömning och utförande av systematiska undersökningar. Bearbetning av data och värdering av metod och resultat.
• Modeller som beskrivning av verkligheten. Modellers och teoriers giltighet samt det experimentella arbetets betydelse för deras utveckling över tid.
• Skillnader mellan vetenskapliga och icke-vetenskapliga påståenden.
1 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 får 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 organismer är att de består av celler. Virus är biologiska bildningar som inte består av celler och har ingen egen ämnesomsättning. De räknas därför inte som levande organismer. En tydlig definition av liv är avgörande för att kunna förstå biologi.
När du har läst kapitlet ska du ha kunskap om…
• hur biologi blev en vetenskap
• vad som menas med vetenskapliga modeller och teorier
• hur man lägger upp ett experiment och sedan redovisar det
• vad som är kännetecknande för liv
• hur fotosyntesen och cellandningen ger förutsättning för liv.
Viktiga begrepp:
• autotrof
• cellandning
• cellteorin
• etisk värdering
• evolutionsteorin
• experiment
• fotoautotrof
• fotosyntes
• heterotrof
• kemoautotrof
• naturvetenskap
• neodarwinism
• näringsämne
• observation
• organiska ämnen
• organism
• pseudovetenskap
• vetenskaplig modell
• vetenskaplig teori
• ämnesomsättning
1.1 Biologin består av många kunskapsområden
Centrala delar i Spira biologi nivå 1
Biologi är en vetenskap som studerar livet omkring oss för att få kunskap om allt från de minsta organismerna, som bakterier, till djur, svampar och växter. Genom vetenskaplig forskning har vi byggt upp en stor mängd kunskap om hur organismer fungerar och hur de samspelar med varandra och sin miljö.
Eftersom biologi är ett mycket brett naturvetenskapligt område kan en enskild forskare inte vara expert på mer än en mindre del. Därför finns det många olika kunskapsområden inom biologin, som exempelvis genetik, evolution, fysiologi och ekologi.
I biologi nivå 1 kommer du i kontakt med bland annat:
• grunderna i cellbiologi, genom att få en inblick i hur livets minsta enheter, cellerna, fungerar.
• genetik, eller ärftlighetslära, med underavdelningarna molekylär genetik och klassisk genetik. Genetiken studerar hur egenskaper ärvs och hur arvet styrs av speciella molekyler.
• genteknikens tillämpningar, alltså vad man kan använda kunskaper i genetik till.
• evolutionsbiologi, som reder ut hur olika arter har anpassats och utvecklats.
• ekologi, som visar samspelet i naturen och hur olika naturtyper fungerar.
• ekosystemtjänster och deras betydelse för en hållbar utveckling..
• fysiologi med inblick i cirkulation, andning, matspjälkning samt sexualitet och relationer.
Den andra kursen i biologi (nivå 2) bygger på nivå 1, med fördjupningar inom ekologi, evolutionär systematik, beteenden, bioteknik, cellbiologi, fysiologi samt hälsa.
organism – levande varelse med egen ämnesomsättning
Inom ekologin studerar biologer samspelet mellan organismer i naturen. På bilden ses tre lappuggleungar i en barrskog, en av Sveriges vanligaste naturtyper.
Många biologer arbetar i laboratorier. Där kan de exempelvis undersöka celler, DNA eller förekomst av kemiska ämnen.
Biologins roll i yrkeslivet
Biologer är intresserade av att söka mer kunskap om alla levande organismer, alltså bakterier, växter, svampar, djur och även om virus, trots att de inte räknas som levande organismer.
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. Biologer kan arbeta med att utveckla nya läkemedel, studera hur miljön förändras, forska inom genteknik eller om hur sjukdomar fungerar och sprids.
Biologin behövs dessutom i många olika yrken. Exempelvis behöver ingenjörer, ekonomer eller stadsvetare ha grundläggande biologiska kunskaper för att kunna ta naturhänsyn vid brobyggen eller 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.
etiska värderingar –värdegrunden om hur vi bör tänka och bete oss för att uppnå det goda och rätta mot andra människor och naturen.
Biologisk kunskap har stor betydelse för utvecklingen av vårt samhälle, men den kan utnyttjas i både goda och onda syften. För att du ska kunna ta ställning till hur denna kunskap ska användas krävs etiska värderingar, alltså förmågan att avgöra vad som är rätt eller fel. Det blir särskilt viktigt inom områden som medicin, genteknik och miljö, där forskningen kan påverka liv, hälsa och naturen på ett allvarligt sätt. Genom att tänka kritiskt utifrån din biologiska kunskap kan du fatta beslut som är moraliskt ansvarsfulla.
1.1
Testa dina baskunskaper
FÖRKLARA BEGREPPEN
• organism • etisk värdering
SVARA PÅ FRÅGORNA
1. Varför är biologin uppdelad i olika kunskapsområden?
2. I vilka yrken är det viktigt att ha kunskaper om biologi?
3. Inom vilka områden är etiska värderingar särskilt viktiga enligt texten?
1.2 Biologi blir en vetenskap
Människan och naturen
Människor har genom tiderna fascinerats och förundrats av naturen. Det har inte minst gällt sådant som går att äta och det som vi på annat sätt kan ha nytta av. Det gäller förstås även det som kan hota vår existens, som rovdjur, giftiga växter och olika väderfenomen. Historiskt sett har människan ofta förklarat naturfenomen utifrån den egna kulturens värderingar och syn på tillvaron. Men med bättre och bättre teorier har ett mer vetenskapligt synsätt vuxit fram.
Människan lärde sig tidigt att använda och dra nytta av sina biologiska kunskaper. Redan när människan började bruka jorden för drygt 10 000 år sedan, upptäckte de att olika grässorter för matproduktion gav olika god skörd. Denna insikt, tillsammans med andra viktiga upptäckter, fick stor betydelse för jordbrukets utveckling och därmed för livsmedelsförsörjningen. Nu kunde människorna bli mer bofasta, vilket gjorde att befolkningen ökade.
Under 1500- och 1600-talet utvecklades många nya idéer inom fysik, astronomi och matematik. För biologin dröjde det däremot innan vetenskapen blev mer ”modern” – faktiskt ända in på mitten av 1700-talet. Idag vet vi en hel del om hur naturen fungerar, tack vare kunskap som har inhämtats och delats under tusentals år.
Aristoteles
Den grekiske filosofen Aristoteles (384–322 f.Kr.) var en av de första som försökte förklara hur det kunde finnas så många olika sorters djur och växter. Han arbetade inom flera av dåtidens vetenskaper, och hans uppfattningar påverkade människornas världsbild och föreställning om olika livsformer under lång tid. Vi brukar därför betrakta Aristoteles som en av grundarna av den biologiska vetenskapen. Förutom att han beskrev djurens anatomi och beteenden, menade han att livet hade existerat oförändrat sedan det skapades, och skulle så förbli i alla tider. Livsformerna placerade han på olika nivåer på en stege. Ju högre upp på stegen en organism befann sig, desto mer fulländad var den. Längst ned på stegen fanns stenarna, och högst upp var människan. Detta synsätt gjorde att utvecklingen av biologin som vetenskap stannade upp under lång tid.
Aristoteles originalverk finns inte bevarade, men en stor mängd handskrivna kopior finns på bibliotek runtom i världen. Dessa har studerats av många vetenskapspersoner genom årtusendena.
uralstringsteorin – idén om att liv kan uppstå spontant ur död materia.
Leeuwenhoek undersökte små organismer i ett enkelt mikroskop. Det hade bara en lins, i plåtskivan till vänster, och det han undersökte fanns i provröret. Trots den enkla konstruktionen kunde det förstora 300 gånger!
Biologins utveckling på 1700-talet
Länge trodde människorna på uralstringsteorin, det vill säga att liv kan bildas spontant ur död materia. Det är kanske inte så konstigt med tanke på att man såg hur maskar dök upp i gammalt kött, och möss bland sopor. Antonie van Leeuwenhoek (1632–1723) undersökte mycket i sin omgivning i mikroskop. Han var den förste som beskrev spermier, blodkroppar samt bakterier och var en av dem som visade att liv inte kan uppstå av sig självt.
Kopplingen mellan befruktning och utveckling av en ny individ hade påvisats hos djuren, men gällde det även för växterna? Den som gav svar på den frågan var bland annat Carl von Linné (1707–1778). Mest känd är han för att han skapade ett system för att gruppera växter och djur. Han beskrev sina idéer i boken Systema Naturae. Linné trodde i huvudsak på Aristoteles teorier, men började senare i livet att tvivla på den.
Forskarnas sätt att tänka dominerades under lång tid av de äldre biologiska lärorna, tillsammans med den bibliska skapelseberättelsen. Detta ansågs var den sanna läran och om någon påstod något annat kunde de anklagas för kätteri och riskerade dödstraff. År 1749 hävdade fransmannen Georges du Buffon (1707–1788) att djur faktiskt utvecklas och förändras, samt att det kan vara möjligt att olika djur har en gemensam förfader. Detta betraktades som kätteri, och han tvingades ta tillbaka sina påståenden.
Under 1600- och 1700-talet började forskarna på allvar studera fossil. Georges Cuvier (1769–1832) förklarade uppkomsten av fossil med att djuren vid flera tillfällen dött i någon katastrof, som syndafloden, och sedan hade det skapats nya djur.
Fossil av ammoniter, en slags bläckfisk som dog ut för 66 miljoner år sedan.
Lamarcks tankar om evolution
I början av 1800-talet var tiden äntligen mogen för att olika forskare skulle våga föra fram idéer om att det faktiskt har skett en biologisk utveckling. År 1809 presenterade fransmannen Jean-Baptiste de Lamarck (1744–1829) en av de första teorierna om livets utveckling, evolution.
Den innebar att allt levande ”strävar” efter att utveckla sig mot mer avancerade livsformer. Lamarck är tyvärr mest känd för en annan aspekt av sin teori, nämligen den att djur kan förändras genom att en inlärd eller förvärvad egenskap ärvs. Hans idéer brukar illustreras med hur girafferna, enligt hans sätt att tänka, fick sin långa hals: Genom att sträcka på halsen för att nå mat högt upp i träden förlängdes den gradvis, och denna egenskap gick i arv till ungarna.
Lamarck kritiserades kanske onödigt hårt under årens lopp. Även om inte alla hans idéer stämmer, så var han först med en sammanhållen teori om livets utveckling.
Charles Darwins evolutionsteori
Det verkliga genombrottet för evolutionsteorin kom år 1859, när Charles Darwin (1809–1882) gav ut sin bok Om arternas uppkomst genom naturligt urval. Darwin insåg sambandet mellan individernas egenskaper och miljön. Han var inte den ende med den insikten, men han anses vara den förste som lade fram teorin om naturligt urval. Han hade dessutom omfattande vetenskapliga undersökningar som stöd för sin teori.
Som väntat utbröt tumult när boken släpptes, och Darwins motståndare förfärades av tanken att människan skulle vara släkt med aporna, trots att Darwin inte i klartext påstod det. Det gjorde han däremot i boken Människans härstamning, som kom ut 1871.
Darwins teori innehöll dittills olösta problem, bland annat bristen på fossil som visade övergångsformer mellan arter. Idag är forskningens ståndpunkt snarare att utvecklingen faktiskt ibland har skett i språng, i stället för gradvis. Ett annat problem var att han inte kunde förklara hur egenskaper ärvs. Darwin tänkte sig att de goda egenskaperna ”späddes ut” genom uppblandning och därför inte alls kunde ”förbättra” arten. Intressant nog höll Gregor Mendel (1822–1884) samtidigt på med att lösa just ärftlighetens grundläggande mekanism, men det hade Darwin ingen aning om.
Det skulle dröja till 1930-talet innan forskare lyckades kombinera kunskapen om ärftligheten, som man fått från Mendel och hans efterföljare, med Darwins idéer, till en mer sammanhängande teori. Den här sammanhängande teorin kom att kallas neodarwinism.
evolutionsteorin – att den stora mångfalden av arter beror på utveckling, evolution, och även en förklaring till hur det går till.
neodarwinism – evolutionsteori som kombinerar Darwins ursprungliga idéer med nyare forskningsresultat inom genetiken.
Charles Darwin presenterade evolutionsteorin.
Djuphavsfiskar är svåra att studera eftersom de lever på sådana djup. Den här arten av snigelfisk (Pseudoliparis) är fotad på över 8 kilometers djup.
Den nya biologin
Idag är biologin en avancerad naturvetenskap som kombinerar de klassiska teorierna med modern teknik. Teorierna har också utvecklats genom modern forskning. Upptäckten av DNA-molekylen i slutet av 1800-talet har möjliggjort genetiska analyser som ger oss chansen att studera livet på detaljnivå. Även om vi fortfarande har arter att upptäcka i svårtillgängliga områden, som exempelvis djuphavet, så ger de ekologiska studierna en förståelse för hur vi kan bevara biologisk mångfald och motverka klimatförändringar. Biologisk forskning handlar inte längre bara en observerande vetenskap som beskriver det vi ser omkring oss, utan det experimentella arbetet har drivit på innovationer och hållbar utveckling. Därför är biologin fortfarande betydelsefull för jordbruk, skogsbruk, medicin och miljöteknik.
1.2
Testa dina baskunskaper
FÖRKLARA BEGREPPEN
• uralstringsteorin
• evolutionsteorin
SVARA PÅ FRÅGORNA
• neodarwinismen
1. Aristoteles anses vara en av grundarna av biologi som vetenskap – varför då?
2. Vilken sammanhängande förklaring inom biologin var Jean Baptiste Lamarck först om?
3. Varför blev det en så stor uppståndelse när Charles Darwin kom med sin evolutionsteori?
1.3 Naturvetenskaplig arbetsmetod
En vetenskaplig teori bygger på stor kunskap
Naturvetenskap handlar om att skaffa kunskap genom att undersöka världen omkring oss. För att teorier ska vara tillförlitliga måste de kunna styrkas genom observationer eller experiment
När vi vill undersöka ett biologiskt fenomen är det viktigt att ha en utgångspunkt. Här kommer vår vardagskunskap, om exempelvis levande organismer, till användning. Det vi redan vet, har observerat eller hört talas om, hjälper oss att formulera en frågeställning.
Genom att ställa frågor försöker vi förstå orsakerna bakom olika fenomen. En naturvetenskaplig frågeställning grundar sig på befintlig kunskap men strävar efter att utöka den, genom att söka efter nya resultat från experiment och observationer.
Ett lyckat experiment leder oftast till att vi inser att sammanhangen är mer komplicerade än vi först trodde. Då måste vi ändra frågan lite och sedan testa igen. Eller så uppkommer en helt ny frågeställning utifrån resultatet. Om experimentet i stället inte ger tydligt svar på frågan, måste vi formulera en annan frågeställning och testa den i stället. Så småningom kan en samling av svar på många olika frågeställningar sammanfattas som en vetenskaplig teori över hur ett visst fenomen fungerar.
Teorier kan tydliggöras med modeller
En vetenskaplig teori sammanfattar alltså all kunskap om något fenomen och är den förklaring som just för ögonblicket är den mest trovärdiga. En teori kan ändras om nya observationer eller experiment motsäger, hela eller delar av, teorin. Teorier är ofta väldigt komplexa och innehåller många detaljer i sin förklaring av ett fenomen. Många delar i en teori kan vi inte ens se med blotta ögat. Så är det exempelvis med evolutionsteorin, eller teorin om samspelet mellan alla organismer och den omgivande miljön i ett ekosystem. En vetenskaplig modell däremot, går inte lika djupt i sin förklaring, utan visar ofta ett specifikt fall eller ett visst sammanhang inom en teori. En näringsväv är exempel på en modell som beskriver hur organismer äter varandra i ett ekosystem, alltså hur näringen transporteras. Näringsväven är en modell av ett komplext sammanhang som beskriver en del i ett ekosystem och som är lätt att förstå. Den utelämnar många detaljer såsom exempelvis hur jordens kemiska sammansättning påverkar vilka organismer som kan leva i just det ekosystemet.
Bilden på nästa sida visar den naturvetenskapliga arbetsmetoden, där vi formulerar frågeställningar, prövar dem med experiment, för att sedan formulera nya frågeställningar. Arbetsmetoden kan ses som cirkelgång där frågeställningarna förbättras för varje varv, så att vi så småningom kan formulera en vetenskaplig
naturvetenskap – en sammanfattande benämning av de vetenskaper som studerar naturen och dess delar, bland annat biologi, kemi och fysik.
observation – att noggrant iaktta ett fenomen och samla data.
experiment – en process i vilken man testar en frågeställning.
vetenskaplig teori – väl underbyggd förklaring av något fenomen som kan prövas med experiment och observationer om och om igen, och som alltid ger samma resultat.
vetenskaplig modell –del av en vetenskaplig teori som förklarar ett komplext sammanhang på ett förenklat sätt
cellteorin – allt levande består av en eller flera celler.
Vetenskaplig arbetsmetod uttryckt som en cirkelgång med nya frågeställningar.
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. Naturligtvis är målet att med tiden få så pass säker kunskap att den kan få praktisk användning, exempelvis när det odlas grödor eller då sjukdomar behandlas.
Önskan om en förklaring eller kunskap om ett visst fenomen
kunskapsinhämtning
FRÅGESTÄLLNING FORMULERAS
UNDERSÖKNING material och metod för observationer och experiment
RESULTAT
SLUTSATS OCH DISKUSSION
gav svar på frågeställning ny frågeställning
återkoppling
Ringmärkning av fåglar. En frågeställning som kan testas genom ringmärkning är vart fåglar flyttar under vinterhalvåret och hur många som återvänder för att häcka.
TEORI
Experiment – en viktig del av naturvetenskapen
När du arbetar med biologi så är det viktigt att du tränar på den naturvetenskapliga arbetsmetoden. Det gör du genom experiment eller fältstudier, alltså med praktiska undersökningar. När du planerar dina experiment behöver du också göra en riskbedömning. Det innebär att du tar reda om dina undersökningar innehåller några farliga kemikalier, eller andra riskfyllda moment, som kan skada dig själv eller miljön.
När du har gjort en laboration bör du skriva en rapport där det framgår vad du har undersökt, vad resultatet blev och vilka slutsatser du kan dra. En laboration innebär ofta att man prövar en frågeställning, och drar slutsatsen om den verkar riktig eller inte.
Så här utformar du en laborationsrapport:
1. Rubrik – vad rapporten handlar om.
Rapportförfattaren, det vill säga ditt namn, ska också stå här tillsammans med de som du arbetat med i laborationen.
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. I slutet av inledningen redovisar du kortfattat din frågeställning samt vad du vill undersöka, alltså syftet. Här redovisar du idén om vad du tror ska hända. I delen ”Diskussion och slutsats” (se punkt 5) kan du sedan diskutera om du fått svar på din frågeställning eller om den måste omformuleras.
3. Materiel och metoder
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. 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 på ett objektivt sätt. Resultaten ska presenteras så tydligt som möjligt, med tabeller, diagram och bilder.
5. Diskussion och slutsats
Först reder du ut vad resultaten visar. Jämför med din frågeställning och återkoppla till den. 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 och ge i så fall förlag på hur. Bör frågeställningen formuleras om? Jämför ditt resultat med vad andra har fått i samma eller liknande typ av undersökning. Värdera och dra en slutsats om ditt eget resultat.
kontroll – ett obehandlat prov som fungerar som jämförelse.
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.
Kontroller i experiment
Biologiska experiment innebär ofta att man utsätter levande organismer för en behandling och därefter jämför med en kontroll. Ett exempel kan vara om du vill undersöka hur vitlökens tillväxt påverkas av olika temperaturer. För att undersöka detta placeras vitlök i två olika vattenbad, det ena med rumstempererat vatten och det andra med 37-gradigt vatten. Då har vi en experimentuppsättning med kontroll (rumstempererat) och en med värmebehandling (37 °C). Om det blir skillnad i tillväxt mellan behandlade vitlökar och kontrollvitlökar så har temperaturen haft effekt. Utan kontrollen, kan vi inte veta om behandlingen har haft någon effekt.
vitlöksklyftarumstempererat vatten 37-gradigt vatten
1 vecka senare
Exempel på experimentuppställning. Här undersöks om temperaturen påverkar vitlökens tillväxt. Genom att flera vitlöksklyftor får samma behandling (fem stycken) säkerställer vi att resultatet inte beror på slumpen.
Naturvetenskapliga metoder och verktyg
Inom biologin används olika slags metoder och verktyg för att testa frågeställningar och formulera teorier. Här tar vi upp statistiska metoder och olika typer av mikroskop som exempel.
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.
Du bestämmer dig för att testa det tidigare experimentet med vitlökarna som odlas i olika temperaturer. Du mäter bladens längd hos fem stycken vitlökar som odlats i rumstempererat vatten och fem som odlats i 37-gradigt vatten. Du ser att bladen varierar i längd och att det finns både korta och långa blad hos vitlökar i båda temperaturerna. Nu behöver du räkna ut medelvärdena för bladens längder. Med statistiska metoder kan du då beräkna sannolikheten för att temperaturen verkligen har en påverkan på vitlökens tillväxt.
Mikroskop
Olika slags mikroskop är viktiga verktyg inom biologin. De mest använda är ljusmikroskop och elektronmikroskop.
I skolan används ljusmikroskop, eftersom de andra typerna är mycket dyra och dessutom svåra att använda. Men även med ljusmikroskop så krävs det att du lär dig hur du ska arbeta med dem. Du måste också lära dig att göra bra preparat för att öka chanserna att upptäcka det som eventuellt finns i dem. Det finns också färdiga permanenta preparat att titta på.
Blodkroppar (blodceller) i ljusmikroskop. De allra flesta är röda blodkroppar, men i mitten syns två vita blodkroppar. Preparatet är färgat, samt förstorat cirka 700 gånger.
Elektronmikroskop
Många cellstrukturer är omöjliga att se i ljusmikroskop och kräver i stället ett elektronmikroskop. Det beror delvis på att ljus är en vågrörelse med en våglängd på omkring 500 nm, vilket begränsar upplösningen i ett ljusmikroskop. Föremål i den storleken – eller mindre – blir suddiga, och ljusmikroskop kan därför inte förstora mer än cirka 1 500 gånger utan att detaljer försvinner. För att se mindre strukturer används elektronmikroskop, eftersom elektronvågor har mycket kortare våglängd än ljus.
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 permanenta preparat för ljusmikroskop, men man använder inte objektglas och täckglas, utan metallnät med plats för många små preparat. I stället för vanliga färgämnen färgas preparatet med kemikalier som binder till olika organeller i cellen och stoppar elektronvågorna. På så sätt får bilden bättre kontrast. Eftersom elektronmikroskop inte använder vanligt ljus, går det inte att se naturliga färger – därför blir bilderna svartvita. Elektronmikroskop-
Vit blodkropp i transmissionselektronmikroskop (TEM). Observera att bilden är färgad. Förstoring: cirka 4 000 gånger.
En vit blodkropp bland många röda blodkroppar, i svepelektronmikroskop (SEM). Observera att bilden är färgad. Förstoring: cirka 4 000 gånger.
bilder i färg har alltså färgats i efterhand i datorn för att strukturer ska ses bättre och är alltså ”falska färger”.
Svepelektronmikroskop (SEM) är en annan typ av elektronmikroskop. Med svepelektronmikroskop passerar elektronerna inte igenom preparatet, utan reflekteras på ytan och ger en tredimensionell bild.
1. Vad är den största skillnaden mellan ett ljusmikroskop och ett elektronmikroskop?
2. Hur kan användningen av elektronmikroskop förbättra förståelsen av cellstrukturer och deras funktion?
Etiska värderingar och vetenskap
En trovärdig forskare arbetar enligt den naturvetenskapliga metoden och delar med sig av sina forskningsresultat. Forskaren beskriver sitt arbete i en rapport och får sina resultat granskade av andra forskare inom samma forskningsområde. Till sist publicerar de sina resultat i en vetenskaplig publikation, så att forskare i hela välden kan ta del av resultaten. Så förväntas det att en forskare ska arbeta.
En forskare som hittar på resultat utan att först ha genomfört några observationer eller experiment följer inte de etiska reglerna. Detsamma gäller den som medvetet misstolkar data eller kopierar andras resultat eller idéer utan tillåtelse. Den typen av arbete bryter mot de etiska lagar och värderingar som styr vad som får göras inom olika forskningsområden. Ibland kan det variera vad som anses vara etiskt eller oetiskt. Man får exempelvis inte medvetet skada människor psykiskt eller fysiskt i experiment. Även om det låter lite konstigt så kan sådana experiment ibland godkännas om riskerna för försökspersonerna är mindre än den vetenskapliga betydelsen av resultatet. Forskning som gäller ingrepp på människor kräver oftast samtycke och ska utföras av forskare som har den vetenskapliga kompetens som behövs. Innan experimenten utförs så måste forskare ansöka om tillstånd för sina experiment, om de kan innebära risker för människor, djur eller natur. För att upprätthålla förtroendet för vetenskap och forskning är det viktigt att följa den vetenskapliga metoden, etiska riktlinjer och de lagar som reglerar forskningen. Forskare som bryter mot dessa regler kan ställas inför rätta.
Pseudovetenskap
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 någon påstår något som det inte finns vetenskapligt bevis för. Felaktiga föreställningar behöver inte vara så farliga, men ibland kan det få allvarliga följder, som exempelvis de här påståendena:
• ”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.
• ”Vaccination mot mässling gör att barn kan få autism”. Detta uppmärksammade påstående kom i en vetenskaplig tidskrift 1998 och ger en felaktig bild av hur vaccinet fungerar. Påståendet följdes av ett stort antal vetenskapliga studier där forskare inte kunde hitta några kopplingar mellan mässlingsvaccin och autism hos barn. Världshälsoorganisationen WHO uppskattar att vaccinationer runtom i världen förebygger mellan två till tre miljoner dödsfall varje år från sjukdomar som stelkramp, mässling och vanlig influensa.
Det finns en förställning av det går att hitta vatten med hjälp av y-formade pinnar. Detta finns det inga vetenskapliga bevis för.
Det finns en föreställning att kristaller har en egen vibration som kan påverka människors energifält och därmed fysisk och mental hälsa. Detta finns det inga vetenskapliga bevis för.
pseudovetenskap – utger sig för att vara vetenskap, men saknar vetenskaplig grund och kan inte bevisas med experiment.
Det här är exempel på pseudovetenskap, det vill säga falsk vetenskap.
Inom pseudovetenskapen använder personer ofta naturvetenskapliga begrepp, som exempelvis ”energi” och ”kraftfält”. Påståendena har dock inte sin grund i resultat från vetenskaplig forskning. Några typiska kännetecken för pseudovetenskap är:
• Auktoritetstro – en persons uttalanden och skrifter värderas högre än andras.
• Ej reproducerbar – personer kommer med påståenden utan att det finns experimentella resultat, eller att det inte går att upprepa dem experimentellt.
• Handplockade exempel – resultat som talar för ett påstående väljs ut, och de som talar emot väljs bort. Kommer det nya experimentella resultat som talar emot påståendet så väljer pseudovetenskapen att bortse från dem.
• Ej falsifierbar – påståenden är omöjliga att testa med experiment, eller att alla experimentella data passar in som bevis för påståendet.
Några läror som anses vara pseudovetenskapliga är astrologi, intelligent design, alkemi och homeopati. Du måste alltid vara kritisk och fråga dig vilken vetenskap som ligger bakom ett visst påstående.
Astrologi: tro som går ut på att himlakropparnas rörelser har inflytande över våra liv på jorden.
Intelligent design: tro som anser att levande organismer är för komplicerade för att ha uppstått av en slump och utvecklats genom naturligt urval, utan en intelligent designer måste ha varit inblandad.
Alkemi: gammal kemisk uppfattning som gick ut på att försöka förvandla andra metaller till guld.
Homeopati: Sätt att behandla sjukdomar som bygger på idén att sjukdomar kan botas av ämnen som hos friska ger symtom som liknar sjukdomens symtom. Detta ämne späds sedan ut till extremt låga koncentrationer och ges till den sjuka personen.
Testa dina baskunskaper
FÖRKLARA BEGREPPEN
• naturvetenskap
• observation
• experiment • vetenskaplig teori • vetenskaplig modell • cellteori • kontroll • pseudovetenskap
SVARA PÅ FRÅGORNA
1. Hur fungerar den vetenskapliga arbetsmetoden?
2. Vad är skillnaden mellan en vetenskaplig teori och en vetenskaplig modell?
3. Vad är skillnaden mellan vetenskap och pseudovetenskap?
4. Varför bör ett experiment alltid innehålla kontrollprov?
5. Innan du genomför ett eget experiment bör du ha gjort en riskbedömning. Vad innebär det?
ämnesomsättning –cellens alla kemiska reaktioner.
näringsämne – ämnen som tas upp av kroppen och är bra för tillväxt och utveckling.
1.4 Vad är liv?
Utmärkande egenskaper för liv
För att leva behöver organismerna energi och byggmaterial från omgivningen. Det finns ett antal egenskaper som är gemensamma för alla levande organismer. Några viktiga egenskaper hos levande organismer är:
• Alla levande organismer består av en eller flera celler. Det finns både encelliga och flercelliga organismer. De flesta levande organismer på jorden är encelliga.
• För att livet ska fortgå måste organismerna kunna föröka sig. För bakterier räcker det med celldelning, det kallas könlös förökning eller asexuell förökning. Många flercelliga organismer, som vi människor, har speciella mekanismer för att bilda spermier och äggceller som smälter samman vid befruktningen, det kallas könlig förökning eller sexuell förökning..
• I celler sker hela tiden många kemiska reaktioner. Samlingsnamnet för alla kemiska reaktioner kallas cellens ämnesomsättning, eller cellens metabolism. Näringsämnen i form av kolhydrater, fetter, proteiner, vitaminer och mineraler, omvandlas till energi och byggstenar. Energin kan cellen använda för att bygga upp nya molekyler eller till annat där det behövs energi.
I ett korallrev finns många olika organismer.
• Celler 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 encelliga organismer rör sig till exempel då de orienterar sig mot ljuset, eller mot en högre koncentration av näringsämnen.
• Alla levande organismer har både DNA och RNA. DNA bär arvet och vid celldelningen överförs den informationen till dottercellerna. Även det närbesläktade ämnet RNA fungerar informationsbärare i cellen. DNA kan förändras och leda till evolution.
Energi och byggmaterial
Alla organismer behöver energi för att hålla igång de olika livsprocesserna. Dessutom behöver de olika kemiska ämnen som byggmaterial. Organismerna kan skaffa sig energi respektive byggmaterial på olika sätt. Autotrofer kallas organismer som 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
Viktigast bland autotroferna är de gröna organismerna, det vill säga växter, alger och cyanobakterier. De kallas även för producenter. De klarar sig i princip på vatten med en del lösta mineraler, strålningsenergi och den koldioxid som
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.
Cyanobakterier är fotoautotrofer.
fotoautotrof – genomför fotosyntes.
kemoautotrof – får energi från enkla kemiska reaktioner, och byggmaterial från koldioxid, vatten och lösta mineraler.
finns i luften (eller koldioxid löst i vattnet om den lever i vatten). Processen när autotrofer 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 inte sin energi genom att äta andra organismer, utan får den från andra kemiska ämnen. Ett exempel är bakterier i djuphaven som får sin energi från svavelföreningar. 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
Heterotrofer
Om vi tar oss själva som exempel på heterotrofer så behöver vi äta mat. Maten ger oss både energi för att fortsätta att leva och material till att bygga upp kroppen. Maten består av delar från andra organismer, oftast både djur och växter. Livsviktiga ämnen som vi kan få i oss utan att äta andra organismer är syrgas och vatten. Med vattnet får vi också i oss olika mineraler. Alla organismer som har den här grundprincipen av ämnesomsättning kallas heterotrofer, men också konsumenter.
växtcell
strålningsenergi
kloroplast
koldioxid + vatten
kolhydrater + syre
mitokondrie
djurcell
energikrävande processer ATP
koldioxid + vatten + strålningsenergi kolhydrater + syre fotosyntes cellandning kemisk energi (ATP)
I fotosyntesen omvandlas strålningsenergin 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.
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. I formeln för cellandningen skriver man kolhydraten glukos som startmaterial. Även andra näringsämnen såsom andra kolhydrater, proteiner och fetter, kan omvandlas i ämnesomsättningen. Då kan de också passa in i cellandningen så att energi kan frigöras även från dem. Energi transporteras i cellen av en molekyl som kallas ATP (adenosintrifosfat). ATP heter molekylen när den är laddad med energi som kan användas till många energikrävande processer i cellen. När den lämnat av sin energi omvandlas den till ADP (adenosindifosfat). ADP kan sedan bilda ATP igen via cellandningen.
Cellandningen sammanfattas så här:
glukos + syrgas koldioxid + vatten + energi (lagrad i energiförmedlaren ATP)
C6H12O6 + 6 O2 6 CO2 + 6 H2O + 36–38 ATP
Cellandning förekommer hos alla levande organismer. En del kan dock klara sig utan syre, och får då energin genom jäsning, som jästsvampar.
Med hjälp av sina kloroplaster, som innehåller det gröna pigmentet klorofyll, kan de gröna organismerna genom fotosyntes omvandla solens strålningsenergi till kemisk energi. Denna energi lagras i form av olika typer av kolhydrater i växten. Via växtcellens ämnesomsättning kan kolhydraterna omvandlas till proteiner, fetter och andra ämnen som cellen behöver. En förenklad formel för fotosyntesen är
koldioxid + vatten + strålningsenergi glukos + syrgas
6CO2 + 6 H20 + strålningsenergi
C6H12O6 + 6 O2
Kolhydraterna fungerar som kemiskt bunden solenergi. Växternas fotosyntes är grunden för livet på jorden eftersom den förser ekosystemen med kemisk energi och syrgas, vilket många organismer är beroende av.
Grundämnen i organismer
Det finns drygt hundra grundämnen, varav cirka 90 finns i naturen, 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.
De vanligaste grundämnena i levande organismer är kol, väte och syre, och därefter kväve, fosfor och svavel. Kol finns i alla molekyler, medan kvävet främst ingår i aminosyror, som bygger upp proteiner, samt i DNA och RNA. I DNA och RNA ingår även fosfor, och i vissa aminosyror ingår svavel. Dessutom behöver organismer ganska stora mängder metalljoner av natrium, kalium, kalcium och magnesium.
Alla levande organismer behöver också många andra grundämnen, men oftast
cellandning – processen där lagrad kemisk energi i form av kolhydrater används för att bilda energiförmedlaren ATP.
fotosyntes – den process i vilken strålningsenergi omvandlas till lagrad kemisk energi i form av kolhydrater.
organiska ämnen –ämnen som innehåller ett ”skelett ” av kol med väte.
Ofta finns också syre bundet till detta och ibland även andra grundämnen, till exempel svavel, fosfor och kväve.
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 även klor och jod.
Kemiska föreningar i levande organismer
De flesta kemiska föreningar i organismerna är uppbyggda av grundämnet kol och kallas organiska ämnen. I levande organismer finns fyra stora grupper av organiska ämnen med olika egenskaper och funktioner:
• proteiner som byggs upp av aminosyror
• lipider, alltså bland annat fetter
Grönsaker och frukter innehåller många näringsämnen som vi behöver.
• kolhydrater, som är ett samlingsnamn för olika sockerarter och exempelvis stärkelse och cellulosa
• 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 lagra energi (socker, stärkelse) och byggmaterial (cellulosa). Lipider beskrivs i samband med cellmembranet, i kapitel 2.
1.4
Testa dina baskunskaper
FÖRKLARA BEGREPPEN
• ämnesomsättning
• näringsämne
• autotrof
SVARA PÅ FRÅGORNA
• heterotrof
• fotoautotrof
• kemoautotrof
1. Vad kännetecknar en levande organism?
2. Hur får autotrofer energi och byggmaterial?
3. Hur får heterotrofer energi och byggmaterial?
• cellandning
• fotosyntes
• organiska ämnen
4. Nämn sex stycken vanliga grundämnen i levande organismer.
5. Vilka fyra stora grupper av organiska ämnen förekommer i celler?
Sammanfattning
genetik cellbiologi fysiologi evolution ekologi hälsa sjukvård teknik naturvård hållbarhet förståelse
Gregor Mendel beskrev ärftlighetens principer arter förändras genom naturligt urval djur förändras genom att de ärver förvärvade egenskaper fossil har bildats vid flertalet katastrofer djur utvecklas och förändras systematiserade djur och växter kunde se spermier i ett mikroskop som han hade byggt själv livsformerna placerades i en stege behov
Aristoteles
Antoine van Leeuwenhoek
Carl von Linné Georges du Bouffon Georges Cuvier
Jean-Baptiste de Lamarck
Charles Darwin
Uppgifter
1. Vad är det för skillnad mellan vetenskap och pseudovetenskap?
2. Tänk dig att en forskare har gjort upprepade undersökningar och formulerat en tänkt teori. Hur arbetar forskaren vidare för att befästa teorin ytterligare?
3. Varför kan ett elektronmikroskop förstora så mycket mer än ett ljusmikroskop?
4. Varför har växter både fotosyntes och cellandning medan djur bara har cellandning?
5. Ge exempel på en annan pseudovetenskap än de som nämns i bokens text.
6. Hur kommer det sig att människor förr i tiden kunde tänka sig att livet var oföränderligt?
7. Motivera varför den naturvetenskapliga metoden är nödvändigt för att få trovärdiga teorier.
8. Förklara hur fotosyntes och cellandning är beroende av varandra.
9. Både Aristoteles och Linné grupperade det levande i grupper där stenarna var en av grupperna. Varför tror du att de gjorde så? Varför har detta ändrats? Motivera!
Cellen
Alla levande organismer är uppbyggda av celler, som är livets grundläggande enhet. Många organismer består av bara en enda cell, och andra organismer består av flera celler. En del alger byggs upp av ett fåtal celler, medan komplicerade organismer som exempelvis vi människor består av drygt 30 biljoner (3 · 1013) celler.
Virus uppfyller inte kriterierna för levande organismer, men de använder levande celler för sin förökning. Eftersom många virus orsakar sjukdomar är de viktiga att känna till.
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, växtceller och svampceller
• vad virus är, och hur de fungerar.
Viktiga begrepp
• aquaporin
• cellmembran
• cytoplasma
• eukaryot cell
• fosfolipid
• kitin
• organell
• prokaryot cell
• provirus
• virus
2.1 Cellers uppbyggnad
Celler är små men effektiva
Cellerna är som små enheter, ”rum”, för allt liv. Det är viktigt att förstå att cellen har en inre, kontrollerad kemisk miljö som är skild från omgivningens miljö. De minsta cellerna är ungefär 1 mikrometer (μm) långa, och de största (bortsett från äggulan i fågelägg) är knappt 1 millimeter. Enligt de geometriska principerna har en lite sfärisk cell stor yta jämfört med volym. För cellen innebär det åtminstone två fördelar med att vara liten:
• Olika kemiska molekyler behöver inte förflytta sig särskilt långt om volymen är liten. Molekyler kan röra sig av sig själva, och den processen är mest effektiv över korta avstånd.
• Det är enklare att transportera in och ut olika livsnödvändiga ämnen när cellytan mot omgivningen är relativt stor.
Celler har alltså utvecklats mot en storlek som optimerar förhållande mellan yta och volym.
Gemensamt för alla celler är att de omges av ett cellmembran, och att det innanför cellmembranet finns mindre delar, organeller, som har specifika uppgifter att utföra. Organellerna befinner sig i en trögflytande vätska och tillsammans bildar de cellens cytoplasma. I cytoplasman sker många olika aktiviteter, som exempelvis proteinsyntes och transport av ämnen.
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 i vatten, men som löser sig i opolära vätskor, exempelvis bensin. Fetter (triglycerider) är nog de mest kända lipiderna. I cellmembranet finns det fosfolipider. De här molekylerna har en del som kemiskt påminner om vatten (polär del), medan den andra är mer fettliknande (opolär del). I membranet, som består av dubbla fosfolipidlager, vänder sig molekylerna så
organell – små bildningar inuti cellerna, exempelvis ribosomer och mitokondrier.
cytoplasma – den trögflytande vätskan inne i cellen där organellerna finns.
polär
opolär
membranproteiner
dubbelt skikt av fosfolipider
cellmembran – hinnan som omger cellen och utgör en kemisk barriär. Det är uppbyggt av fettliknande ämnen, s.k. fosfolipider.
fosfolipid – en molekyl som bygger upp cellmembranet. Molekylen har en vattenlöslig del samt en fettlöslig del.
Cellmembranet är uppbyggt av fosfolipider och andra molekyler som är instuckna i fosfolipidskiktet.
aquaporin – kanaler av protein genom cellmembranet som underlättar vattentransport in och ut ur cellen.
del
uppbyggnad.
att de fettliknande ”svansarna” pekar mot varandra, och de vattenliknande delarna pekar dels utåt mot omgivningen, dels inåt cellen.
Cellmembranet fungerar som en kemisk barriär, men det kan också ta emot olika signaler från omgivningen och skicka de vidare till andra delar av 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.
Vissa av de inbäddade proteinerna bildar kanaler genom cellmembranets fosfolipidlager och på det sättet göra det möjligt för polära ämnen att passera den annars opolära inre delen av membranet. Ett exempel är kanalproteinet aquaporin, som bildar kanaler där vattenmolekyler kan passera fritt in och ut ur cellen. Eftersom vattenmolekyler är polära har de svårt att ta sig förbi cellmembranets opolära svansar. För att lösa detta finns det många aquaporiner i cellmembranet som gör att cellen kan ta upp vatten när den behöver.
Andra proteiner har till uppgift att koppla samman celler i flercelliga organismer, eller aktivt ta upp ett visst näringsämne som cellen behöver. Aktiv transport av ämnen genom cellmembranet betyder att det går åt energi för cellen att genomföra transporten. Proteinerna i cellens membran behövs för många uppgifter. Eftersom varje protein har en egen uppgift så finns det därför väldigt många olika sorters proteiner i membranet.
Testa dina baskunskaper
FÖRKLARA BEGREPPEN
• organell
• cytoplasma
SVARA PÅ FRÅGORNA
• cellmembran
• fosfolipid
1. Varför är det en fördel att vara liten som cell?
2. Vad är det som sker i cellens cytoplasma?
3. Vad byggs cellmembranet upp av?
• aquaporin
Fosfolipidmolekylers
fosfat
glycerol
"fettsvansar" polär del opolär
2.2 Två typer av celler
Ändå finns det likheter
Redan 1665 beskrevs celler för första gången. Det gjordes av Robert Hooke som tittade på en korkskiva i ett enkelt ljusmikroskop och såg regelbundna hålrum. Han kallade dem för celler. Under 1800-talet och 1900-talet skedde en utveckling av mikroskopen så att man kunde urskilja flera av cellens inre delar. Forskarna såg då att celler kan vara av två olika grundläggande typer, nämligen prokaryota och eukaryota. Den indelningen finns kvar även idag.
Prokaryota celler saknar cellkärna. Exempel på prokaryota organismer är bakterier och arkéer, och de är alltid encelliga. Alla andra organismer är uppbyggda av eukaryota celler, som har cellkärna. Amöbor är ett exempel på encelliga eukaryota organismer, men de flesta eukaryoter är flercelliga. I flercelliga organismer finns olika celltyper som var och en är specialiserade på att utföra en viss uppgift. Nervceller är ett exempel på en celltyp som skickar elektriska signaler och betaceller är en annan celltyp som tillverkar det livsviktiga ämnet insulin. Vi människor har fler än 200 olika celltyper. Även om cellerna har olika uppgifter så är den grundläggande uppbyggnaden och funktionen lika.
Alla prokaryota och eukaryota celler kan genomföra cellandning, och vissa kan genomföra fotosyntes. I båda celltyperna byggs arvsanlagen – generna – upp av nukleinsyrorna DNA och RNA. Gemensamt i alla celler är också cellskelettet. Det består av proteintrådar och ger cellen stadga och rörelseförmåga. Två typer av cellskelett som finns i eukaryota celler är mikrotubuli och mikrofilament.
Liknande proteintrådar finns även i prokaryota celler. Förutom detta kan man säga att skillnaderna mellan prokaryota och eukaryota celler är större än likheterna.
Prokaryota celler
Prokaryotaceller är små, omkring 1–10 μm i diameter, och de har ingen cellkärna. Flertalet andra organeller saknas också, och ribosomerna är mindre än i eukaryota celler. Cellandningen genomförs av enzymer som sitter i veckbildningar i cellmembranet. Prokaryota celler som kan genomföra fotosyntes gör det i veckbildningar i cellmembranet, ungefär som växtceller använder sina kloroplaster. Arkéer och bakterier liknar varandra men arkéernas fosfolipider har en annorlunda kemisk struktur.
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 cell i jämförelse med en eukaryot cell.
cytoplasma
veckbildningar i membranet
prokaryot cell – en cell som sakar cellkärna och oftast är liten i storlek.
DNA, bakteriekromosom
ribosomer
DNA, plasmid
cellvägg
cellmembran
eukaryot cell – en cell som har cellkärna och många andra smådelar, organeller, som omges av membran. Den är oftast betydligt större än en prokaryot cell.
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.
Eukaryota celler
De flesta, men absolut inte alla, eukaryotaceller är betydligt större än de prokaryota och är omkring 10–100 μm i diameter. Eukaryota celler skiljer sig från prokaryota genom att de har en cellkärna, större ribosomer och flera olika sorters organeller. Eukaryota celler har dessutom komplicerade membransystem inne i cellen och organeller som omges av membran. Alla eukaryota celler ser dock inte likadana ut. Som exempel tar vi här upp djurceller, växtceller och svampceller som är de vanligaste eukaryota celltyperna. Alla organeller måste fungera på ett samordnat sätt i cellerna. I flercelliga organismer är cellerna 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 i blodbanorna och behöver alltså inte lägga energi på rörelse.
De här cellerna har behandlats med fluorescerande ämnen, som får cellskelettets olika delar att framträda. De gula ”trådarna” är mikrotubuli och de ljusblå är mikrofilament. Förstoring cirka 1300 gånger.
Eukaryota cellers organeller
• Cellkärnan är den organell som innesluter arvsmassan, DNA. Den har ett membran med porer, där ganska stora molekyler kan passera.
• Mitokondrierna är en organell som kan ses som cellens ”energiverk”. Dessa har dubbla membran, 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.
• Ribosomerna är cellens ”proteinfabriker”. De sitter fast på ER, eller finns fritt i cytoplasman.
• Golgiapparaten lagrar, sorterar och transporterar ämnen ut ur och in i cellen.
Speciella egenskaper och organeller i djurceller
• Lysosomer kan liknas vid djurcellens avfallskvarnar. De innehåller enzymer som bryter ned stora molekyler till mindre delar som cellen kan återanvända. Avfall som cellen inte kan återanvända töms sedan ut ur cellen.
endoplasmatiskt nätverk
kärnmembran
cellkärna
vakuol
kloroplast
cellmembran
cellvägg
cellmembran kärnmembran
cellkärna
mitokondrie
golgiapparat
mitokondrie
ribosomer
cellskelett
ribosomer
cytoplasma
flagell
golgiapparat aquaporin
lysosom
endoplasmatiskt nätverk cellskelett
cytoplasma
Växtcellen överst med sin stora vakuol och djurcellen nederst.
Spira Biologi nivå 1 är framtagen till Gy25 och kan användas både på gymnasiet och i vuxenutbildningen.
Läromedlet är indelat i tre block. I blocken ingår även ”Biologin i omvärlden” samt delar av ”Biologins arbetsmetoder”:
• Cellbiologi och genetik
• Evolution och ekologi
• Fysiologi, anatomi och hälsa
Blocken består av 16 kapitel och varje kapitel inleds med kunskapsmål och de mest centrala begreppen från kapitlet.
Kapitlen delas in i avsnitt som checkar av elevens begreppsförståelse och läsförståelse.
I alla kapitel finns även ett Nyckelhål som fördjupar och breddar ämneskunskaperna. I slutet av varje kapitel finns en sammanfattning och uppgifter som berör hela kapitlets innehåll och hjälper eleven att befästa sina kunskaper.
