1 Campus biologi
Leena Arvanitis
Karim Hamza
Carl Johan Sundberg NIVÅ
2000-talet är biologins århundrade!
för ungefär 200 år sedan gjorde Charles Darwin en resa runt jorden med briggen Beagle. Det var en resa som förändrade både honom och den biologiska vetenskapen. Sedan dess har biologin fortsatt att utvecklas i allt snabbare takt. I dag är kunskaper i biologi grunden för allt det arbete vi gör för att skydda miljön och människors hälsa.
Att gå på gymnasiet är också ett slags resa, en kunskapsresa. Vi hoppas att din resa med Biologi Campus som följeslagare blir spännande, stimulerande och mycket lärorik!
Vad är viktigt?
Biologi Campus nivå 1 har fyra kapitel – Evolution, Ekologi, Cellbiologi och genetik samt Fysiologi, anatomi och hälsa. Kapitlen hänger ihop på många sätt och inget kapitel är viktigare än de andra. Men evolutionen har en liten särställning, eftersom evolutionsteorin är grunden för hela biologin. Den går som en röd tråd genom boken. I början av varje kapitel finns en kort beskrivning av kapitlets Innehåll. Där får du en snabb överblick av vad du lär dig när du arbetar med kapitlets olika avsnitt. I början av varje avsnitt finns också en lista med viktiga Begrepp. Begreppslistan kan du använda som en efterkontroll för att se att du ha koll på det viktigaste.
Vad var frågan?
Alla svar börjar med en fråga. Därför börjar ett avsnitt ofta med en inledande Frågeställning –Varför ser organismer olika ut och hur har det gått till, varför har en del djur så starka färger och vad fanns innan livet uppstod? Biologi Campus berättar om de svar som biologin har, men också om många av de frågor som lett till svaren.
Hur vet man det?
Under rubriken Biologins karaktär och arbetsmetoder kan du lära dig hur biologer formulerar hypoteser, vilka metoder de använder för att göra undersökningar i naturen och hur de genomför experiment på ett vetenskapligt sätt. I boken finns också ett antal
Hur vet vi …?-rutor, som beskriver hur olika forskare på ett vetenskapligt sätt har berikat biologin med ny kunskap, till exempel att arvet finns i DNA-molekylen, hur gamla våra celler kan bli och att det ofta finns nyckelarter i ekosystemen.
Ord på vägen
Språket är viktigt! Biologiska resonemang och förklaringar innehåller en hel del svåra ord och begrepp. De biologiska begreppen förklaras förstås i bokens text och bilder, men som extra stöd hittar du dessutom förklaringar av en del andra, kanske mer ovanliga, ord i direkt anslutning till texten. Lär dig prata och skriva som en biolog!
Finns det mer?
Det finns särskilda Faktarutor som ger bakgrundsbeskrivningar, korta sammanfattningar, intressanta fördjupningar och sådant som kanske ligger lite utanför kursen.
När är jag klar?
En kunskapsresa går aldrig i mål, men det är viktigt att man uppnått sina delmål. Alla kapitel avslutas med ett antal frågor och utmaningar. Där kan du kontrollera dina kunskaper, söka ny information, diskutera frågeställningar och ta ställning i samhällsfrågor där biologin kan bidra med fakta och kunskaper.
Till sist vill vi önska dig lycka till med dina biologistudier. Biologi är viktigt vad du än kommer att syssla med i livet. Och det behövs biologer för framtiden!
Leena Arvanitis, Karim Hamza och Carl Johan Sundberg
2 Ekologi
Innehåll
Kapitletärindelatifyraavsnitt.
► Det första avsnittet är en kort introduktion av ekologin som vetenskap och några grundläggande begrepp.
► I det andra beskriver vi ekosystemens struktur och dynamik. Avsnittet avslutas med en beskrivning av ekosystemtjänster och hur de skapar förutsättningar för människans välbefinnande.
► Det tredje avsnittet redogör för hur miljön, tillgången på resurser och samspelet med andra arter påverkar tillväxten hos populationer.
► I det fjärde avsnittet beskrivs hur samspelet mellan populationer av olika arter påverkar artrikedomen i organismsamhällen.
Ekologi – ”läran om huset” – är vetenskapen om organismers samspel i sin miljö. Begreppet ekologi skapades av den tyske biologen, läkaren, filosofen och konstnären Ernst Haeckel. Under sina naturstudier i slutet av 1800-talet upptäckte och beskrev han tusentals nya arter. Samtidigt fascinerades han av naturens mångfald och skönhet. Du kan se hans illustration av kolibrier på sidan här intill.
I kapitlet Ekologi får du lära dig hur organismer samverkar med sin omgivning och vad det får för konsekvenser för individer, populationer, organismsamhällen och hela ekosystem på kort och lång sikt.
Ernst Haeckel (1834–1919). Fotot från 1866 visar Haeckel till vänster, tillsammans med sin assistent och deras fältutrustning.
Avsnitt
Vad är ekologi? 52
Populationsekologi 88
Resurser och miljöförhållanden styr arters utbredning 88
biologins arbetsmetoder II Experiment ............................. 95
Funktionella grupper 74
Energins och näringsämnenas väg genom ekosystemen ............. 79
Ekosystemtjänster 85
Populationers storlek 98
biologins arbetsmetoder III
Skattning av populationsstorlek .. 108
Samhällsekologi 112 Mönster i artrikedomen ........... 113
Interaktioner påverkar artrikedomen 117
Samevolution ........................ 123
Ekologiska samhällen förändras med tiden 125
biologins arbetsmetoder IV Diversitetsindex
Innehåll
Kapitletärindelatisjuavsnitt
► Det första avsnittet är en kort introduktion till kapitlet och ger en överblick över organsystemen och hur de kan ha utvecklats.
► I det andra avsnittet beskrivs hur skelett och muskler fungerar och hur rörelse påverkar vår hälsa.
► Avsnitt tre till sex handlar om kroppens ämnesomsättning –hur näring och syre tas upp och cirkulerar samt hur kroppen gör sig av med restprodukter.
► I det sjunde avsnittet beskriver vi fortplantningsorganens uppbyggnad och funktion samt vad som händer vid mens och graviditet.
► Det sista avsnittet beskriver vad som händer i kroppen vid lust, sex, förälskelse och kärlek. Avsnittet tar även upp relationer, identitet, samtycke och sexuell hälsa.
Fysiologi, anatomi och hälsa
Djur är flercelliga, heterotrofa organismer som kan röra sig under åtminstone någon del av sin livscykel. Av alla flercelliga organismer har djuren de mest komplexa organen och organsystemen. Ett organ består av flera olika typer av vävnader som i sin tur är uppbyggda av celler med liknande egenskaper. Flera organ bildar tillsammans ett organsystem vars uppgift till exempel kan vara att ta upp syre eller skapa rörelser. De olika organsystemen samverkar för att klara sina uppgifter.
I det här kapitlet beskriver vi organsystemens uppbyggnad och funktion hos människan och andra djur. Du får lära dig om organens utveckling och sambanden mellan organens funktion, vår hälsa och olika sjukdomstillstånd.
Avsnitt
Introduktion organsystem 222
Organsystemens utveckling 222
Människans organsystem .......... 223
Rörelse 224
Djurens rörelseorgan 224
Människans rörelseorgan .......... 228
Muskler ger kraft och rörelse 234
Fysisk aktivitet och hälsa 239
Näring och näringsupptag 244
Näring 245
Matsmältning ........................ 252
Människans matsmältning 255
Cirkulation 266
Cirkulationssystem 266
Människans cirkulationssystem 270
Gasutbyte ......................... 280
Gasutbytet sker genom diffusion 280
Människans andningsorgan 286
Utsöndring ....................... 290
Exkretionsorgan 290
Människans exkretionsorgan 294
Fortplantning
Begrepp
Reproduktion
Asexuell fortplantning
Sexuell fortplantning
Yttre befruktning, inre befruktning
Hermafrodit
Partenogenes/jungfrufödsel
Människans könsorgan
Oogenes
Menstruationscykel
Spermatogenes
Graviditet
Menopaus/klimakteriet
Viktiga begrepp
Begreppslistor i början av varje delkapitel hjälper eleverna att se vilka begrepp som är centrala.
djurs fortplantning, som också kallas reproduktion eller förökning, innebär att äldre individer ger upphov till nya individer, så kallade avkommor. Att producera avkomma är en central del av djurs livscykel. En individ som inte fortplantar sig har noll i fitness och för således inte sina gener vidare till kommande generationer. Det har därför funnits starka selektionstryck för framgångsrika fortplantningsstrategier under djurens evolution.
asexuell fortplantning
Reproduktion av latinets re-, förstavelse som betyder åter, och produco som betyder föra fram. Inom biologin betyder reproducera förökning eller fortplantning.
Asexuell fortplantning innebär att en individ producerar avkomma utan inblandning av en annan individ. Det finns två huvudtyper av asexuell fortplantning. I den ena växer delar som har lossnat från en individ ut till en ny individ. Den typen av asexuell fortplantning kallas avknoppning och fanns troligen redan hos djurens förfader. Avknoppning är vanligt hos dagens svamp- och nässeldjur.
Den andra typen av asexuell fortplantning kallas för jungfrufödsel eller partenogenes. Det innebär att obefruktade äggceller utvecklas till en ny individ utan att först smälta samman med en spermie. Jungfrufödsel har
Utmanar och väcker nyfikenhet
Inledande vardagliga frågeställningar som skapar eftertanke, nyfikenhet och intresse.
bilderna här nedanför visar exempel på celler som ser väldigt olika ut. Vad är det som gör dem till celler och vad har dessa celler trots allt gemensamt?
Nervcell med utskott.
Växtceller med kloroplaster.
Ett utskott är en utskjutande del.
DNA är en förkortning av engelskans deoxyribonucleic acid, på svenska deoxiribonukleinsyra.
Det är DNA-molekylerna som bygger upp genomet.
Muskelceller med cellkärnor.
Tarmbakteriecell med utskott
Under evolutionen har celler anpassats till ett stort antal olika miljöer och uppgifter. Nervceller har ett tunt långt utskott, vars funktion är att transportera elektriska signaler. För en nervcell som sträcker sig från din ryggrad till din stortå kan utskottet vara över en meter långt. Växtceller är ofta rektangulära, sitter tätt ihop och har en yttre hård cellvägg som ger cellen och hela växten stadga. Skelettmuskelceller är långsträckta, tvärstrimmiga och har en inbyggd töjbarhet som gör att de kan ändra längd när muskeln drar ihop sig eller slappnar av. Tarmbakteriernas yta är täckt med utskott som gör att de kan fästa vid tarmcellernas yta. Men trots dessa och många andra olikheter är vissa grundläggande drag gemensamma för alla celler. Biologer har traditionellt delat upp celler i två grundläggande typer, prokaryota och eukaryota. Prokaryota celler finns hos två stora organismgrupper som alla är encelliga, bakterier och så kallade arkéer. Eukaryota celler finns hos både en- och flercelliga organismer. Alla celler, både prokaryota och eukaryota, har arvsmassa (DNA) som innehåller instruktioner för cellens byggnad och funktion. Det mesta av DNA:t i en eukaryot cell är omslutet av ett membran inne i en struktur som kallas cellkärna, medan DNA:t i en prokaryot cell finns i ett område i cytoplasman som kallas nukleoid. Det är den här skillnaden som har gett namn åt prokaryota och eukaryota celler. Prokaryota betyder ”före kärna” och eukaryota ”äkta kärna”.
Utmanar och väcker nyfikenhet
Inledande vardagliga frågeställningar som skapar eftertanke, nyfikenhet och intresse.
selektionstryck leder till anpassningar påfågelögat är en tidig vårfjäril. Den lever på nektar från tussilago och andra tidigt blommande växter. Fjärilen är rätt svår att upptäcka när den sitter med vingarna hopslagna så att bara de mörkbruna vingundersidorna syns. Om du ändå får syn på ett påfågelöga, försök då komma fjärilen riktigt nära. Närma dig försiktigt bakifrån och undvik att din skugga faller över den. Om du är riktigt nära när fjärilen upptäcker dig slår den upp sina vingar så att den färggranna ovansidan syns tydligt. Den börjar också röra vingarna med pulserande rörelser. Först gör sig fjärilen alltså svår att upptäcka med hjälp av de mörkbruna vingundersidorna. Men när du kommer närmare visar den plötsligt upp vingarnas färggranna ovansidor. Vad är det som pågår?
Selektion för bruna vingar
Påfågelögat (Inachis io), har helt olika teckning på vingarnas översida och undersida.
Både vingarnas mörkbruna undersida och den färggranna ovansidan anses vara anpassningar som uppkommit genom naturligt urval. Detsamma gäller beteendet att fälla ut vingarna när en fiende kommer för nära. Det naturliga urvalet har drivit utvecklingen av dessa egenskaper i en särskild riktning. Vi säger att miljön utövar ett selektionstryck på egenskaperna. Selektion, från engelskans ”selection”, är ett annat ord för urval. Olika selektionstryck leder till utveckling av olika slags anpassningar. När du närmar dig påfågelögat ser du resultatet av olika selektionstryck.
Fåglar hör till några av fjärilarnas främsta fiender. Fåglarna kan därför utöva selektionstryck på fjärilarnas egenskaper. Egenskaper som minskar risken att en fjäril blir tagen av en fågel gynnas av det naturliga urvalet. Så är det med utseendet av påfågelögats vingar.
En fjäril kan undgå att bli fågelmat genom att likna omgivningen. Det är det påfågelögat gör när den fäller ihop vingarna. Den bruna vingundersidan liknar då ett dött blad till både färg och form.
En tallgräsfjäril (Oeneis jutta) på en tallstam. Lägg märke till hur väl den smälter in mot bakgrunden.
Insekter med fullständig förvandling går igenom ett antal stadier under sin levnad: ägg –larv – puppa – och könsmogen insekt (imago).
Vingarna hos påfågelögat är utsatta för flera olika selektionstryck
Flera selektionstryck
Arter är ständigt utsatta för flera olika selektionstryck. Skillnaden i utseende mellan påfågelögats ovan- och undersida beror på att det naturliga urvalet driver utvecklingen av vingarnas färg i olika riktning. När du befinner dig på behörigt avstånd ser du resultatet av selektionstrycket som utgörs av fåglar som befinner sig långt bort. Det selektionstrycket gynnar de kamouflagefärgade vingundersidorna. När du närmar dig fjärilen ser du resultatet av ett annat selektionstryck, nämligen fåglar som är lite för närgångna. Det har drivit utvecklingen av färgade vingöversidor och den pulserande rörelsen med vingarna.
Det är ofta svårt att veta vilket selektionstryck en egenskap är en anpassning till. De mörka vingundersidorna hos påfågelögat gör visserligen fjärilen svår att upptäcka för fåglar, men de kan också hjälpa fjärilen att hålla värmen. Påfågelögat övervintrar som vuxen och börjar flyga redan i mars. Det är mycket tidigare än andra arter som övervintrar som ägg eller puppor. För att kunna flyga så tidigt på våren behöver fjärilen kunna värma upp sig snabbt och hålla värmen. Mörka färger på vingundersidorna absorberar mer solvärme än ljusa. Det naturliga urvalet borde därför gynna mörka vingar som effektivt kan ta upp solvärmen.
Det färggranna mönstret på vingarna verkar ju kunna skrämma bort närgångna fåglar. Men färgerna på vingarna kan också vara en anpassning till att hitta en partner. Fjärilarna måste känna igen varandra för att kunna para sig. För att hitta varandra på långt håll använder dagfjärilar som påfågelögat i första hand synen. Det finns alltså flera olika selektionstryck som verkar på påfågelögats vingar.
Kyla på våren
Fåglar på nära håll
Fåglar på avstånd Andra fjärilar
Tre interaktioner. Från vänster amensalism mellan gräs och ko ( −/0), kommensalism mellan sugfisk och sköldpadda (+/0) samt mutualism mellan kvävefixerande bakterier och ärtväxt (+/+).
Effekt på art X Effekt på art Y Typ av interaktion
0 0 Neutralism
- 0 Amensalism
+ 0 Kommensalism
- - Konkurrens
+ + Mutualism
+ - Predation och parasitism
Olika typer av interaktioner och de effekter de har på varje partner. 0 är ingen effekt, – är negativ effekt och + är positiv effekt.
Blåmesen ökar indirekt frösättningen hos ängsbräsman genom att den äter upp de fjärilslarver som äter ängsbräsmans frön.
interaktioner påverkar
artrikedomen
Darwin insåg att interaktionerna mellan arter påverkar både deras ekologi och evolution. Artrikedom och ett överflöd av interaktioner är två viktiga aspekter av den biologiska mångfalden.
Arter kommer i kontakt med varandra genom konkurrens, predation och symbios. Symbios är samlingsnamn på interaktioner där individer från två arter lever i en mer intim kontakt med varandra än vad som är vanligt vid konkurrens och predation. En interaktion mellan två arter kan antingen gynna, inte ha någon effekt alls eller missgynna de inblandade arterna.
Arter kan också påverka varandra indirekt. Indirekta interaktioner mellan två arter sker när interaktionen förmedlas av en tredje art. Exempelvis kan fåglar indirekt öka frösättningen hos växter genom att äta upp de larver som äter växternas frön.
Eftersom de flesta arter samspelar med många olika arter bildas det invecklade nätverk av interaktioner i ett ekologiskt samhälle. Mindre förändringar i antalet individer av en art kan därför få stora konsekvenser för den biologiska mångfalden i hela organismsamhället.
Mellanartskonkurrens
På kort sikt leder konkurrens mellan arter ofta till att antalet arter minskar i ett område. På lång sikt kan konkurrensen leda till att antalet arter ökar genom att arterna specialiseras på att utnyttja olika delar av de resurser som finns i området. Med tiden kan en sådan specialisering till och med leda till att det bildas nya arter.
Rörelse
Begrepp
Vätskeskelett
Yttre och inre skelett
Cilier
Extremitet
Extracellulära matrisen
Bindväv
Benvävnad
Broskvävnad
Led, ledband och senor
Glatt muskulatur
Tvärstrimmig hjärt- och skelettmuskulatur
Muskel, muskelbunt och muskelfiber
Antagonism och synergism
Myoglobin
Myosin- och aktintrådar
Sarkomer
Anaerobt och aerobt muskelarbete
Satellitceller
alla djur har förmåga att röra sig. Även fastsittande djur som havstulpaner rör sig. På fotot ser du hur en havstulpan sträcker ut sina ben för att fånga föda i vattenströmmarna. Kolibrins snabba vingslag framför en läcker blomma, sidvindarens märkliga sidledesförflyttning i lös sand och gepardens kraftfulla språng är andra exempel på rörelse hos djur.
djurens rörelseorgan
Extremiteter är ledade utskott som är anpassade för förflyttning. Människans armar och ben är extremiteter.
Cilier eller flimmerhår är rörliga
utskott från cellmembranet hos vissa typer celler.
Hos de allra flesta djur består rörelseorganen av skelett och muskulatur. Vissa djur, som daggmaskar och maneter, har ett så kallat vätskeskelett och rör sig genom att musklerna på olika sätt förändrar kroppens form. Andra djur, som spindlar och däggdjur, har hårda yttre eller inre skelett. Delar av skeletten bildar ledade utskott, så kallade extremiteter, som djuret kan röra med hjälp av muskler. Några djurgrupper med små och mjuka kroppar rör sig i stället med hjälp av cilier som drar fram djuret över ett slemlager som utsöndras under kroppen.
Tydlighet och läsbarhet
Ordförklaringar i direkt anslutning till texten stöder läsningen av texten.
Havstulpan (Balanus rostratus)
Kolibri (Colibri thalassinus)
Sidvindare (Crotalus cerastes)
Gepard (Acinonyx jubatus)
Sniglar har vätskeskelett och rör sig med hjälp av en krypsula. Krabbor har ett yttre skelett och extremiteter med leder, senor och muskler. En daggmask är indelad i segment som vart och ett innehåller ett vätskefyllt hålrum. När segmentens muskler omväxlande dras samman och sträcks ut förflyttas masken framåt.
Vätskeskelett
Vätskeskelett består av vätskefyllda hålrum som inte har någon förbindelse med omgivningen. Eftersom hålrummen har en konstant volym och samtidigt är formbara, kan utanpåliggande muskler ändra kroppens längd och bredd och på så sätt skapa en rörelse. Genom att rytmiskt dra samman och sträcka ut musklerna, kan djuret skapa en böljande rörelse som driver det framåt. Daggmaskar rör sig genom att sträcka ut och dra ihop hela sin kropp i längdriktningen. Det fungerar bra nere i marken och i trånga gångar. Sniglar rör sig med hjälp av en så kallad krypsula som ändrar form på ett sådant sätt att djuret dras fram över underlaget.
Maneter och bläckfiskar har också ett vätskeskelett, men förflyttar sig med en annan strategi. De drar långsamt in vatten i sin kroppshåla och trycker sedan ut vattnet som en jetstråle med hjälp av en snabb muskelsammandragning. På så sätt förflyttar de sin kropp i motsatt riktning jämfört med jetstrålen.
Yttre och inre skelett
Leddjur, som insekter och kräftdjur, har ett hårt yttre hudskelett som täcker kroppen och extremiteterna. På insidan av hudskelettet finns lister och upphöjningar där senor och muskler kan fästa. Det finns också mjuka och böjliga avsnitt i lederna mellan kroppssegmenten och i extremiteterna. Ett hårt hudskelett ger ett bra skydd mot fiender och uttorkning, men måste bytas ut när djuret växer till i storlek.
Ryggradsdjuren har i stället ett hårt inre skelett med en ryggrad av ledade kotor och ledade ben i extremiteterna. De olika skelettdelarna fungerar både som skydd för kroppens organ och som fästen för kroppens muskler. En fördel med ett inre skelett är att kroppen kan tillväxa utan att hela skelettet behöver bytas ut när djuret växer, som hos leddjuren.
Spansk skogssnigel (Arion vulgaris)
Strandkrabba (Carcinus maenas)
Nefridier
Exkretionsprodukter, salter och vatten
anus
Malpighiska kärl tarm
Exkretionsprodukter, salter och vatten
Salter och vatten
Tarm
Tarm Kroppsvätska
Salter och vatten
Exkretionsprodukter
nefridiekanal nefridiepor tratt med cilier
Exkretionsprodukter
Ringmaskars exkretionsorgan kallas nefridier. Insekters exkretionsorgan kallas malpighiska kärl.
Nefron
kapillärnystan kapillärnätverk njurkapsel njurkanal
sekundärurin primärurin
Hos insekterna har evolutionen tagit en annan riktning. Även här består exkretionsorganen av tunna rör som samlar upp kroppsvätska från kroppshålan. Rören kallas för malpighiska kärl. De malpighiska kärlen är bara ett cellager tjocka och har en hög koncentration av kaliumjoner. Det gör att vatten diffunderar in i dem. De kvävehaltiga restprodukterna pumpas in i de malpighiska kärlen genom en process som kräver energi. Kärlen mynnar inte på utsidan av insektens kropp, utan i tarmkanalen. De kvävehaltiga restprodukterna lämnar därför insekten tillsammans med avföringen via anus. Absorptionen av vatten sker inte när urinen rör sig genom kanalen som i nefridier. I stället absorberas vattnet i tarmen.
Hos ryggradsdjuren bildas urinen i två njurar. I njurarna filtreras blodet genom fina kapillärer under högt tryck. Kapillärerna bildar täta, rundade nystan som ligger i en liten njurkapsel. Vätskan som pressas ut i njurkapseln kallas för primärurin. Från varje kapsel går en njurkanal som omges av ett nätverk av kapillärer. Kapillärerna runt njurkanalen absorberar vatten och salter från primärurinen. Därefter kallas vätskan sekundärurin. Ett kapillärnystan med njurkapsel samt njurkanalen med dess kapillärnät kallas tillsammans för ett nefron. En njure består av ett mycket stort antal sådana nefroner, hos människan cirka en miljon i varje njure. Njurkanalerna från varje nefron mynnar i en urinledare som i sin tur leder sekundärurinen till utsidan av kroppen.
Hushålla betyder spara, ransonera.
Marin betyder ungefär ”från havet”. Marina djur är alltså djur som lever i havet.
Ammoniak, urinämne eller urinsyra
Tydlighet och läsbarhet
Ordförklaringar i direkt anslutning till texten stöder läsningen av texten.
Vilken exkretionsprodukt som utsöndras – ammoniak, urinämne eller urinsyra – skiljer sig mellan olika djurgrupper. Till viss del kan skillnaderna förklaras med djurens livsmiljö, framför allt deras behov av att hushålla med vatten och salter. Exkretionsorganen är beroende av vatten för att utsöndra de kvävehaltiga restprodukterna. Ammoniak är den exkretionsprodukt som kostar minst energi att bilda, men den är också den giftigaste av de tre. Sötvattenslevande djur kan använda stora mängder vatten för att späda ut sin urin och då fungerar ammoniak bra som exkretionsprodukt. Dessutom sjunker ammoniakhalten snabbt till ofarliga nivåer när den utsöndras till vattnet. Exempel på djur som använder ammoniak som exkretionsprodukt är de flesta benfiskar samt vattenlevande ringmaskar, insekter, blötdjur och groddjur.
Landlevande groddjur utsöndrar urinämne, medan grodyngel och vattenlevande groddjur utsöndrar ammoniak. Fåglar och de flesta kräldjur utsöndrar urinsyra.
Värre är det för marina och landlevande djur. De riskerar ständigt att förlora vatten genom diffusion till det salta havsvattnet eller till atmosfären. Därför har det funnits starka selektionstryck för exkretionsprodukter som urinämne och urinsyra. De kostar visserligen mer energi att bilda, men i gengäld kan de finnas i högre koncentration i urinen utan att orsaka skador. Urinämne används bland annat av hajar, vissa marina blötdjur samt däggdjur och landlevande groddjur. Landlevande insekter, fåglar och de flesta kräldjur utsöndrar i stället urinsyra. Urinsyra är ännu mindre giftigt än urinämne, och kräver därför mindre vatten. Den utsöndras i mer eller mindre fast form. Hos dessa djurgrupper måste det alltså ha funnits extra starka selektionstryck för att spara vatten. För ryggradsdjurens del kan ett sådant selektionstryck ha varit fosterutvecklingen, som hos fåglar och kräldjur sker innanför ett tätt skal. De kan därför inte utsöndra avfallet så länge de finns kvar innanför skalet. Efter kläckningen övergår en del kräldjur till utsöndring av urinämne vilket kräver mindre energi, medan fåglar behåller urinsyra som avfallsprodukt hela livet. Det beror på att fåglar är beroende av en låg vikt för att kunna flyga. Det finns alltså starka selektionstryck hos fåglar för att minimera vattenmängden i kroppen.
att halsbandslämlarnas cykler styrs av predatorerna?
En grupp ekologer följde populationsdynamiken hos den grönländska halsbandslämmeln och dess fyra predatorer under 14 år. De kunde då se tydliga cykler både hos lämlarna och hos alla fyra predatorer. Men för att reda ut hur byte och predatorer påverkar varandras populationer räcker det inte att visa att de följs åt. Därför skapade forskarna matematiska modeller över de fyra arternas populationssvängningar utifrån de data de samlat in.
Skatta innebär inom statistiken att på ett systematiskt sätt beräkna antal eller storlek av någonting okänt, som en populations storlek. Ett annat, mer vardagligt ord är uppskatta.
Ett stickprov är ett begränsat antal individer från en population
Inventera innebär inom biologi att man undersöker förekomsten av djur, växter eller andra organismer inom ett begränsat område.
Provrutemetoden
Hage
Provrutor
Biologins arbetsmetoder
Olika aspekter av biologins karaktär och arbetsmetoder lyfts fram i alla kapitel.
Sedan prövade de att ta bort en predator åt gången från modellerna. När hermelinen plockades bort ur modellerna upphörde fyraårscyklerna. De övriga tre predatorerna påverkade visserligen också lämlarnas populationsstorlek, men bara på så sätt att den hölls på en viss konstant nivå. Forskarna drog därför slutsatsen att hermelinen är den predator som orsakar populationssvängningarna.
biologins arbetsmetoder III
skattning av populationsstorlek
För att studera hur populationer tillväxer och hur deras populationer varierar med tiden behövs metoder för att ta reda på antalet individer i populationen. Det är nästan alltid omöjligt att bestämma den exakta populationsstorleken genom att räkna alla individer. I stället har ekologer utvecklat olika metoder för att skatta populationers storlek med hjälp av stickprov. Det går att dela in dessa metoder i några grundtyper. I praktiken har det inom varje metod utvecklats avancerade system för att undvika olika typer av systematiska fel.
Vissa metoder är lämpliga om man vill göra en skattning av den verkliga storleken av en population. Andra metoder lämpar sig när man antingen vill jämföra flera områden med varandra eller följa hur populationer förändras med tiden, men där det inte är nödvändigt att få en korrekt skattning av det totala antalet individer i populationen.
Provrutemetoden
10 m
Tänk dig att du vill veta storleken på en population gullvivor i en kohage som är omkring 2 000 m2 stor. Hagen är lite för stor för du ska orka inventera hela området. I stället bestämmer du dig för att räkna antalet blommor i ett antal mindre ytor i hagen, så kallade provrutor. Provrutornas storlek sätter du till 2,5 m × 2,5 m. Hagen verkar vara rätt så likartad, så du bestämmer dig för att låta slumpen avgöra vart rutorna hamnar. Det gör du genom att låta en slumpgenerator välja ut GPS-koordinaterna för 15 punkter inom hagen. Ute i fält använder du din GPS-mottagare för att markera de 15 utslumpade rutorna. Sedan räknar du antalet individer av gullviva som du hittar i varje ruta.
Begreppskontroll
1 Vilken är skillnaden mellan begreppen ekologisk nisch och habitat?
2 Hur bör utbredningen i Sverige skilja sig åt mellan en födogeneralist som kråka och en födospecialist som nötkråka, som bara lever på hasselnötter?
3 Försök att hitta fler exempel från naturen på konkurrens genom interferens och exploatering.
4 Hur tillväxer populationer och metapopulationer?
5 Hur skiljer sig r- och K-selekterade arter åt i hur deras populationsstorlek regleras?
6 Hur kan man från överlevnadskurvor se om olika arter är K- eller r-selekterade?
7 Hur kan du genomföra ett kontrollerat experiment trots att det är omöjligt att ha full kontroll över alla faktorer som skulle kunna påverka resultatet av experimentet?
8 Vilken metod skulle du välja för att skatta: a) antalet maskar i en åker på 100x100 m b) antalet abborrar i två sjöar c) storleken på björnpopulationen i Jämtland?
9 Skatta populationsstorleken av fjärilar i bilden på sidan 110 med hjälp av formeln:
Populationens skattade storlek
Antal fångade individer (fångst 1) = Antal fångade individer (fångst 2)
Antal återfångade (märkta) individer Hur stämmer din skattning med den verkliga populationsstorleken?
Ta reda på, diskutera & ta ställning
10 Tänk dig att du ska beskriva toleransområdet för pH hos en växt. Du vill studera effekterna av olika pH i marken både på växtens överlevnad, tillväxt och frösättning. Försök att formulera en hypotes och förklara varför toleransområdet för dessa tre variabler bör skilja sig åt, och vilka skillnaderna i så fall borde vara.
11 Förklara med hjälp av begreppen toleransområde och ekologisk nisch.
a) Varför lövgrodan bara finns i sydligaste Sverige?
b) Varför kanadagåsen sedan den inplanterades på 60-talet, har spritt och förökat sig utan att tränga ut någon annan art?
12 Renar hör till den typ av större däggdjur som brukar vara K-selekterade. När renarna introducerades på ön St. Matthew var tillgången på lavar god och populationen tillväxte exponentiellt under många år. Men populationen sta-
biliserades aldrig runt miljöns bärkraft, utan kraschade i stället på ett sätt som är mer kännetecknande för r-selekterade arter.
Frågor som stöttar och utmanar
a) Föreslå två olika sätt som man kunde har förhindrat att renpopulationen kraschade.
b) Vilket av dem tror du mest på? Motivera
13 Det två kurvorna nedan beskriver tillväxten för en bakteriepopulation och en älgpopulation. Ge en ekologisk förklaring till varför bakteriepopulationen kraschar medan älgpopulationens tillväxtkurva planar ut efter en tid.
Tid antal individer
Alla delkapitel avslutas med uppgifter av begreppskaraktär och uppgifter som uppmanar till undersökningar, diskussion och ställningstagande.
a) bakterie b) älg
Tid antal individer
biologi NIVÅ
1 Campus
Biologi Campus är ett modernt och inspirerande läromedel i biologi för gymnasiet som behandlar både den traditionella biologin och det som sker på forskningsfronten. Läromedlet betonar sammanhang och förståelse och är helt anpassat efter Gy25.
Biologi Campus
► väcker nyfikenhet genom att formulera frågeställningar och utmaningar
► stöder inlärningen med god läsbarhet, ordförklaringar och begreppslistor
► har en modern form med klargörande illustrationer och noga utvalda foton
► ger exempel på vetenskaplig forskning som ligger till grund för dagens biologiska kunskap
► fördjupar intressanta områden och vidgar det biologiska kunskapsfältet
► stöttar och utmanar med kontrollfrågor och uppgifter som utmanar till diskussion och ställningstagande
I Campus-serien ingår
► Biologi Campus nivå 1
► Biologi Campus nivå 2
► Lärarstöd+
Författare:
Leena Arvanitis, lektor i biologi och naturkunskap på Blackebergs gymnasium i Stockholm
Karim Hamza, gymnasielärare i biologi och professor i naturvetenskapsämnenas didaktik vid Stockholms Universitet
Carl Johan Sundberg, läkare och professor i fysiologi samt dekan vid Karolinska institutet i Stockholm