9789147085897

Björndahl Castenfors

SPIRA 2 är anpassad till ämnesplanen i biologi enligt Gy11. Boken kan användas på gymnasiet, komvux och naturvetenskapligt basår.

Innehållet är rikt med möjlighet till fördjupning och breddning.

I slutet av boken finns frågor på texten som underlättar elevens inlärning.

I serien ingår Spira Biologi 1 Spira Biologi 1 Onlinebok Spira Biologi 2 Spira Biologi 2 Onlinebok Lärarhandledning till Spira Biologi 1 Lärarhandledning till Spira Biologi 2 Spira A Plus och Spira B Plus – interaktiva träningsverktyg på webben, som efter hand anpassas till de nya upplagorna och faktaböckerna.

SPIRA Biologi 2 LIBER

SPIRA Biologi 2

Gunnar Björndahl Johan Castenfors

SPIRA Biologi 2

Best.nr 47-08589-7 Tryck.nr 47-08589-7

omsl_SPIRA2.indd 1

2012-05-08 10.52

Biologi 2

Spira_2_INTRO.indd I

Gunnar Bjรถrndahl Johan Castenfors

SPIRA

2012-05-08 13.35

ISBN 978-91-47-08589-7 © 2012 Gunnar Björndahl, Johan Castenfors och Liber AB Redaktör: Cecilia Söderpalm-Berndes Formgivare: Birgitta Ståhlberg Bildredaktör: Mikael Myrnerts Illustratör: Cecilia Lorentzson Omslagsfotografier: Röda blodkroppar, Susumu Nishinaga / Science Photo Library / IBL 1: Fredrik Funck / Scanpix 2: Steve Gschmeissen / Science Photo Library / IBL 3: John Walsh / Science Photo Library / IBL 4: Jonas Forsberg / Naturfotograferna / IBL 5: Åse Bengtsson Helin / Bildhuset /Scanpix

Andra upplagan 1 Repro: Repro 8 AB, Stockholm Tryck: People Printing, Kina 2012 Kopieringsförbud!

Detta verk är skyddat av upphovsrättslagen. Kopiering, utöver lärares och elevers rätt att kopiera för undervisningsbruk enligt BONUS-avtal, är förbjuden. BONUS-avtal tecknas mellan upphovsrättsorganisationer och huvudman för utbildningsanordnare, t.ex. kommuner och universitet.

Intrång i upphovsmannens rättigheter enligt upphovsrättslagen kan medföra straff (böter eller fängelse), skadestånd och beslag/förstöring av olovligt framställt material. Såväl analog som digital kopiering regleras i BONUS-avtalet.

Läs mer på www.bonuspresskopia.se Liber AB, 113 98 Stockholm tfn 08-690 90 00 www.liber.se kundservice tfn 08-690 93 30, fax 08-690 93 01, e-post: kundservice.liber@liber.se

II

Spira_2_INTRO.indd II

2012-05-08 13.35

Spira 2 handlar om hur levande organismer fungerar. Särskilt avsnittet om människans fysiologi, block V, brukar många tycka är väldigt intressant. Dels vill vi ju veta hur saker och ting hänger ihop när allt fungerar som det ska, alltså när vi är friska, dels vill vi veta vad som kan ha gått fel när vi blir sjuka.

För att förstå hur vår kropp fungerar måste man dessutom känna till fakta om cellerna och de olika kemiska ämnen som ingår. En del har du säkert redan läst om i kemin och i andra biologikurser. Här tar vi upp hur cellen fungerar lite mer i detalj – för fullständighetens skull (block II).

Ett tredje avsnitt i den här boken, block III, handlar om mikroorganismer, alltså bakterier och virus samt en del andra märkliga bildningar. Mikroorganismerna berör oss inte bara genom att vi kan bli sjuka, utan även genom att jordbruket och matproduktionen inte skulle fungera utan dem, och inte den levande naturen i övrigt heller. Vi människor behöver t.ex. bakterier både för mag-tarmkanalens funktion och för bildning av K-vitamin.

Vi skulle inte heller kunna klara oss utan de gröna växterna. Det är deras fotosyntes som är ursprunget till allt som övriga organismer, inklusive vi själva, äter.

Vi har därför lagt lite mer tonvikt på växternas fysiologi (block IV) än vad som är vanligt. Ett annat skäl är att det är lätt att göra experiment med växter för att visa på grundläggande livsprocesser. De är helt enkelt utmärkta försöksorganismer.

Enligt kursplanen för Biologi 2 i Gy2011 ingår även ett avsnitt om svampars fysiologi. Olika typer av svampar är också viktiga inom biotekniken – ett område som växer, se kapitel 6.

Biologi är en naturvetenskap, och de kunskaper vi har om levande organismer är ett resultat av vetenskapligt arbete. En del principer för hur vetenskapligt arbete går till beskrivs i block I. Innehållet i Spira 2 är rikt, men det är inte tänkt att du ska läsa allt i boken. Istället finns goda möjligheter till urval. Om du har lust att fördjupa dina kunskaper finns ett stort antal s.k. nyckelhål. De ingår dock inte i den egentliga texten och kan alltså hoppas över utan att helheten blir lidande.

Spira 2 är skriven med ett ledigt språk och en berättande stil, och det är vår förhoppning att det här ska bidra till att väcka intresse för ämnet. Vi kan även rekommendera att du läser texten på nästa uppslag där det finns tips om hur du på bästa sätt tillgodogör dig innehållet i böckerna.

Vi som har skrivit boken tycker förstås att biologi är väldigt intressant, och vi hoppas att du som läsare också ska tycka det!

FÖRORD

Till läsaren

Karlstad och Stockholm i april 2012

Gunnar Björndahl

Johan Castenfors

III

Spira_2_INTRO.indd III

2012-05-08 13.35

Var lat – studera smart! Är du en av alla som läser läxorna från första till sista ordet i ett sträck, och tror att ju fler gånger du gör det, desto bättre kan du läxan? Kanhända lär du dig läxan, men det är inte speciellt effektivt utan tar lång tid och är ganska tröttande.

Antalet timmar du läser är inte det väsentliga. Det viktiga är i stället att du lär dig. Inlärning beror bl.a. på hur du mår för tillfället, hur det ser ut omkring dig, hur motiverad du är och vilken inlärningsteknik du använder dig av.

Här vill vi ge dig råd om hur du kan studera mer effektivt. Om du följer råden kommer du att märka att du sparar tid, och att det blir roligare att läsa. Ta chansen att sluta med dina dåliga läsvanor, om du har det, och utveckla andra, som är bra för dig och ditt liv vid sidan av skolan!

Vi människor är olika och lär oss bäst på olika sätt. En del lär sig bäst genom att lyssna, andra genom att se, och ytterligare andra lär sig bäst genom att pröva sina kunskaper praktiskt.

Det som står i den här läroboken måste du förstås lära dig genom att läsa den, så studieråden handlar om just det.

För att resultatet ska bli så bra som möjligt, rekommenderar vi dels olika mentala förberedelser, dels något om hur man organiserar studierna praktiskt.

Mentala förberedelser Var positiv i inställningen till dina studier. Om du har en positiv inställning tar hjärnan lättare in det som står i läroboken. Det brukar kallas "mental träning" när man vänjer sig vid positiva tankebanor, som "jag tycker det är intressant och spännande med fotosyntesen". Hjärnan förstår inte att det här är ett trick utan blir mer öppen och mottaglig alldeles av sig själv.

Utnyttja hjärnans möjligheter. Stora hjärnan tar emot information, som den sorterar, analyserar och lagrar i minnet. Hjärnans två halvor arbetar något olika.

Den vänstra halvan är mer saklig, dvs. den ser ord och siffror. Högerhalvan är mer påhittig och konstnärlig, dvs. den ser bilder och mönster. För att lära sig saker bra bör man få hjärnhalvorna att samarbeta. Läs därför alltid med penna och papper till hands, så att du kan komplettera orden i boken med din fantasi och skapa bilder eller figurer till texten. Använd gärna färgpennor. Att träna sig i "mindmapping" och att rita begreppskartor är bra metoder. Var inte rädd att göra "fel". Det viktiga är att just du förstår. I boken kommer du också att stöta på många bilder, som på ett korfattat sätt beskriver innehållet i en text.

Praktiska förberedelser Samla krafter: Ta en ordentlig paus efter skoldagen, gärna med lite frisk luft.

Se ut en lugn plats där du vet att du får den läsro du behöver.

Planera: Du måste förstås ta hänsyn till både andra skolämnen och ditt liv i övrigt innan du planerar läxläsningen. Gör först en veckoplanering och bestäm dig för hur länge du ska läsa varje dag, förslagsvis 30–40 minuter åt gången, följt IV

Spira_2_INTRO.indd IV

2012-05-08 13.35

MÅL

av en kvarts paus, osv. Det är viktigt att du följer planeringen, så att du känner belöningen i pausen.

Klart för läxläsning När du ska lära dig innehållet i en text, lång eller kort, kan du arbeta enligt förslagen i "läspyramiden". Börja från botten och arbeta dig uppåt!

Avslutningsvis vill vi som har skrivit den här läroboken få dig att förstå att det är väldigt kul och intressant med biologi, men att man inte kan lära sig saker utan en del arbete! Lycka till!

Stycket är nu klart och du kan börja repetera.

• läs anteckningarna • sätt upp dina anteckningar på väggen • repetera ihop med en klasskamrat • berätta för någon • gör minnesramsor

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

Sträckläs ett lagom stort avsnitt, utan att hänga upp dig på svåra ord o.s.v.

• Ha papper och penna tillhands och gör minnesanteckningar samtidigt.

• Svåra ord eller sådant du inte förstår markerar du med penna i kanten.

• Ta nu avsnitt för avsnitt och gör samma sak.

Detta steg är mest tidsödande och kan med fördel göras på olika dagar.

Skapa dig en överblick genom att bläddra igenom hela stycket, samtidig som du läser rubriker, ingresser, bildtexter, sammanfattningar mm.

V

Spira_2_INTRO.indd V

2012-05-08 13.35

BILDFÖRTECKNING ©

©

©

©

Ingemar D Kristiansen/Sydsvenskan/IBL 3 Fredrik Funck/Scanpix 4 Malin Hoelstad/SvD/Scanpix 5 Bridgeman Art Library /IBL 6 May Evans/IBL 7 Science Photo Library/IBL 9 Health Protection Agency/Science Photo Library 13 Tom Williams/Roll Call/Getty Images 14 Tommy Svensson/Scanpix 15 Sweco 16 Steve Gschmeissner/Science Photo Library/ IBL 19 Sandra Henningsson / Sydsvenskan / IBL 20 Steve Gschmeissner/Science Photo Library/ IBL 22 A Carmichael/Getty Images 23 JIR/TAN/Scanpix 26 Helena Larsson/Naturfotograferna/IBL 29 Medimage/Science Photo Library/IBL 34 Dr Torsten Wittmann/Science Photo Library/ IBL 35 Steve Gschmeissner/Science Photo Library/ IBL 36 Dr David Furness, Keele University/Science Photo Library/IBL 37 Mark Blinch/Reuters/Scanpix 38 Yuriy Zhuravov/Shutterstock 39 Jasper White/Getty Images 40 CNRI/Science Photo Library/IBL 43 Claudio Bresciani/Scanpix 50 Fredrik Sandberg/Scanpix 52 Photodisc 53 Beatrice Lundborg/DN/Scanpix 54 Hazen Group, Lawrence Berkeley National Laboratory/Science Photo Library/IBL 55 Rosenfeld Images LTD/Science Photo Library/ IBL 56 David Gray/Reuters/Scanpix 57 Isagani Serrano/IRRI 58 Klara Leo/IBL 60 Prof. H Oberleithner/Hospital of Münster/Science Photo Library/IBL 61 Eric Grave/Science Photo Library/IBL 64 Alex Webb/Magnum/IBL 67 Eye of Science/Science Photo Library /IBL 68 Leonard Mccombe//Time Life Pictures/Getty Images 70 Nature PL/IBL 71(1) Larry Stepanowicz/Science Photo Library/ IBL 71(2) Christian Darkin/Science Photo Library/IBL 72 Helmut Rüffler/Look/ IBL 75 Claude Nuridsany & Marie Perennou/Science Photo Library/IBL 76(1) Jane Burton/Nature Picture Library/IBL 76(2) Claude Nuridsany & Marie Perennou/Science Photo Library/IBL 76(3) Juergen Berger/Science Photo Library/IBL 77 Eye of Science/Science Photo Library /IBL 79 Thierry Berrod, Mona Lisa Production/Science Photo Library/IBL 81 Dr Gary Gaugler/Science Photo Library/IBL 82(1) Scimat/PhotoResearchers/IBL 82(2) NIH/Science Photo Library/IBL 82(3) Universal Images Group/Getty Images 83 Dr Kari Lounatmaa/Science Photo Library/ IBL 84 Eye of Science/Science Photo Library /IBL 85(1) A.B Dowsett/Science Photo Library/IBL 85(2)

Ria Novosti/Science Photo Library/IBL 86 John Walsh/Science Photo Library/IBL 87 George McCarthy/Nature Picture Library/IBL 88 Desy/Science Photo Library/IBL 90 Eye of Science/Science Photo Library /IBL 91 Gelderblom H/Eye of Science/Science Photo Library/IBL 92 Hazel Appleton, Centre For Infections/Health Protection Agency/Science Photo Libary/IBL 93 Andy Horner/Naturfotograferna /IBL 95 Lynn M. Stone/Nature Picture Library/IBL 96 Steve Gschmeissner/Science Photo Library/Getty Images 97(1) Manfred Kage/Science Photo Library/IBL 97(2) Bob Gibbons/Science Photo Library/IBL 98 Mujo Korach/IBL 99 Ola Jennersten/Naturfotograferna/IBL 100(1) Dr Keith Wheeler/Science Photo Library/IBL 100(2) Dr Kari Lounatmaa/Science Photo Library/ IBL 101 Håkan Berg/GNM 102 Steve Gschmeissner/SPL/IBL 107(1) Gunnar Björndahl 107(2) Henrik Karlsson / Naturfotograferna / IBL 108 Gert S Laursen /Scanpix 109 Jonas Forsberg/Naturfotograferna/IBL 110 Magnus Martinsson/Naturfotograferna/IBL 111 Tomas Munita/The New York Times/Scanpix 112 Karl Johaentges/LOOK/IBL 115(1) Dr Keith Wheeler/Science Photo Library/IBL 115(2) Ulf Risberg/Naturfotograferna/IBL 117 Phototake/Alamy Images/Lucky Look 118 Björn Ehrenroth/Naturfotograferna /IBL 120(1) Jens Thuresson/Megapix 120(2) Lars Jarnemo/Naturfotograferna/IBL 120(3) Andrew Syred/Science Photo Library/IBL 121 Graham Jordan/Science Photo Library/IBL 122 Robert Llewellyn/Workbook Stock/Getty Images 123(1) Mike Evans 123(2) Jan Grahn/Naturfotograferna/IBL 124(1) Alf Linderheim/Naturfotograferna/IBL 124(2) Eye of Science/Science Photo Library/IBL 126 Bengt Ekman/Naturfotograferna/IBL 127 Björn Röhsman/Naturfotograferna /IBL 128(1) Dr P Marazzi/Science Photo Library/IBL 128(2) Yue Jin/US Department of Agriculture/Science Photo Library/IBL 129 Eye of Science/Science Photo Library /IBL 130(1,2) Dr Keith Wheeler/Science Photo Library/IBL 130(3) Gunnar Björndahl 131(1,2) Torbjörn Lilja/Naturfotograferna /IBL 131(3) Alf Linderheim/IBL 131(4) Power and Syred/Science Photo Library/IBL 132 David Scharf/Science Photo Library/IBL 133(1) Eye of Science/Science Photo Library /IBL 133(2) Monty Rakusen/Cultura/Getty Images 134 Peter Menzel/Science Photo Library/IBL 134 Eva Rosenqvist/Biofoto/Scanpix 135(1) Per-Olov Eriksson/Naturfotograferna/IBL 135(2) Åke Lindau/IBL 136(1) Michael Lander/Nordic Photos/Getty Images 136(2) Andy Reynolds/Stone Subs/Getty Images 139 Janos Jurka/Naturfotograferna/IBL 140 Erling Schön/Naturfotograferna/IBL 142

Conny Hedengren/IBL 143 Torbjörn Lilja/Naturfotograferna /IBL 144 Drahoslav Ramik/CTK/Scanpix 146 Nicklas Thegerström/DN/Scanpix 147 Anders Hofgren/GP/IBL 148 Anders Good/IBL 149 Shutterstock 150-151 Peter Chadwick/Science Photo Library/Ibl 154 Steve Gschmeissner/Science Photo Library/ IBL 155 David M. Martin, MD/Science Photo Library/ IBL 157 Cordelia Molloy/Science Photo Library/IBL 158(1) CNRI/Science Photo Library/IBL 158(2) Steve Gschmeissner/Science Photo Library/ IBL 160(1) Alain Pol, ISM/Science Photo Library/IBL 160(2) Åse Bengtsson Helin/Bildhuset/Scanpix 161 Zephyr/Science Photo Library/IBL 162 Oscar Burriel/Science Photo Library/IBL 163(1) Eric Vandeville/Gamma/IBL 163(2) Fiona Hanson/PA Photos/Scanpix 166 Simon Fraser/Science Photo Library/IBL 167 Douglass David Seifert /Ardea/IBL 169 Sven-Erik Nord/Naturfotograferna /IBL 171 Coneyl Jay/Science Photo Library/IBL 174 Neale Haynes/Rex Features/IBL 176 Simon Fraser/Science Photo Library/IBL 177 Doug Perrine/Nature Picture Library/IBL 179 Cecilia Söderpalm-Berndes 184 Susumu Nishinaga/Science Photo Library/ IBL 186 Fredrik Funck/Scanpix 187 Susumu Nishinaga/Science Photo Library/ IBL 189 Alfred Pasieka/Science Photo Library/IBL 191(1) Anders Hansson/DN/Scanpix 191(2) Pontus Lundahl/Scanpix 193 Gunnar Björndahl 196 Dr T Pichard/BSIP/Nordic Photos 197 Susumu Nishinaga/Science Photo Library/ IBL 198 Alain Pol, ISM/Science Photo Library/IBL 199 Steve Gschmeissner/SPL/IBL 201 Eye of Science/Science Photo Library /IBL 202(1) Frederick Ayer III/Photo Researchers/IBL 202(2) Mujo Korach/IBL 203 Thomas Deerinck, NCMIR/Science Photo Library/IBL 204 Dr Olivier Schwartz, Institut Pasteur/Science Photo Library/IBL 206 Camilla Cherry/Scanpix 210 James Cavallini/BSIP/Nordic Photos 211(1) CNRI/Science Photo Library/IBL 211(2) Jessica Gow/Scanpix 212 Dr P Marazzi/Science Photo Library/IBL 213 Linnea Larsson/Bildhuset/Scanpix 216 Navesh Chitrakar/Reuters/Scanpix 217(1) James D Morgan/Rex Features/IBL 217(2) D. Roberts/Science Photo Library/IBL 218 Steve Gschmeissner/Science Photo Library/ IBL 219 D. Roberts/Science Photo Library/IBL 220 Prof. S Cinti/Science Photo Library/IBL 221(1) Innerspace Imaging/Science Photo Library/ IBL 221(2) Steve Gschmeissner/Science Photo Library/ IBL 222(1,2) Kerim Okten/EPA/Scanpix 224

Peter Parks/AFP/Scanpix 225 GJLP/Science Photo Library/IBL 226 Science Photo Library/Getty Images 227 SGO/BSIP/NordicPhotos 228 Johan Bävman/Sydsvenskan/Scanpix 233 David McCarthy/Science Photo Library/IBL 234(1) Thomas Deerinck, NCMIR/Science Photo Library/IBL 234(2) Thomas Deerinck, NCMIR/Science Photo Library/IBL 238 Thomas Henriksson/Scanpix 240 James Cavallini/Photoresearchers/IBL 243 PhotoAlto 244 Angelika Warmuth/DPA/IBL 245 Massimo Brega/Look at Science/Science Photo Library/IBL 246 Södergren Tomas/Mira 247 Science Source/Photo Researhers/IBL 248 Dr G Ravily/Science Photo Library/IBL 249(1-3) Erich Lessing/IBL 250 Maria Annas/Bildhuset/Scanpix 251 Alfred Pasieka/Science Photo Library/IBL 252(1,2) Science Photo Library 253 Justin Sullivan/Getty Images 254 Dr Jeremy Burgess/Science Photo Library/ IBL 256 Brookhaven National Laboratory/Science Photo Library/IBL 257(1) Drago Prvulovic/Scanpix 257(2) Alexei Filippov/ITAR-TASS/Scanpix 259 Newspix/Rex Features/IBL 260 ZSSD/Minden/NordicPhotos 261 Dani Pozo/AFP/Scanpix 264 Eye of Science/Science Photo Library /IBL 266(1) James Cavallini/Photoresearchers/IBL 266(2) Jerker Ivarsson/Scanpix 271 Andrew Lambert Photography/Science Photo Library/IBL 272 Steve Gschmeissner/Science Photo Library/ IBL 273 Werner Forman Archive/IBL 274 Nash Photos/Photographer’s Choice/Getty Images 276 Mark Brownlow/Nature Picture Library/IBL 277 Trons/Scanpix 278 Fredrik Funck/Scanpix 280 Rick Nederstigt/Anp/Scanpix 283 Blend Images/Getty Images 285 Eddie Lawrence/Science Photo Library/IBL 286 Dr P Marazzi/Science Photo Library/IBL 287(1) Pasieka/Science Photo Library/IBL 287(2) Geoff Tompkinson /Science Photo Library/ IBL 289 Gaetan Bally/Keystone/Scanpix 290 Aj Photo/Hop Americain/Science Photo Library/ IBL 291(1) Science Photo Library/IBL 291(2) Samuel Ashfield/Science Photo Library/IBL 292 Bertil Ericson/Scanpix 293 Science Photo Library/IBL 294 Bluestone/Science Photo Library/IBL 296 Fredrik Sandberg/Scanpix 298(1) Johner/Getty Images 298(2) Frida Hedberg/Scanpix 299 Science Photo Library/IBL 300 Roos Koole/ANP/Scanpix 302 Sofia Sabel/Bildhuset/IBL 303 Bobbo Lauhage/Kamerareportage/Scanpix 304

SPIRA –2_fragor2012.indd 316

2012-05-08 13.43

Innehåll Några viktiga polysackarider 27 Lipider 27 Fettsyror och fetter 27 Fosfolipider 28 Steroider 29 Klorofyll och karotenoider 29 Nukleotider och nukleinsyror 30 SAMMANFATTNING 30

BLOCK I BIOLOGINS KARAKTÄR OCH ARBETSSÄTT 3 Kapitel 1 Vetenskapen biologi 4 Forskningsverksamhet 5 Formulering och prövning av hypoteser 5 Modeller och teorier som idealisering av verkligheten 6 ”Fakta” är föränderliga 7 Olika paradigm 8 Det praktiska forskningsarbetet 8 Utvärdering av resultat 9 NYCKELHÅL: Statistiska metoder 9 Bedömning av felkällor 12 Rapportering om resultat 13 Våra värderingar i förhållande till biologin 14 Forskningsetik 14 SAMMANFATTNING 17

BLOCK II CELLEN 18 Kapitel 2 Levande organismer är ett resultat av evolutionen 20 Evolutionen gör biologin begriplig 20 Evolutionen – en återblick 22 Djurrikets utveckling 22 Kapitel 3 Samma typer av biomolekyler i alla celler 23 Proteiner och deras byggstenar, aminosyrorna 23 Aminosyror 24 Proteiner 24 Kolhydrater 25 Några viktiga enkla sockerarter (monosackarider) 25 NYCKELHÅL: Många olika monosackarider 26 Några viktiga sammansatta sockerarter 26

Kapitel 4 Levande organismer består av celler 31 Eukaryota celler av två typer 32

Olika organellers funktion 33 Membraner i cellen 33 Endomembransystemet 34 Peroxisomer 35 Cellskelettet 35 Cilier och flageller 36 Stora vakuoler – främst hos växter 37 SAMMANFATTNING 37 Kapitel 5 Cellernas ämnes- och energiomsättning 38 Energin i biosfären 38 Energiomsättningen vid kemiska reaktioner, katalys 39 Aktiveringsenergi sätter igång reaktioner 39 NYCKELHÅL: Termodynamik och ordnade strukturer 40 Katalys – enzymer 40 Cellens ämnesomsättning 42 Cellandning och jäsning 42 Mitokondrier 43 Cellandning 43 NYCKELHÅL: Cellens energiutvinning i detalj 45 Anaerob energiomsättning 50 SAMMANFATTNING 51 Kapitel 6 Cellbiologins praktiska tillämpningar – bioteknik 52 NYCKELHÅL: Pilotstudier, uppskalning, patent 53 Några användningsområden 54 Livsmedelsindustri 54 Hantering av föroreningar och avfall 55 Nya bränslen 55 Läkemedel 56 Enzymteknik 56 NYCKELHÅL: Bilbränslen med hjälp av bioteknik 57 Etiska aspekter – möjligheter och risker 58 SAMMANFATTNING 59 Kapitel 7 Transport vid cellmembranet och inne i cellen 60 Molekylers rörelse i vätskor och gaser 60 Energiförhållanden vid diffusion 60

VI

Spira_2_INTRO.indd VI

2012-05-08 13.35

Kapitel 8 Cellers kommunikation och utveckling 66 Cellen anpassar sina aktiviteter 66 Vad får cellen att reagera? 67 NYCKELHÅL: Palolomasken – ett märkligt havsdjur 67 Signalöverföring 68 Celler differentieras 69 NYCKELHÅL: Celldifferentiering 70 Från en enda cell till en hel individ 71 Könlös förökning 71 Sexuell förökning 71 Befruktningen 72 Differentieringen – cellerna får olika specialisering 72 Från tidig utveckling fram till födseln 74 Apoptos – programmerad celldöd 75 Meristem och stamceller 76 SAMMANFATTNING 77

BLOCK III MIKROORGANISMER OCH VIRUS 78 Kapitel 9 Bakterier, arkéer och virus 80 Arkéer 81 Bakterier 82 Bakteriecellers utseende och uppbyggnad 82 NYCKELHÅL: Odling och identifiering av bakterier 83 Bakteriers yttre hölje 84 Endosporbildning 85 Bakteriers genetiska material 85 NYCKELHÅL: Biologisk krigföring 85 Bakteriers ämnesomsättning 87 Autotrofa bakterier 87 Heterotrofa bakterier 89 Speciella typer av ämnesomsättning 89 SAMMANFATTNING 89 Virus och virusliknande partiklar 90 Virus evolution 90

Virus förökning 90 Virustyper 93 SAMMANFATTNING 93

BLOCK IV VÄXTERNAS OCH SVAMPARNAS FYSIOLOGI 94 Kapitel 10 Växternas byggnad och levnadssätt 96 Växternas celler och vävnader 96 Tillväxtvävnad, meristem 97 Cellvägg av cellulosa och andra biopolymerer 97 Växters förökningssätt och individens livslängd 98 Livscykler hos växter 99 SAMMANFATTNING 100

INNEHÅLL BLOCK I– IV

Transport över membranet – mellan cellen och yttervärlden 61 Passiv transport 61 Osmos 62 Aktiv transport 63 Membranpotential 63 Endo- och exocytos 64 Transport inne i cellen 65 SAMMANFATTNING 65

Kapitel 11 Växternas autotrofa liv 101 Fotosyntesen 101 Kloroplastens struktur 101 Fotosyntesens totala reaktion 102 Två serier av reaktioner 103 NYCKELHÅL: De fotokemiska reaktionerna i detalj 104 NYCKELHÅL: Hur Calvin med medarbetare redde ut koldioxidfixeringen 106 Fotosyntes i förhållande till miljön 107 Fotosyntes och ljusstyrka 108 Fotosyntes och temperatur 108 Fotosyntes och koldioxidhalten i luften 109 Fotosyntes och vattentillgång 109 NYCKELHÅL: Andra aspekter på fotosyntes och klimat 111 Växternas mineralämnesbehov 112 SAMMANFATTNING 114 Kapitel 12 Växternas transportsystem 115 Vattentransporten i växten 115 Xylemet, veddelen 115 Vattentransportens mekanism 116 Transport av organiska ämnen 118 Floemet, sildelen 118 SAMMANFATTNING 119 Kapitel 13 Samordning av växtens liv 120 Livet för en ettårig växt 121 En växtcell tar emot intryck 122 Reaktion på ljussignaler 122 NYCKELHÅL: Mörkrött ljus stoppar fytokromet 122 Reaktion på tyngdkraften – gravitropism 123 Reaktion på växthormoner 123 NYCKELHÅL: Olika växthormoner och deras funktion 124 SAMMANFATTNING 125 Kapitel 14 Svamparnas fysiologi 126 Svamparnas uppbyggnad 126 Svamparnas indelning 126 Svamparnas ämnesomsättning 127 VII

Spira_2_INTRO.indd VII

2012-05-08 13.35

Svamparnas levnadssätt i naturen 127 Nedbrytare 127 Parasiter 128 NYCKELHÅL: Specialiserade parasiter i naturen 129 Mutualism 129 NYCKELHÅL: Specialisering när det gäller mykorrhiza 131 Svampars reaktion på omgivningen 132 Svamparnas förökningssätt 132 Könlös fortplantning 133 Könlig fortplantning 133 Svamparnas betydelse för människan 134 NYCKELHÅL: Svampgifter 135 SAMMANFATTNING 137

BLOCK V DJURENS FYSIOLOGI med fokus på människan 138 Kapitel15 Inledande fysiologi 140 Flercellighet kräver samordning och kommunikation 141 Energibehovet 142 Jämnvarm – växelvarm 142 Vävnader – cellernas organisation i större flercelliga djur 143 SAMMANFATTNING 145 Kapitel 16 Näring, näringsupptag och matspjälkning 146 Kost och näringsämnen 146 Kostråd 147 Kolhydrater 147 Fetter 148 Proteiner 149 Vitaminer 149 Mineralämnen 151 Djurens matspjälkningsorgan 152 Principen för födans nedbrytning 154 Människans matspjälkning – steg för steg 155 NYCKELHÅL: Människan och de snälla tarmbakterierna 161 Reglering av matspjälkningen 162 Vanliga sjukdomar som har med föda och matspjälkning att göra 162 Sjukdomar kopplade till näringsbrist – situationen i Sverige 162 NYCKELHÅL: Ätstörningar 163 Sjukdomar kopplade till för lite näring – globalt 164 Sjukdomar kopplade till för mycket näring 165

Åkommor i matspjälkningssystemet 166 Kapitel 17 Gasutbyte – andning 169 Olika andningssystem 170 Djur i vatten eller fuktiga miljöer 170 Djur på land 171 Människans andningsorgan 173 NYCKELHÅL: Regleringen av andningen 174 Några sjukdomar i andningssystemet 175 SAMMANFATTNING 175 NYCKELHÅL: Mer om andning 176 Kapitel 18 Cirkulation och transport 177 Olika transportsystem 177 Öppet blodkärlssystem 178 Slutet blodkärlssystem 178 Människans cirkulationssystem 180 Vad sker när hjärtat drar ihop sig? 182 Blodkärlen 183 Blodtrycket 184 Blodets sammansättning 184 NYCKELHÅL: Kolmonoxidfaran 187 Blodets koagulering – levring 189 Lymfkärlssystemet 190 Några sjukdomar i cirkulationssystemet 190 SAMMANFATTNING 192 Kapitel 19 Exkretion – utsöndring 193 Olika utsöndringsprodukter 194 Saltexkretion – saltbalans 194 Kväveutsöndring 195 Olika utsöndringssystem 195 Människans utsöndringssystem – njurarna 197 Njurarnas arbete mer i detalj 197 Reglering av njurarnas arbete 198 Några sjukdomar i njurar och urinvägar 199 SAMMANFATTNING 200 Kapitel 20 Kroppens försvar – immunitet 201 Alla organismer har ett försvar 201 Ryggradsdjurens försvar – en översikt 202 Människans försvar 203 Den första försvarsnivån – mekaniska och kemiska barriärer 203 Den andra försvarsnivån – icke specifika vita blodkroppar 204 Den tredje försvarsnivån – specifika vita blodkroppar 205 Sammanfattning av immunförsvarets funktionella indelning Immunitet 209 Ibland aktiveras försvaret felaktigt 210 Några olika infektionssjukdomar 212 Bakterieinfektioner 212 Virusinfektioner 213 Andra slags infektioner 213

VIII

Spira_2_INTRO.indd VIII

2012-05-08 13.35

Kapitel 21 Rörelseapparaten 216 Skelettets funktioner 217 Människans rörelseapparat 218 Skelettet 218 Leder och fogar 220 Muskler 220 NYCKELHÅL: Muskelns kontraktion 223 Träningens konsekvenser 225 Skador i skelett och muskler 226 SAMMANFATTNING 227 Kapitel 22 Nervsystemet 228 Nervsystem hos några djurgrupper 229 Människans nervsystem 230 Sensoriska och motoriska nerver, och interneuroner 230 Sammanfattning, nervsystemets funktionella indelning 232 NYCKELHÅL: Reflexer 233 Nervcellen 234 Nervsignalen 235 Synapsen – nervceller kommunicerar 237 NYCKELHÅL: Nervsystemets transmittorsubstanser 238 Centrala nervsystemet, CNS 239 Hjärnans anatomi 239 NYCKELHÅL: Glimtar ur hjärnforskningens historia 243 Minnet 244 NYCKELHÅL: Långtidsminnets olika rum 245 Sömn 246 NYCKELHÅL: Spegelneuroner 247 Några sjukdomar i nervsystemet 248 Droger – en flykt från verkligheten 250 Restriktioner mot droger 250 Alkohol 251 Nikotin 252 Narkotika 253 NYCKELHÅL: Den speciella tonårshjärnan 255 NYCKELHÅL: Nätdroger 257 SAMMANFATTNING 258 Kapitel 23 Sinnen 259 Olika slags sinnesreceptorer 260 Udda sinnen i djurriket 260 Människans sinnen 261 Hudsinnen 262 Synsinnen – en jämförelse 263 Människans synsinne 264 NYCKELHÅL: Mer om synreceptorer 267 Hörsel och balans 268 Örat och hörseln 268 Balans och läge 270 NYCKELHÅL: Vanliga hörsel- och balansproblem 271

Lukt och smak 272 Kroppsdofter och parfymer 274 SAMMANFATTNING 275 NYCKELHÅL:

Kapitel 24 Hormoner och kemisk reglering 276 NYCKELHÅL: Feromoner 277 Hormoner 278 Svar på miljöförändringar 278 Ett exempel på hormonell styrning – blodets halt av glukos 279 Olika typer av hormoner 279 NYCKELHÅL: Anabola steroider 280 Endokrina körtlar 281 Stress 282 NYCKELHÅL: Några andra hormonproducerande körtlar 283 Menstruationscykeln 284 Hormoner och transmittorsubstanser styr kärlekens biologi 285 Några sjukdomar kopplade till hormonsystemet 286 SAMMANFATTNING 288

INNEHÅLL – BLOCK V

NYCKELHÅL: Hiv och aids 214 SAMMANFATTNING 215

Kapitel 25 Fysiologiska/medicinska undersökningsmetoder 289 Medicinsk metodik 289 Undersökningsmetoder 290 Läkarens arbete och diagnos 292 Analyser och analysmetoder 293 Medicinsk etik 295 SAMMANFATTNING 295 Kapitel 26 Kärlek, sex och sånt 296 Könstillhörighet 297 Vilken betydelse har sex för oss, människan? 299 Omskärelse 300 Oskyddad eller otursdrabbad 300 Sex, javisst – men utan graviditet som följd 301 Preventivmetoder/medel och skydd mot könssjukdomar 302 Abort 304 SAMMANFATTNING 305

Frågor på kapitlen 306 Register 313 Bildförteckning 316

IX

Spira_2_INTRO.indd IX

2012-05-08 13.35

Biologi kan ses som en naturvetenskap bland andra, men även som en del av den samlade naturvetenskapen. Som all annan naturvetenskaplig forskning bygger biologisk forskning på att man, utifrån något man har lagt märke till, formulerar en hypotes som kan testas. Utifrån resultatet av testningen kan man så småningom, via många testade hypoteser, bygga upp en allmän beskrivning av hur fenomenet fungerar, och t.o.m. en teori.

Verksamheten inom biologin, liksom inom all annan vetenskap, fungerar i samspel med det övriga samhället. Dels påverkas forskningens inriktning av de värderingar som finns i ett samhälle, dels kan resultaten leda till omprövning av samhällets värderingar.

Ett exempel på detta är utvecklingen av transplantationskirurgi. När man fick metoder att bemästra problemet med avstötning av transplanterade organ utvecklades den här grenen av sjukvården snabbt. Ur samhällets perspektiv är det förstås önskvärt och viktigt att så många patienter som möjligt räddas till ett bättre liv med transplanterade organ.

Efter hand dök det upp ett problem: Det fanns inte tillräckligt med organ för transplantation. Organen bör ju tas från en frisk person som omkommit i en olycka. Särskilt problematiskt var det med transplantation av hjärtan. Enligt den traditionella synen är en människa död när hjärtat har slutat att slå. Men ett sådant hjärta blir ganska snart värdelöst för transplantation. Därför ändrades lagstiftningen i många länder till att en person anses vara avliden vid hjärndöd, även om hjärtat fortfarande slår.

Sammanfattningsvis: Samhället eftersträvar framsteg inom bland annat sjukvården, och de här framstegen tvingar ibland fram ändrad lagstiftning.

2

Spira_2_block1-3.indd 2

2012-05-08 13.36

BLOCK 1

BIOLOGINS KARAKTÄR OCH ARBETSSÄTT

Ett hjärta som ska transplanteras.

3

Spira_2_block1-3.indd 3

3

2012-05-14 12.09

Vetenskapen biologi KAPITEL 1 Länge har människorna vetat att blodet har med livet att göra. Om man råkar ut för en så allvarlig skada att man förlorar mycket blod är det stor risk att man dör.

Ibland är det därför nödvändigt att tillföra blod från en annan person genom transfusion. Men fram till ca år 1900 misslyckades de flesta blodtransfusioner.

Då konstaterade den österrikiske läkaren och sedermera nobelpristagaren Karl Landsteiner att människor hör till en av fyra olika blodgrupper – A, AB, B eller 0 – och om man håller sig inom en och samma blodgrupp fungerar blodtransfusioner!

Omkring 30 år senare insåg samme forskare att det här med blodgrupper är mer komplicerat än så, i och med upptäckten av Rhesusfaktorn, Rh, som kan vara positiv eller negativ. Det här kan du läsa mer om på s. 187–188.

För blodtransfusioner måste man veta vilken blodgrupp patienten tillhör, både med avseende på AB0- och Rhsystemet.

Upptäckten att människor hör till olika blodgrupper, och att man upptäcker fler detaljer när arbetet fortskrider, är typiska exempel på biologisk forskning.

Biologi är alltså den del av naturvetenskapen som undersöker och beskriver de levande organismerna. Biologisk forskning strävar därför efter att förbättra vår kunskap om det levande. Det som ofta kallas ”det vetenskapliga arbetssättet” underlättar för oss, så att vi kan vara mer säkra på resultaten av våra undersökningar.

Två mer filosofiska förutsättningar är viktiga att känna till när man bedömer resultat av biologiska undersökningar. Den ena är att det faktiskt finns en verklig värld utanför vårt medvetande, och att vi kan skaffa oss kunskap om denna värld.

Den andra är att vi aldrig kan nå fullständig kunskap om de fenomen vi studerar.

Vi måste acceptera att vi kan arbeta oss fram till mer och mer detaljerad kunskap om ett fenomen, men att vi aldrig kommer att förstå precis allting!

I stället är det så, att när man tillämpar kunskap är det ofta nödvändigt att fatta beslut och göra någonting konkret trots att kunskapen är begränsad. En läkare måste försöka göra någonting åt patientens problem även om det är fråga om en sjukdom där alla detaljer inte är kända.

4

Spira_2_block1-3.indd 4

2012-05-08 13.36

BLOCK 1 • KAP. 1

Forskningsverksamhet Även om vi tycker att vi känner till ganska mycket inom biologin, så träffar personer verksamma inom exempelvis mikrobiologi, medicin och jordbruk då och då på fenomen som de inte direkt kan förklara. För att få en förklaring till fenomenet gäller det då att gå systematiskt till väga – att tillämpa ett vetenskapligt arbetssätt. Hur det fungerar ska vi nu titta lite närmare på. Vi börjar med hypoteser, teorier och modeller, som för biologins del kan beskriva, och ibland förklara, olika fenomen i levande organismer.

Formulering och prövning av hypoteser Ett forskningsprojekt börjar med att man formulerar en hypotes som kan tänkas förklara det man har lagt märke till.

Det finns många anledningar till att man vill undersöka ett fenomen, och därför formulera hypoteser. Det kan röra sig om • likheter och jämförelser med andra system, • att man ser ett mönster, • att man ser avvikelser från ett mönster, • att det har utvecklats nya analysmetoder, så att det går att göra undersökningar som tidigare inte har varit möjliga, • att man utvecklar en matematisk modell, • intuition, eller • fantasi.

Här utförs ett experiment för att testa hypotesen att ”religiösa upplevelser” kan framkallas med magnetfält. Det kunde man inte finna, och därför förkastades hypotesen!

Hypotesen ska formuleras på ett sådant sätt att den kan testas, helst med experiment, annars med hjälp av kontrollerade observationer. En tredje möjlighet är att man letar i resultat från äldre undersökningar, ofta i det ursprungliga datamaterialet. Också i det fallet måste man utgå från en hypotes. Den kan ju vara ungefär som ”om saker och ting är som jag tror så kan jag hitta ett sådant mönster i det här datamaterialet”. Hypotesen kan sedan godtas eller förkastas. Om hypotesen måste förkastas helt och hållet får man komma med någon annan idé, men om hypotesen i princip kan godtas bör man bygga ut den med fler detaljer och testa vidare. Så småningom kan bekräftade hypoteser sammanfattas till en modell, och därefter till en teori.

5

Spira_2_block1-3.indd 5

2012-05-08 13.36

Modeller och teorier som idealisering av verkligheten

William Harvey var den person som först beskrev blodomloppet korrekt.

Förhoppningen när man startar ett forskningsprojekt och prövar hypoteser är att verksamheten ska bidra till förfining och förbättring av den modell eller teori som finns för ett fenomen.

Det är inte alltid så lätt att dra en gräns mellan en modell, en ofullständig bild av ett fenomen som ändå är den bästa vi har, och en teori, som är mer ”heltäckande”. I båda fallen rör det sig om den mest detaljerade beskrivningen eller förklaringen vi just nu kan ha.

För att bättre förstå vad man menar med en teori, och vilken nytta vi kan ha av att formulera teorier, tar vi idéer om blodomloppet som exempel. Numera anser vi det självklart hur det fungerar, men det vi alla har lärt oss är från början en teori som utvecklades av den engelske läkaren William Harvey i början av 1600-talet. Det var han som först gjorde klart att hjärtat pumpar runt blodet, så att det rör sig med viss hastighet genom kroppen.

Vi anser alltså att det här är sant, även om forskare inte har testat hur blodomloppet fungerar på varenda levande människa, eller för den delen på alla tama och vilda däggdjur på jorden, för att se om det finns undantag från den allmänna principen. Även om det inte har testats på alla individer, så är det viktiga att man ännu inte har hittat ett enda däggdjur där teorin för blodcirkulationen inte stämmer. Då lever den nämligen upp till det allmänna kravet på en teori. Det går aldrig bevisa en teori till 100 % genom att leta efter fler exempel där den stämmer. Däremot kan teorin motbevisas om man hittar något fall där den inte stämmer! Om man har en (i och för sig osann) teori om att ”alla svanar är vita”, och man har hittat tusentals vita svanar, så behöver teorin ändå inte stämma helt. För att styrka teorin ska man i stället leta efter svarta svanar. Så länge man inte hittar svarta svanar så anses teorin stämma. (Nu är problemet i just det här fallet att det faktiskt finns svarta svanar…)

Som nämndes ovan brukar det kallas en modell av ett fenomen när man är medveten om att kunskapen är ofullständig. En naturvetenskaplig modell uttrycks ofta som ett matematiskt samband, fast kanske oftare inom fysiken än inom biologin.

Om det går att formulera en matematisk modell så innebär det flera fördelar, eftersom en matematisk modell • ofta kan testas med experiment, • sammanfattar många observationer, • ger möjlighet till förutsägelser.

6

Spira_2_block1-3.indd 6

2012-05-08 13.36

BLOCK 1 • KAP. 1

Modeller Om den person man kommunicerar med inte är expert på biologi kan det vara bra att använda ”modelltänket” istället för att beskriva fenomen som de ledande forskarna inom området gör. Annars kanske mottagarna, t.ex. elever i skolan, inte förstår någonting alls. Ibland kan lärare gå längre och använda liknelser för att eleverna ska förstå, men då måste eleverna veta att det rör sig om just liknelser, eller analogier.

Ett exempel på skillnaden mellan en mycket detaljerad modell och en förenklad beskrivning är de här två skisserna av hur en hormonsignal, via receptorer i cellmembranet och sekundära budbärare inne i cellen, kan leda till förändringar i cellens aktivitet.

JAB

JAK

receptormolekyl

signalmolekyl

cytokin

cellmembran

JAK

STAT P

STAT

sekundär budbärarmolekyl

CIS STAT P STAT

P

cellkärna

P

TTCNNNGAA

ändrad enzymaktivitet eller

CIS

STAT P STAT

cellplasma

P

P TATA

cellkärna

ändrad genaktivering

Vilken av modellerna över hormoners signalverkan tycker du är lättast att förstå? I den till höger har en hel del information utelämnats, men trots detta kan den vara lättare att förstå därför att man får en helhetsbild av förloppet.

”Fakta” är föränderliga För att återgå till teorin om blodomloppet, så var den förhärskande uppfattningen innan William Harvey presenterade resultaten av sina undersökningar att blodet rör sig mer långsamt genom kroppen, och ständigt nybildas och förbrukas. Detta var en del av den gamla uppfattningen om hur människokroppen fungerar i hälsa respektive sjukdom. I korthet gick idéerna ut på att man blir sjuk på grund av en störning i balansen mellan ”de fyra kroppsvätskorna”, som kallades blod, slem, svart galla och gul galla. Hela den ”läran” brukar sammanfattas som humoralpatologi.

Sjukvårdens och läkarnas uppgift var då att försöka få patienten att återfå balansen mellan kroppsvätskorna.

Här illustreras de fyra olika temperamenten som en person kan ha enligt humoralteorin.

7

Spira_2_block1-3.indd 7

2012-05-08 13.36

Men även människors personlighet kunde vara olika, beroende på vilken vätska som dominerar.

• Om blodet dominerar, så är man sangviniker, dvs. har ett livligt temperament.

• Personer där slemmet dominerar är flegmatiker, alltså slöa.

• Om den svarta gallan tar överhanden blir man melankoliker, alltså dyster.

• Med mycket gul galla blir man koleriker, dvs. kan lätt brusa upp och bli arg.

En slutsats av detta är att läkare borde ha tappat alltför livliga patienter på blod. "Fakta" har dock förändrats, tack och lov i det här fallet, och nu för tiden kan hyperaktiva personer få medicinering i stället.

Olika paradigm

1

Paradigm kommer från grekiskans paradeigma som betyder föredöme.

Forskningen, och tillämpning av forskningsresultaten, sker aldrig i ett tomrum.

Både forskare och de som utnyttjar resultaten praktiskt har under lång tid tränats in i de nu rådande vetenskapliga tänkesätten. De har efter hand, med mer och mer specialiserade studier, arbetat sig in i ett paradigm1 – ett övergripande sätt att tänka och arbeta. Utan det här kan inte någon vetenskap bedrivas, men man måste vara medveten om att paradigmet förmodligen inte innehåller ”hela sanningen”.

Ibland stöter man på fenomen som inte kan förklaras inom det paradigm man arbetar med. Då uppstår en kris, som kan leda till ett mer eller mindre genomgripande paradigmskifte. Man ser och tolkar då ofta fenomenen i naturen på ett helt annat sätt än tidigare. Men det är inte säkert att det nya paradigmet klarar alla fenomen det heller.

Ett exempel är att den ovan beskrivna humoralpatologin så småningom ersattes av den syn på sjukdomars orsaker vi har idag. Det hindrar inte att man även inom ramen för det gamla paradigmet kunde göra intressanta observationer. Att vi människor är av olika ”typer” är viktigt i många olika sammanhang, även om man inte direkt har humoralpatologernas indelning. Några nyare exempel är blodgrupper, vävnadstyper att hålla reda på vid transplantationer, och att de olika råd om bantning och diet som vi hör talas om förmodligen fungerar olika bra på olika personer.

Det praktiska forskningsarbetet Alla observationer och experiment som syftar till att testa en hypotes brukar innebära jämförelse mellan minst två grupper av t.ex. individer, populationer eller ekosystem. Den ena gruppen utsätts för den påverkan som man enligt hypotesen anser borde ge ett visst resultat, medan den andra inte utsätts för denna inverkan, men i övrigt är absolut likvärdig – en s.k. kontroll. Om hypotesen är riktig ska resultaten visa på en skillnad mellan den grupp som utsattes för påverkan och kontrollgruppen.

När man ska utföra experiment är det viktigt att vara medveten om, att det finns mycket som det inte går att ha fullständig kontroll över, särskilt vid biologiska undersökningar. För att minska risken för slumpmässiga skillnader bör man exempelvis ha samma inavlade stam av försöksdjur eller odlade växter för både 8

Spira_2_block1-3.indd 8

2012-05-08 13.36

BLOCK 1 • KAP. 1

experimentet och kontrollen. När det gäller växter är det viktigt att man fördelar experiment och kontroll på olika odlingslotter på ett sådant sätt att variationen i ljus, skugga, grundvatten, utsatthet för vind, osv., blir så liten som möjligt. Även kontrollerade observationer bör utföras när betingelserna är så likartade som möjligt, annars går det inte att göra ordentliga jämförelser.

I det här kontrollerade experimentet utsätts plantorna för olika våglängder av synligt ljus. I övrigt är betingelserna desamma för de olika plantorna.

Utvärdering av resultat Ibland ger undersökningar som har till syfte att testa en hypotes lättolkade resultat, så att man utan vidare bearbetning av materialet kan svara på om hypotesen kan godtas eller måste förkastas. Men inom vetenskapen biologi är det sällan fullt så enkelt. I stället är det vanligt att man får mycket varierande mätvärden. Då krävs det statistiska metoder för att utvärdera och se om hypotesen kan stämma eller inte. Men det går aldrig att nå absolut säkerhet. Om den använda statistiska metoden visar att det är mindre än 5 % sannolikhet att en skillnad vi ser bara beror på slumpen, så kan det ju faktiskt vara så en gång på 20!

NYCKELHÅL: Statistiska metoder Ofta inom forskning, bl.a. i biologiska undersökningar, varierar mätvärdena även om man har försökt att vara mycket noggrann och, så gott det går, har undvikit slarvfel.

Om man kan bortse från problem med apparaturen, så beror en del av variationen på att organismer är olika, och att alla inte påverkas likadant av en viss behandling. På nästa uppslag beskrivs tre allmänt använda metoder kortfattat.

Vid statistiska test brukar man utgå från en

nollhypotes, som ofta kan verka vara tvärtemot vad man egentligen vill visa – och så är fallet i de två första metoderna som redovisas på nästa sida. Man vill då visa att sannolikheten är låg för att nollhypotesen är sann.

Ofta säger man, att om denna sannolikhet är mindre än 5 %, så är i stället resultatet av undersökningen statistiskt signifikant, dvs. det är troligt att skillnaden som uppmätts beror på en verklig skillnad – och alltså inte på slumpen.

Nu ska vi beskriva vi tre olika statistiska metoder som ofta används i biologisk forskning.

9

Spira_2_block1-3.indd 9

2012-05-08 13.36

t-test Det man vill veta med det här testet är: Skiljer sig medelvärdena på t.ex. tillväxt eller storlek mellan två typer av behandlingar, eller verkar de bara göra det? t-testet bygger på en uppskattning av dels skillnaden mellan medelvärdena, dels spridningen kring varje medelvärde, standardavvikelsen, SD. För en given skillnad i medelvärden blir värdet på t, och sannolikheten att skillnaden är ”verklig”, större ju mindre spridningen är mellan värdena som ger det ena resp. det andra medelvärdet.

För en viss spridning kring medelvärdena blir i stället t större ju större skillnaden är mellan medelvärdena.

Med tvåvägs t-test ser man om det alls finns en skillnad, medan man med envägs t-test ser om det är någon skillnad åt det håll man förväntar sig.

Nollhypotesen för t-test är alltså att det inte är någon skillnad, och i bl.a. programmet Excel går det att räkna ut sannolikheten för att nollhypotesen är korrekt. Den bör vara mindre än 5 %, om skillnaden mellan medelvärdena ska anses signifikant.

Vi tar också ett exempel: Om man behandlar växter med något hormon inom gruppen gibberelliner (se kap. 13) brukar de växa sig längre än annars. Men resultatet blir aldrig att alla olika växtindivider i t.ex. ett växthus blir exakt lika

långa, även med likvärdig behandling.

Vi kan tänka oss att ärtplantor har behandlats med en väldigt låg dos gibbewrellin, så att plantorna i den behandlade gruppen får den här längden, i cm: 55, 45, 52, 53, 48, 47, 49, 56 Medelvärde: 50,625, SD: 3,96 Och i kontrollgruppen, som bara utsattes för lösningsmedlet med vilket man annars tillförde gibberellinet, får de här längderna: 43, 34, 50, 56, 43, 35, 40, 41 Medelvärde: 42,75, SD: 7,32 Med ensidig t-test och olika spridning i materialet blir då sannolikheten för att nollhypotesen är sann 0,011, dvs.

1,1 %. Detta är mindre än 5 %, och då kan man säga att det mellan behandlade och obehandlade plantor finns en statistiskt signifikant skillnad. Alltså: Sannolikheten att längdskillnaden mellan behandlade och obehandlade växtindivider beror på slumpen är 1,1 %. Därmed tror vi oss veta att behandlingen har effekt.

I de här diagrammen ser du standardavvikelsen, SD, som ”pinnar” från medelvärdet som visas av de fyllda ringarna. Ju större SD (dvs. längd på ”pinnarna”) desto mindre sannolikt är det att medelvärdena skiljer sig åt.

Korrelation – samband mellan olika mätvärden

och verkan, och om det alls finns något orsakssamband.

Men vid mätningar på gymnasieelever fick man i ett försök i stället det resultat för kvinnliga resp. manliga elever som visas i det mittersta resp. högra diagrammet.

För kvinnliga gymnasister verkar det finnas ett negativt samband, en s.k. negativ

Som exempel kan vi ta mätning av lungornas vitalkapacitet (hur mycket luft som man maximalt kan blåsa ut efter en djup inandning) – och sambandet mellan den och försökspersonens längd.

I bruksanvisningen till mätapparaturen finns en tabell, vars mätvärden i ett diagram förvitalkapacitet, m3 kvinnor män delar sig enligt 5000 diagrammet till vänster för män 4000 resp. kvinnor.

3000 Här syns ett 2000 tydligt samband – sedan 1000 är frågan vad 0 som är orsak 140 150 160 170 180 190 längd i cm

korrelation, medan det för de manliga verkar finnas en positiv korrelation, dvs. ju större kroppslängd desto högre vitalkapacitet. Men är det verkligen så?

Ett enkelt sätt att se om det finns ett signifikant samband är att låta datorn räkna ut en korrelationskoefficient, och sedan se om den är tillräckligt stor.

vitalkapacitet, m3

vitalkapacitet, m3

5000

5000

4000

3000

3000 2000 2000 1000

1000 0

0 150

160

170

längd i cm

180

175

180

185

190

längd i cm

10

Spira_2_block1-3.indd 10

2012-05-08 13.36

tionskoefficienten -0,45262, vilket inte är tillräckligt för statistisk signifikans. Vi kan alltså inte säga att ”längre flickor har lägre vitalkapacitet”, även om det ser ut så.

För de manliga gymnasisterna får vi i stället en korrelationskoefficient på

0,8457, vilket tyder på att sannolikheten att den här fördelningen beror på slumpen bara är ca 2 %. ”Längre grabbar har högre vitalkapacitet” skulle alltså vara en rimlig slutsats.

Vi kan pröva

Vi testar om nollhypotesen stämmer, dvs. att vi borde få ett talförhållande som liknar 180:60:60:20.

Med chi2-test får vi då följande sannolikheter: I det första fallet 0,99, dvs. 99 %, i det andra fallet 0,0076, dvs. 0,76 %.

I det första fallet är det då rimligt att det handlar om dihybrid klyvning enligt teorin, men inte i det andra.

BLOCK 1 • KAP. 1

I en tabell går det att utläsa vad korrelationskoefficienten minst måste vara för att man ska kunna säga att sannolikheten är för låg för att det bara ska vara slumpen som avgör var punkterna hamnar i diagrammen på f.g. sida.

För kvinnliga gymnasister blir korrela-

Chi2-test (χ2-test) Detta test används vid den här typen av frågeställningar: Fördelar sig olika utfall av ett experiment enligt ett mönster eller inte? Här är nollhypotesen att resultaten inte ska skilja sig från det teoretiska utfallet.

En klassisk tillämpning är inom genetiken, när man bedömer utfall av korsningsförsök. Vi tar ett exempel: I skolor används ofta olika typer av majsfrön som exempel på dihybrid korsning, alltså när två olika egenskaper kombineras. Majsfröna kan dels vara mörka eller ljusa, dels släta eller skrynkliga. Ljusa respektive skrynkliga frön kräver två recessiva alleler, medan allelerna för mörk färg respektive slätt skal är dominanta (se Spira 1 s. 55).

I den andra dottergenerationen (F2), efter korsning mellan två helt homozygota majsplantor, bör fördelningen av olika typer av frön enligt den rådande teorin bli: Mörka släta 9, ljusa släta 3, mörka skrynkliga 3, och ljusa skrynkliga 1.

Om vi totalt har 320 frön, så borde vi alltså få 180 mörka släta 60 ljusa släta 60 mörka skrynkliga 20 ljusa skrynkliga.

Så exakt resultat får vi förstås sällan.

Men hur ”avvikande” får utfallet bli för att vi ändå ska kunna konstatera att det rör sig om recessiva respektive dominanta alleler på två olika kromosomer?

179 mörka släta 61 ljusa släta 59 mörka skrynkliga 21 ljusa skrynkliga Liksom 168 mörka släta 67 ljusa släta 76 mörka skrynkliga 9 ljusa skrynkliga.

honliga könsceller

hanliga könsceller

MR

Mr

mR

mr

MR

MMRR

MMRr

MmRR

M m Rr

Mr

MMRr

MMrr

MmRr

Mmrr

mR

MmRR

MmRr

mmRR

m m Rr

mr

MmRr

Mmrr

mmRr

m mr r

Ett korsningsschema, som visar den teoretiska bakgrunden till fördelningen av frön med olika egenskaper 9:3:3:1.

11

Spira_2_block1-3.indd 11

2012-05-08 13.36

Bedömning av felkällor När en hypotes ska testas är det naturligtvis allra bäst om olika grupper av exempelvis försöksdjur (”behandlade” och ”kontroll”), bara skiljer sig åt i just den egenskap som ska undersökas. Om man inte har tillgång till genetiskt identiska individer, exempelvis klonade växter, och det inte går att hålla alla miljöförhållanden helt likvärdiga, så är risken stor att förhållandena skiljer sig även på andra sätt. I undersökningar där man testar praktiska tillämpningar av biologisk kunskap, som inom jord- och skogsbruk eller klinisk medicin (alltså praktisk sjukvård), så kan man aldrig ha helt identiska ”försöksorganismer”. Om man försöker hitta skillnader mellan två grupper av patienter är det alltid risk för att det finns skillnader, men att dessa beror på någonting annat än det som formulerades i hypotesen. Samma problem gäller exempelvis vid uppfödning av kor, eller odling av vete.

De här problemen är svårare att göra något åt än fel som uppstår på grund av mätapparatur som ger felaktiga mätvärden, eller okunskap eller omedvetet slarv hos de personer som har utför arbetet. För att minska risken för den här typen av fel är det bäst att låta flera personer göra analyser oberoende av varandra, med samma apparat respektive flera apparater av samma typ.

Om man känner till osäkerheten i mätningar och analyser, även om apparaturen i princip är felfri och medarbetarna inte gör några slarvfel, så går det att beräkna hur stor osäkerheten är i det ursprungliga mätresultaten. I många biologiska undersökningar gör variationen mellan individerna som man studerar att variationen i resultat blir betydligt större än den rent ”tekniska” osäkerheten.

Som nämns ovan kan man därför ofta behöva utnyttja statistiska metoder för att kunna dra slutsatser om det verkligen är någon skillnad mellan behandling och kontroll.

Ett annat sätt att ta reda på om en observerad skillnad verkligen beror på det som formulerats i hypotesen, är att se om idéerna till hypotesen kan ge möjlighet till andra testbara hypoteser. Om man godtar flera hypoteser kring samma större frågeställning är det troligare att den övergripande idén är riktig.

Två odlingsmiljöer för gräs. Det är större spridning i tillväxten i den mer steniga jorden, bilden till vänster. Om man sedan dessutom behandlar de här två gräsbestånden olika så vet man inte om det är behandlingen eller odlingsbetingelserna som leder till att det blir en skillnad i tillväxt.

12

Spira_2_block1-3.indd 12

2012-05-08 13.36

BLOCK 1 • KAP. 1

Rapportering om resultat I en rapport om resultaten från en undersökning, är det viktigt att de använda metoderna beskrivs så noggrant att en annan person kan upprepa försöket. Förhoppningsvis blir då också resultaten desamma. I inledningen till rapporten ska det finnas en bakgrund och motivering till varför undersökningen genomfördes, och vilken hypotes som skulle testas.

Resultaten presenteras på ett sådant sätt att läsaren, från data i diagram och/eller tabeller, kan se om undersökningen gav förväntat resultat utifrån hypotesen.

Utifrån resultaten drar sedan rapportförfattaren/författarna slutsatser, som är mer eller mindre invändningsfria. I rapportens sista avsnitt, ”Diskussion”, får rapportförfattaren då ta upp det som kan vara problematiskt, och även hur den egna undersökningen stämmer med, eller strider mot, andra undersökningar som har publicerats inom samma ämnesområde.

När man skriver en vetenskaplig rapport måste man alltid, när det är motiverat, hänvisa till andra undersökningar inom ämnesområdet. Det gäller både motivet för undersökningen, metoderna man har använt och – allra viktigast – när man diskuterar det rimliga i resultatet, och slutsatserna från detta.

Så här ser ofta en vetenskaplig rapport ut. Den är indelad efter ett system, som gör det lättare för läsaren att följa tankegången hos forskaren som skrivit den.

Forskarna skriver ner primärdata i ett forskningsprojekt – för att så småningom kunna skriva en rapport.

13

Spira_2_block1-3.indd 13

2012-05-08 13.36

Våra värderingar i förhållande till biologin Ingen, inte heller forskare inom biologin, lever helt isolerat från andra människor, det omgivande samhället och de rådande värderingarna inom landet, eller den sociala eller religiösa grupp man tillhör. Det här gör att biologisk vetenskap och det omgivande samhället påverkar varandra på flera olika sätt: • Biologin används för att lösa praktiska problem i samhället.

• Samhällets praktiska behov avgör vilken typ av forskning som prioriteras.

• Kunskaper om biologiska fenomen påverkar vår syn på tillvaron och livet i stort.

• Livsåskådning och religion påverkar vilken typ av biologisk forskning som anses legitim, och vilken typ av kunskap man accepterar respektive förkastar.

För många som är vetenskapligt skolade är det också en källa till frustration att en del grupper i samhället helt förkastar eller struntar i vetenskapliga landvinningar. Dessa påverkar trots allt både vår syn på tillvaron och våra förutsättningar att lösa miljöproblemen och uppnå en hållbar utveckling. Särskilt i den politiska debatten i USA visar det sig att många ledande personer avvisar både evolutionsteorin och riskerna med global uppvärmning genom förstärkt växthuseffekt.

Här diskuterar motståndare och anhängare till evolutionsteorin. I USA tror hela 55 % av befolkningen på skapelseberättelsen istället för på den vetenskapligt välgrundade evolutionsteorin.

Forskningsetik Värderingarna i ett mänskligt samhälle beror oftast dels på den religion som dominerar i landet, dels på människornas etiska synsätt. Här tar vi främst upp hur etiska värderingar kommer in när det gäller forskning – både vilka områden som bör prioriteras, hur resultaten ska användas, och hur själva forskningsarbetet bör bedrivas.

14

Spira_2_block1-3.indd 14

2012-05-08 13.36

BLOCK 1 • KAP. 1

Prioritering av forskningsområden Ibland hörs i debatten röster om att medicinsk forskning främst ägnas sjukdomar som orsakas av ”vällevnad” i den rikare delen av världen, i stället för att fokusera på att hitta nya metoder att bekämpa epidemiska sjukdomar i fattiga länder. Liknande frågeställningar gäller forskning för ökad livsmedelsproduktion, både växtodling och djuruppfödning. Det finns dessutom alltid en motsättning i synen på grundforskning respektive tillämpad forskning. Grundforskning går ut på att undersöka och förklara olika fenomen, medan tillämpad forskning syftar till att lösa praktiska problem. Det sistnämnda låter förstås vettigare ur vårt perspektiv, men för att det ska vara möjligt att lösa de praktiska problemen krävs grundläggande kunskaper om naturvetenskapliga fenomen. Tillämpad forskning kan alltså inte bedrivas utan grundforskning.

Hur resultaten används Den diskussion som har förekommit rör bl.a. landvinningar inom jordbruksforskning: Gynnar jordbruksforskningen ”vanliga bönder” i fattigare länder, eller blir resultatet i stället att några få storföretag tar över verksamheten?

Och inom medicin: Hur hanterar vi det faktum att metodutveckling inom plastikkirurgi som syftar till att hjälpa människor som har skadats i krig och bränder, också används för att ”förbättra” utseendet på välbärgade personer?

Våra rådande skönhetsideal gör plastikkirurgin lönsam för somliga. Men man kan diskutera om resurser verkligen ska läggas på den här typen av verksamhet. Kanske ska vi istället ifrågasätta skönhetsidealen?

Hur forskningsarbetet bedrivs Historiskt sett har många obehagliga övergrepp gjorts i forskningens namn. Numera finns mycket sträng lagstiftning om hur man ska bete sig när människor behövs i olika undersökningar, kanske främst inom medicinsk forskning men även i andra sammanhang. Det finns även lagstiftning som reglerar hanteringen av försöksdjur, och hur djurförsök ska genomföras.

15

Spira_2_block1-3.indd 15

2012-05-08 13.36

Forskningsetik för hållbar utveckling

Här är ritningen på en ny konstruktion av växthus, för hållbar livsmedelsproduktion i storstadsmiljö.

Frågor om vår livsmiljö och om hållbar utveckling behandlas i kursen biologi 1.

Här bör främst påpekas, att hanteringen av miljöfrågor och hur vi uppnår en hållbar utveckling också har etiska aspekter. Vi kan ta bara ett exempel av många: Om jordklotets folkmängd kan stabiliseras kring 9 miljarder, så måste ändå jorden kunna föda alla de här människorna. Livsmedelsproduktionen måste alltså bli hållbar för att mätta alla människor, och med så liten miljöstörning som möjligt. Bland annat diskussionen om genmodifierade livsmedelsgrödor innehåller då två ganska motstridiga etiska resonemang. Dels anses det oetiskt att flytta arvsanlag mellan olika växtarter, dels är det knappast etiskt försvarbart att avstå från möjligheterna till hållbar produktion av mat till alla människor – vilket kanske kräver genmodifierade grödor.

Om vi anser att andra organismer än människor, samt olika ekosystem, måste bli föremål för våra etiska ställningstaganden, så omfattar etik för hållbar utveckling även exempelvis fiske och skogsbruk.

16

Spira_2_block1-3.indd 16

2012-05-08 13.36

BLOCK 1 • KAP. 1

SAMMANFATTNING: VETENSKAPEN BIOLOGI Biologin beskriver och tillämpar den kunskap om levande organismer som vi har skaffat oss och fortsätter att hämta in med hjälp av vetenskapliga metoder.

Principerna för hur vi skaffar oss mer biologisk kunskap skiljer sig inte på något avgörande sätt från vetenskapligt arbete inom andra ämnen.

Landvinningar inom biologisk vetenskap kan dels påverka vår syn på livet och tillvaron, dels tillämpas praktiskt i många sammanhang.

Likaväl som resultat av biologisk forskning kan påverka människors syn på livet, så påverkar samhällets rådande värderingar vilken forskning som man anser lämplig att bedriva och hur resultaten används.

Biologer som forskar lever och verkar i samspel samhället i stort och med övriga forskare inom samma och närliggande ämnesområden. Det allmänna tänkesättet inom en grupp forskare brukar sammanfattas som det rådande paradigmet. Först när det här allmänna tänkesättet visar sig otillräckligt kan det så småningom bli ett paradigmskifte.

17

Spira_2_block1-3.indd 17

2012-05-08 13.36

Alla levande organismer består av celler. Mycket av det vi anser typiskt för levande organismer har sin grund i cellernas uppbyggnad och funktioner. Genom att studera celler kan man därför också förstå mycket av hur organismer fungerar som en helhet. Att organismerna är uppbyggda av celler fick man klart för sig kring 1840. Men det var först med tillgång till elektronmikroskop och mer avancerade kemiska undersökningsmetoder från mitten på 1900-talet, som man fick vår nuvarande förståelse av hur cellerna fungerar och var i cellen olika processer sker.

Mikroskopbilderna i den här boken är i färg. Det gäller bilder från både ljusmikroskop och elektronmikroskop.

Många preparat till ljusmikroskop behandlas med olika färgämnen redan innan preparatet studeras i mikroskopet.

Då ser man diverse detaljer mycket bättre än utan färgning, men man ska tänka på att det inte är de naturliga färgerna i levande vävnad man ser. Bilderna tagna i elektronmikroskop är uteslutande svartvita, så de färgbilder vi ser är alltid färglagda i efterhand.

Ljudet har inne i hörselsnäckan omvandlats till en vibrerande vätskevåg. Bilden visar de fyra lager celler i hörselsnäckan som registrerar vätskevågens amplitud och frekvens. De rödfärgade är de hårlika utskott på hårcellerna, som när de böjs ger en nervsignal. Vad som inte syns i bilden är det täckmembram de slår i och som ligger ovanpå hårcellerna. SEM bild, 3 000 gångers förstoring.

18

Spira_2_block1-3.indd 18

2012-05-08 13.36

BLOCK 2

CELLEN

19

Spira_2_block1-3.indd 19

2012-05-14 12.09

Levande organismer är ett resultat av evolutionen

KAPITEL 2

Rymdforskare diskuterar ibland om det finns liv på andra planeter än jorden.

Om man ska ha någon chans att hitta tecken på liv måste man först definiera vad som är typiskt för sådant som lever, jämfört med döda ting. I Spira 1 står det att levande organismer • är uppbyggda av celler, • har ämnes- och energiomsättning, • reagerar på omgivningen, • tillväxer och förökar sig, • visar ärftlighet, dvs. att avkomman liknar föräldrarna, • finns i många former.

Cellerna beskrivs i kapitel 4, ämnes- och energiomsättningen i kapitel 5 och reaktioner på omgivningen i kapitel 8. Grundläggande fakta om biomolekyler, dvs. kolhydrater, lipider, proteiner och nukleinsyror (DNA och RNA) har du redan läst om i Spira 1, men vi tar upp det här också, i kapitel 3. Ärftlighetens mekanismer måste du dock repetera med hjälp av Spira 1.

Evolutionen gör biologin begriplig

Det är bra att stretcha, bl.a. för att undvika knäproblem.

Knäleden är en av männsikans svaga punkter. Den visar på evolutionens ofullkomlighet!

Under 1800-talet fick forskarna klart för sig att liv inte kan bildas ur livlös materia. Uralstring förekommer alltså inte. I stället bildas alla nya celler från redan existerande celler. Processen med att bilda nya celler ur gamla har pågått ända sedan livet uppstod på jorden för kanske 3,5 miljarder år sedan. Ser vi långt tillbaka är också allt levande släkt – det är därför som alla celler har så många gemensamma drag. Evolutionen, alltså resultatet av variation och naturligt urval, har sedan lett till den mångfald som existerar idag.

Biologin blir egentligen bara begriplig om man tar hänsyn till evolutionen.

Det gäller inte bara en organism i dess helhet, utan också cellernas utseende och funktion, med de olika molekyler som utnyttjas. Argumenten för att det har skett, och fortfarande sker, en evolution blir faktiskt ännu starkare med de ”ofullkomligheter” som man ibland ser bland levande organismer, jämfört med hur en människa skulle konstruera en liknande apparat. Ett exempel är, att människans knäled ur teknisk synvinkel snarare borde vara ledad åt andra hållet. Vi råkar ju ofta också ut för problem med knäna. Dessutom ser man det i olika molekylära förlopp, som att koldioxidupptagningen i fotosyntesen kan störas av syrgas, s.k. fotorespiration. Det kan du läsa om i kapitel 11.

20

Spira_2_block1-3.indd 20

2012-05-08 13.36

DÄGGDJUR

apa människa, schimpans 4 2

mus

5 kanin 3

9

3 1 häst, gris, ko, får 2 1 hund, säl, fladdermus 2 1 1

BENFISKAR tonfisk

AMFIBIER

FÅGLAR och REPTILIER

känguru emu

struts

1 1 kyckling, kalkon 1 11 pingvin

duva 2 anka 1 1

karp 6 1

oxgroda 7

6 18

3

2

pigghaj

9

4

BROSKFISKAR 2

8

nejonöga

TAGGHUDINGAR

RINGMASKAR 9

daggmask

sköldpadda skallerorm

6

6

flodhäst 2

sjöstjärna 8

23

mal, svärmare 9

16

SVAMPAR Candida Neurospora

LEDDJUR

16

fluga 8 7

13

17 12

ris 2 31

5

33

hummer

vete 7 sesam

12 Humicola mjukrötesvamp

honungsbi

1

Saccharomyces (vanlig jäst) 15 14

BLOCK 2 • KAP. 2

Organismernas gemensamma ursprung visar sig både i deras utseende och i de biokemiska likheterna. Det går att göra stamträd över organismers släktskap med ledning av hur bestämda proteiner är uppbyggda. Det gäller exempelvis proteiner i cellandningen. Ju närmare besläktade två arter är, desto mer lika är deras proteiner. De biokemiska likheterna låter sig också förklaras av att det sker ett stabiliserande urval. Det betyder att förändringar i ett visst protein ofta gör att bärarens möjligheter att överleva minskar. Med tiden sållas på så vis dessa genvarianter (och därmed proteiner) bort – urvalet stabiliseras till en eller några få varianter. Bland människor beror många ärftliga sjukdomar på avvikande struktur på proteinmolekyler. Förr, innan man kunde behandla de här åkommorna, dog förstås många drabbade personer i tidig ålder, och fick aldrig några barn som kunde föra sjukdomen vidare.

3 1 1

4

10

7 11

solros

VÄXTER spenat ginkgo

Ett stamträd över ett urval levande organismer utifrån likheter i proteinet cytokrom c.

Siffrorna anger procentuell skillnad i proteinets sammansättning av aminosyror jämfört med hur det är vid förgreningspunkterna.

Om viktiga proteiner uppvisar stora likheter mellan organismerna, så måste förmodligen detsamma gälla DNA. Numera utreder man också i stor utsträckning organismernas släktskap med hjälp av DNA-studier.

21

Spira_2_block1-3.indd 21

2012-05-08 13.36

Evolutionen – en återblick Vi människor försöker hitta samband och regler för att lättare förstå vår komplicerade omvärld. Nya kunskaper medför att vi ibland måste förändra de system och regler vi har satt upp. Detta gäller inte minst hur vi har grupperat olika organismer, där möjligheten att jämföra DNA medfört stora förändringar i organismernas ”släktträd”.

Det är viktigt att ha klart för sig att det inte finns någon plan för hur alla organismer ska se ut, eller har sett ut – evolutionen har inget mål eller syfte. Istället styrs evolutionen av principen ”det som fungerar för överlevnaden förs vidare till nästa generation”. När miljön är oförändrad händer inte så mycket med arterna, men vid snabba och stora miljöförändringar kan utvecklingen gå desto snabbare. Det blir mest påtagligt vid katastrofer som slår ut många organismer. Efter katastrofer sker därför en snabb utveckling av de arter som har överlevt.

Det plötsliga slutet på dinosaurieperioden för ca 65 miljoner år sedan är ett exempel. Däggdjuren, som fram till dess hade existerat lite i skymundan, fick möjlighet till snabbare utveckling, när nischer som blev ”lediga” kunde tas i anspråk.

I och med att däggdjur med samma ursprung hamnade i något olika miljöer skedde också en snabb evolution. Ett annat exempel är den nutida förändringen av klimatet, den globala uppvärmningen, som vi människor åstadkommer. Vi kan bara spekulera i vad detta kommer att leda till. Många forskare anser att det aldrig tidigare har försvunnit arter med så hög hastighet som det gör idag.

Djurrikets utveckling En flagellat, med sin flagell till vänster, troligen alla djurs förfader. En del flagellater orsakar sjukdomar hos större djur, t.ex. sömnsjuka hos människan. (SEM-bild.)

1

Fosfor ingår i både DNA och RNA.

Jorden bildades för ungefär 4 600 miljoner år sedan. Om man definierar djur som flercelliga heterotrofa organismer, utvecklades de enligt forskningens nuvarande ståndpunkt från kolonibildande flagellater (encelliga eukaryota med flagell), som dök upp för ungefär 650 miljoner år sedan. Celldifferentieringen ökade efter hand, men storleken begränsades länge av att djuren saknade skelett.

Under den Kambriska explosionen, för 543–525 miljoner år sedan, skedde en mycket snabb utveckling. Djuren utvecklade skal (ett yttre skelett) och ökade snabbt i både storlek och mångformighet och under denna ”korta” period på cirka 20 miljoner år utvecklades de flesta av djurrikets huvudgrupper.

Enligt senare forskning är en trolig förklaring till utvecklingsexplosionen under Kambrium att grundämnet fosfor1 blev mer lättillgängligt, samtidigt som klimatet blev varmare. Dubbla kromosomuppsättningar och långa sekvenser av icke-kodande DNA blev möjliga. Djuren blev mer komplexa och näringskedjorna längre. Resultatet blev en explosionsartad utveckling av dels antalet djurarter, dels storleken på de enskilda djuren.

22

Spira_2_block1-3.indd 22

2012-05-08 13.36

Samma typer av biomolekyler i alla celler Du kanske har hört uttrycket ”du är vad du äter”. Det ligger en hel del i detta, eftersom vi människor innehåller samma slags kemiska ämnen som den mat vi äter. Det beror förstås på att vi och de organismer vi äter är släkt, på nära eller långt håll. Det verkar alltså vara något speciellt med de kemiska ämnena i levande organismer, och det fick kemisterna klart för sig för flera hundra år sedan.

En tidig slutsats (1700-tal) var den, att kemiska ämnen som bygger upp levande organismer för det mesta innehåller grundämnet kol – det är därför som kolföreningar från början fick benämningen ”organiska ämnen”. Men bara en liten del av alla tänkbara kolföreningar har en funktion i levande organismer.

Typiskt för ämnena i organismer är att ett fåtal typer av små molekyler kan bygga upp större makromolekyler, eller biomolekyler, på mycket varierande sätt.

De allra flesta biomolekyler kan delas in i fyra kategorier, nämligen • proteiner och byggstenarna aminosyror, • kolhydrater, • lipider, • nukleotider och nukleinsyror.

De här ämnesgrupperna finns i alla celler, även om exempelvis proteinmolekylernas exakta uppbyggnad varierar stort.

BLOCK 2 • KAP. 3

KAPITEL 3

Bröd innehåller mest kolhydrater och proteiner.

Kolhydraterna används främst som energikälla, och proteinerna för att bygga upp organismen.

Proteiner och deras byggstenar aminosyrorna För oss människor är proteiner en nödvändig beståndsdel i maten. Vi kan få i oss proteiner genom att äta mat från djur, som kött och ägg, eller proteinrika växtdelar, som ärter och bönor. Anledningen till att vi behöver proteiner är att vår kropp också byggs upp av dem. I tarmkanalen bryts proteinerna ner till sina beståndsdelar, aminosyrorna, som därefter förs ut till kroppens celler med blodet. I cellerna sätts aminosyrorna ihop till våra egna proteiner. Även alla andra organismer har många olika slags proteiner i sina celler.

23

Spira_2_block1-3.indd 23

2012-05-08 13.36

Björndahl Castenfors

SPIRA 2 är anpassad till ämnesplanen i biologi enligt Gy11. Boken kan användas på gymnasiet, komvux och naturvetenskapligt basår.

Innehållet är rikt med möjlighet till fördjupning och breddning.

I slutet av boken finns frågor på texten som underlättar elevens inlärning.

I serien ingår Spira Biologi 1 Spira Biologi 1 Onlinebok Spira Biologi 2 Spira Biologi 2 Onlinebok Lärarhandledning till Spira Biologi 1 Lärarhandledning till Spira Biologi 2 Spira A Plus och Spira B Plus – interaktiva träningsverktyg på webben, som efter hand anpassas till de nya upplagorna och faktaböckerna.

SPIRA Biologi 2 LIBER

SPIRA Biologi 2

Gunnar Björndahl Johan Castenfors

SPIRA Biologi 2

Best.nr 47-08589-7 Tryck.nr 47-08589-7

omsl_SPIRA2.indd 1

2012-05-08 10.52