9789147126248 by Smakprov Media AB

Björndahl Castenfors

Spira Biologi 2 är anpassad till gymnasiets kurs 2 i biologi och kan därmed även användas på komvux och naturvetenskapligt basår. Boken är indelad i fem block: 1. Biologins karaktär och arbetssätt, 2. Cellen, 3. Mikroorganismer och virus, 4. Växternas och svamparnas fysiologi och 5. Djurens fysiologi med fokus på människan. Texterna är skrivna med en berättande stil och en språklig nivå som passar alla elever. Innehållet är rikt med möjlighet till fördjupning och breddning. I början av boken finns ett uppslag med studietips. I början av varje kapitel anges kunskapskraven samt de viktigaste begreppen. Dessa finns förklarade som marginaltexter inne i kapitlet där de först dyker upp. I slutet av varje kapitel finns en sammanfattning i form av en begreppskarta samt uppgifter av olika kategorier. I Spiraserien ingår: • Spira Biologi 1 • Spira 1 Digitalbok • Lärarhandledning till Spira Biologi 1 • Spira 1 webbapp – digitalt träningsverktyg • Spira Biologi 2 • Lärarhandledning till Spira Biologi 2

SPIRA Biologi 2 LIBER

SPIRA Biologi 2

Gunnar Björndahl Johan Castenfors

SPIRA Biologi 2

Best.nr 47-12624-8 Tryck.nr 47-12624-8

Spira2_omsl_2018.indd 1

2018-06-20 07:51

ISBN 978-91-47-12624-8 © 2018 Gunnar Björndahl, Johan Castenfors och Liber AB Projektledare och redaktör: Cecilia Söderpalm-Berndes Formgivare: Birgitta Ståhlberg Bildredaktör: Mikael Myrnerts Produktionsledare: Adam Dahl Illustratör: Cecilia Lorentzson Omslagsfotograﬁer: 1. Photo Insolite Realite/Science Photo Library/IBL 2. Hannibal Hanschke/Reuters/TT 3. Susumu Nishinaga/Science Photo Library/IBL 4. Dr Klaus Boller/Science Photo Library/IBL 5. Luca Kleeve-Ruud/Samfoto/TT 6. Tambako the Jaguar/Moment RF/Getty Images

Tredje upplagan 1 Repro: Repro 8 AB, Stockholm Tryck: People Printing, Kina 2018

Kopieringsförbud! Detta verk är skyddat av upphovsrättslagen. Kopiering, utöver lärares och elevers begränsade rätt att kopiera för undervisningsbruk enligt BONUS-avtal, är förbjuden. BONUS-avtal tecknas mellan upphovsrättsorganisationer och huvudman för utbildningsanordnare, t.ex. kommuner och universitet. Intrång i upphovsmannens rättigheter enligt upphovsrättslagen kan medföra straﬀ (böter eller fängelse), skadestånd och beslag/förstöring av olovligt framställt material. Såväl analog som digital kopiering regleras i BONUS-avtalet. Läs mer på www.bonuscopyright.se Liber AB, 113 98 Stockholm Kundservice tfn 08-690 90 00 Kundservice.liber@liber.se www.liber.se

Spira_2_INTRO 2018.indd II

2018-06-20 13:57

Ingemar D Kristiansen/Sydsvenskan/IBL 2 Stina Stjernkvist/TT 4 Paul Fearn/Alamy Stock Photo/IBL 5 Sam K Tran/Science Photo Library/IBL 6 Science Photo Library/IBL 10 Wellcome Library London 13 Mary Evans/IBL 15 Wolfgang Rattay/Reuters/TT 16 Hannibal Hanschke/Reuters/TT 17 Susumu Nishinaga/Science Photo Library/IBL 20 Henrik Montgomery/TT 22 Bildagentur-Online/McPhoto-Schultz/Science Photo Library/IBL 26 Helena Larsson/Naturfotograferna/IBL 27 CNRI/Science Photo Library/IBL 32, 36 Medimage/Science Photo Library/IBL 37 Dr Torsten Wittmann/Science Photo Library/IBL 38 Steve Gschmeissner/Science Photo Library/IBL 39 (1) Science Photo Library/IBL 39 (2) Justem Johnsson/Scandinav/TT 42 Shutterstock 44, 45 Alfred Pasieka/Science Photo Library/IBL 48 Yvonne Åsell/SVD/TT 55 Anette Nantell/DN/TT 58 Pontus Lunddahl/TT 61 Cecilia Söderpalm-Berndes 62 Janerik Henriksson/TT 63 Shutterstock 64 Science Photo Library/IBL 65 Matteis/Look at Sciences/Science Photo Library/IBL 66 Bloomberg/Getty Images 67 Isagani Serrano/CPS 69 R.Bick, B. Poindexter, UT Medical School/Science Photo Library/IBL 70 Louise Murray/Science Photo Library/IBL 72 Prof. Dr. H.Oberleitner,University Hospital of Muenster/ Science Photo Library/IBL 74 Eric Grave/Science Photo Library/IBL 78 Professor Miodrag Stojkovic/Science Photo Library/IBL 80 Bengt Ekman/Naturfotograferna/IBL 82 Eye of Science/Science Photo Library/IBL 84 Leonard McCombe/Time & Life Pictures/Getty Image 86 Solvin Zankl/Nature PL/IBL 87 (1) Larry Stepanowicz/Science Photo Library/IBL 87 (2) Dennis Kunkel Microscopy/Science Photo Library/IBL 88 Helmut Rüfﬂer/LOOK/IBL 91 Claude Nuridsany/IBL 92 (1) Jane Burton/Nature Library/IBL 92 (2) Claude Nuridsany/IBL 92 (3) Science Photo Library/IBL 93 Steve Gschmeissner/Science Photo Library/IBL 96 George McCarthy/Naturepl/IBL 98 Science Photo Library/IBL 100 UIG/Getty Images 103 Dr. Gary Gaugler/Science Photo Library/IBL 104 (1) Scimat/Photo Researchers/IBL 104 (2) NIH/IBL 104 (3) Dr. Kari Lounatmaa/Science Photo Library/IBL 105 Science Photo Library/IBL 106 (1) AB Dowsett/IBL 106 (2) Dennis Kunkel Microscopy/Science Photo Library/IBL 107, 108 Anne Dillner/Scandinav/TT 109 (1) Dr. Jeremy Burgess/Science Photo Library/IBL 109 (2) CDC/Cynthia Goldsmith, James A. Comer, Barbara Johnson/ Science Photo Library/IBL 112 (1)

176-400 SPIRA2_kap15-26.indd Avs1:399

Ellen Nielsen Kindstrand/IBL 112 (2) Dr. Klaus Boller/Science Photo Library/IBL 113 H. Gelderblom/Eye of Science/Science Photo Library/IBL 115 Custom Medical Stock Photo/Science Photo Library/IBL 116 Nick Upton/Naturepl./IBL 118 Shutterstock 120–121 Bob Gibbons/Science Photo Library/IBL 123 (1) Shutterstock 123 (2,3) Steve Gschmeissner/Science Photo Library/IBL 124 (1) Biodisc, Visual Unlimited/Science Photo Library/TT 124 (2) Bob Gibbons/Science Photo Library/IBL 125, 126 (1) Bengt Ekman/Naturfotograferna/IBL 126 (2) Ola Jennersten/Naturfotograferna/IBL 127 (1) Dr. Keith Wheeler/Science Photo Library/IBL 127 (2) Mujo Korach/IBL 128 Science Photo Library/TT 130 Dr. Kari Lounatmaa/Science Photo Library/IBL 131 Håkan Berg/Göteborgs Naturhistoriska Museum 132 (1,2) Steve Gschmeissner/Science Photo Library/IBL 136 (1) Gunnar Björndahl 136 (2) Henrik Karlsson/Naturfotograferna/IBL 137 Shutterstock 138 Gert S Laursen/TT 139 Jonas Forsberg/Naturfotograferna/IBL 140 Shutterstock 141 Tomas Munita/The New York Times/TT 142 Marji Lang/LightRocket/Getty Images 146 Science Photo Library/IBL 147 Shutterstock 149–150 (1) Phototake/Alamy 150 (2) Eric Paul Zamora/AP/TT 154 Andrew Syred/Science Photo Library/IBL 156 (1–4) Graham Jordan/Science Photo Library/IBL 157 Robert Llewellyn/Workbook Stock/Getty Images 158 (1) Mike Evans 158 (2) Jan Grahn/Naturfotograferna/IBL 159 (1) Alf Linderheim/Naturfotograferna/IBL 159 (2) Anders Good/IBL 162 Luca Kleve-Ruud/Samfoto/TT 164 (1) Science Photo Library/IBL 164 (2) Bengt Ekman/Naturfotograferna/IBL 165 Science Photo Library/IBL 166 (1) Gunnar Björndahl 166 (2) NSF Photo/Alamy Stock Photo/IBL 167 (1) Science Photo Library/IBL 167 (2) Gunnar Björndahl 168 (1,2) Science Photo Library/IBL 168 (3,4) Torbjörn Lilja/Naturfotograferna/IBL 169 (1) John Mason/Ardea/IBL 169 (2) Gunnar Björndahl 169 (3,4) Andrew Syred/Science Photo Library/IBL 170 Per-Olov Eriksson/Naturfotograferna/IBL 172 (1) Eva Rosenqvist/Biofoto/TT 172 (2) Åke Lindaus samling/IBL 173 (1) Michael Lander/Nordic Photo/Getty Images 173 (2) Monty Rakusen/Cultura RF/Getty Images 174 (1) Science Photo Library/IBL 174 (2) Blickwinkel/Alamy Stock Photo/IBL 176 Janos Jurka/Naturfotograferna/IBL 178 Shutterstock 179 Erling Schön/Naturfotograferna/IBL 181 Shutterstock 182 Torbjörn Lilja/Naturfotograferna/IBL 184 Education Images/UIG/Getty Images 186

F. Soubiros/Sucre Sale/IBL 188 Anders Hofgren/GP/IBL 190 Anders Good/IBL 191 Shutterstock 192–194 Peter Chadwick/Science Photo Library/IBL 196 Science Photo Library/IBL 197 David M. Martin, MD/Science Photo Library/IBL 199 Mediscan/Alamy Stock Photo/IBL 201 (1) BSIP/UIG/Getty Images 201 (2) CNRI/Science Photo Library/IBL 202 Science Photo Library/IBL 204 (1) Åse Bengtsson Helin/Bildhuset/TT 204 (2) Wellcome Library London 205 Science Photo Library/IBL 206 (1) Yasuyoshi Chiba/AFP/TT 206 (2) Oscar Burriel/Science Photo Library/IBL 207 David Munns/Science Photo Library/IBL 210 Simon Fraser/Science Photo Library/IBL 211 Trent Burkholder Photography/Flickr RF/Getty Images 214 Shutterstock 215–218 Science Photo Library/IBL 220 Neale Haynes/Rex Features/IBL 222 K H Fung/Science Photo Library/IBL 224 Doug Perrine/Nature PL/IBL 227 Duncan Usher/Ardea/IBL 228 Mauro Fermariello/Science Photo Library/TT 230 Lotte Fernvall/Aftonbladet/IBL 233 Susumu Nishinaga/Science Photo Library/IBL 236 Daniela Beckmann/Science Photo Library/IBL 237 Fredrik Funck/TT 239 Science Photo Library/IBL 240 Alfred Pasieka/Science Photo Library/IBL 242 Anders Hansson/TT 243 Guldkannan AB 246 Shutterstock 247 Syeve De Neef, VW Pics/Science Photo Library/IBL 248 Gunnar Björndahl 250 Dr Pichard/BSIP/Science Photo Library/IBL 251 Susumu Nishinaga/Science Photo Library/IBL 252 Du Cane Medical Imaging LTD/Science Photo Library/ IBL 253 Mårten Svensson/Lantmännen/TT 254 Shutterstock 256 (1) Eye of Science/Science Photo Library/IBL 256 (2) Shutterstock 257 Frederick Ayer III/Photo researchers/IBL 258 Mujo Korach/IBL 259 Science Photo Library/IBL 260 Dr Oliver Schwartz/Institute Pasteur/Science Photo Library/ IBL 262 Media for Medical/UIG/Getty Images 267 (1) Elisabeth Schneider/Look at Sciences/Science Photo Library/IBL 267 (2) James Cavallini/BSIP/IBL 269 (1) CNRI/Science Photo Library/IBL 269 (2) Patrik Österberg/IBL 270 Dr P. Marazzi/Science Photo Library/IBL 271 Niklas Larsson/DN/TT 276 Avalon/Bruce Coleman Inc / Alamy Stock Photo/IBL 277 Chris Harvey/Ardea/IBL 278 Robert Harding/Alamy Stock Photo/IBL 279 (1) Alexis Rosenfeld/Science Photo Library/IBL 279 (2) D. Roberts/Science Photo Library/IBL 280 (1,2) Science Photo Library/IBL 281 Prof. S. Cinti/Science Photo Library/IBL 283 (1)

BILDFÖRTECKNING

Bildförteckning

2018-06-20 14:19

Innerspace Imaging/Science Photo Library/IBL 283 (2) Science Photo Library/IBL 284 (1) Steve Gschmeissner/Science Photo Library/IBL 284 (2) Kerim Okten/EPA/TT 286 Peter Parks/AFP/TT 287 Science Photo Library RF/Getty Images 288 GJLP/Science Photo Library/IBL 289 (1) Patrik C Österberg/TT 289 (2) Simon Fraser/Science Photo Library/IBL 294 Johan Buvman/Sydsvenskan/TT 298 Thomas Deerinck, NCMIR/Science Photo Library/IBL 299 Science Photo Library/IBL 302 Thomas Deerinck, NCMIR/Science Photo Library/IBL 304 C.J. Guerin,PhD, MRC Toxicology Unit/Science Photo Library/IBL 305 Shutterstock 307 James Cavallini/Photo Researchers/IBL 309 Shutterstock 310 Agelika Warmiuth/DPA/IBL 311 Science Photo Library/IBL 313 Lennart Hyse/TT 314 Science Source/Photo Researcher/IBL 315 Dr. G. Ravily/Science Photo Library/IBL 316 (1–3) Shutterstock 317 Library of Congress/Science Photo Library/IBL 318 Shutterstock 319 Alfred Pasieka/Science Photo Library/IBL 320 (1,2) Charles Platiau/Reuters/TT 321 Science Photo Library/IBL 322 Abir Sultan/EPA/TT 323 Spencer Platt/EPA/TT 325 Brookhaven National Laboratory/Science Photo Library/ IBL 326 Jessica Gow/TT 327 Amit Dave/Reuters/TT 330 Newspix/Rex Features/IBL 332

176-400 SPIRA2_kap15-26.indd Avs1:400

Göran Gustafsson/TT 333 Tambako the Jaguar/Moment RF/Getty Images 334 E/V Nautilus/Wenn.com/IBL 335 Johan Nilsson/TT 336 James Cavallini/Photo Researchers/IBL 338 (1) Steve Gschmeissner/Science Photo Library/IBL 338 (2) Shutterstock 342 Randy Risling/Toronto Star/Getty Images 343 Science Photo Library/IBL 344 Steve Gschmeissner/Science Photo Library/IBL 345 Werner Forman Archive/British Museum, London/IBL 346 Garro/Phanie/Passage/Getty Images 347 (1) Western Ophthalmic Hospital/Science Photo Library/IBL 347 (2) Science Photo Library/TT 349 Pontus Lundahl/TT 352 Mark Brownlow/Nature Library/IBL 354 Robert Henriksson/DN/TT 356 Steve Gschmeissner/Science Photo Library/IBL 357 Joakim Berglund/TT 358 Rick Nederstigt/ANP/TT 361 Staffan Löwstedt/SvD/TT 362 Marja Airio/Lehtikuva/TT 364 Ypsomed 365 (1,2) Shutterstock 366 Science Photo Library/IBL 367 (1) Alfred Pasieka/Science Photo Library/IBL 367 (2) Shutterstock 370 Tom Schandy/NN/Samfoto/TT 371 Nils-Erik Björholt/Samfoto/TT 373 (1) Toby Melville/Reuters/TT 373 (2) Behrouz Mehri/AFP/TT 374 (1) Gustav III med bröde. Oljemålning Alexander Roslin 1771 374 (2) Justem Johnsson/Scandinav/TT 375 Werner Forman Archive/British Museum, London/IBL 376

Fredrik Sandberg/TT 378 Berit Roald/TT 379 (1) Dr P.Marazzi/Science Photo Library/IBL 379 (2) Serge Pouzet/Sipa/TT 380 (1) Bobbo Lauhage/Kamerareportage/TT 380 (2) Gustoimages/Science Photo Library/IBL 380 (3) Grubitzsch Waltraud/DPA/TT 384 Dan Kitwood/Cancer Research UK/Getty Images 385 Shutterstock 386 Gaetan Bally/Keystone/TT 387 Science Photo Library/IBL 388 (1) Burger/Phanie/AFP/TT 388 (2) Sander Koning/EPA/TT 389 Isabell Höjman/TT 390 (1) Bertil Ericson/TT 390 (2) Science Photo Library/IBL 391 Shutterstock 392

2018-06-20 14:19

Spira 2 handlar om hur levande organismer fungerar. Särskilt avsnittet om människans fysiologi, block 5, 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 biologi 1. I block 2 tar vi upp hur cellen fungerar lite mer i detalj. Ett tredje avsnitt i den här boken, block 3, 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 naturen i övrigt heller. Vi människor behöver till exempel bakterier både för mag-tarmkanalens funktion och för att de bildar 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. Det är därför viktigt att du lär dig hur de fungerar. Växter är också bra försöksorganismer för att visa på grundläggande livsprocesser. Svampar är spännande organismer som de flesta inte vet så mycket om. Och vi har användning för många av dem, till exempel inom biotekniken, som är ett område som växer. Växternas och svamparnas fysiologi tar vi upp i block 5. 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 beskriver vi i block 1. 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 nyckelhål. De ingår dock inte i den egentliga texten så du kan alltså hoppas över dem utan att helheten blir lidande. I slutet av varje kapitel finns uppgifter i olika kategorier. Svaren till dessa kan du ladda ner från liber.se Vi kan även rekommendera att du läser texten på nästa uppslag där det finns tips om hur du bäst lär dig. 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

Stockholm i juni 2018

Gunnar Björndahl

Johan Castenfors

III

Spira_2_INTRO 2018.indd III

2018-06-20 13:57

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

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

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 en veckoplanering och bestäm dig för IV

Spira_2_INTRO 2018.indd Avs1:IV

2018-06-20 13:57

MÅL

hur länge du ska läsa varje dag, förslagsvis 30–40 minuter åt gången, följt av en kvarts paus, och så vidare. Det är viktigt att du följer planeringen, så att du känner belöningen i pausen.

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

Stycket är nu klart och du kan börja repetera. • Läs anteckningarna. • Sätt upp dina anteckningar på väggen. • Repetera ihop med en klasskamrat. • Berätta för någon. • Gör minnesramsor.

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

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

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

Spira_2_INTRO 2018.indd Avs1:V

2018-06-20 13:57

Innehåll

BLOCK 1 BIOLOGINS KARAKTÄR OCH ARBETSSÄTT 2 Kapitel 1 Vetenskapen biologi 4 Ett naturvetenskapligt arbetssätt 5 Att formulera och pröva hypoteser 6 Att utvärdera resultat 6 NYCKELHÅL: Statistiska metoder 7 Att bedöma felkällor 9 Att rapportera resultat 10 Att presentera data 10 Kritiskt tänkande 12 Källkritik – att bedöma källors trovärdighet 12 Modeller och teorier som idealisering av verkligheten 13 ”Fakta” förändras 15 Olika paradigm 15 Värderingar i förhållande till biologin 16 Forskningsetik 16 SAMMANFATTNING 18 Uppgifter 18

BLOCK 2 CELLEN 20 Kapitel 2 Samma typer av biomolekyler i alla celler 22 Aminosyror och proteiner 23 Aminosyror 23 Proteiner 24 Kolhydrater 24 Några viktiga enkla sockerarter

(monosackarider) 25 Några viktiga enkla sockerarter 25 Några viktiga sammansatta sockerarter 26 Några viktiga polysackarider 26 Lipider 27 Fettsyror och fetter 27 Fosfolipider 28 Steroider 28 Klorofyll och karotenoider 29 Nukleotider och nukleinsyror 29 SAMMANFATTNING 30 Uppgifter 31 Kapitel 3 Cellen 32 Celler och vävnader 33 Djurceller och växtceller skiljer sig åt 34 Olika organellers funktion 35 Cellmembranet och membraners uppbyggnad 35 Mitokondrier och kloroplaster 36 Endomembransystemet 36 Peroxisomer 37 Cellskelettet 38 Cilier och ﬂageller 39 Stora vakuoler – främst hos växter 39 SAMMANFATTNING 40 Uppgifter 41 Kapitel 4 Cellernas ämnes- och energiomsättning 42 Energin i biosfären 43 Energiomsättningen vid kemiska reaktioner, katalys 44 Aktiveringsenergi sätter igång reak tioner 44 NYCKELHÅL: Termodynamik och ordnade strukturer 45 Katalys – enzymer 45 Cellens ämnesomsättning 47 Cellandning och jäsning 47 Cellandningen 48 NYCKELHÅL: Cellens energiutvinning i detalj 50 Anaerob energiomsättning 55 SAMMANFATTNING 56 Uppgifter 57

Kapitel 5 Vi använder celler och enzymer 57 Olika organismer inom biotekniken 59 Mikroorganismer i naturen 59 ”Odlade” organismer 59 Användningsområden 61 Jordbruk och trädgårdsodling 61 Livsmedelsindustri 62 Sanering 64 Nya bränslen 66 NYCKELHÅL: Energi, sanitet och jordförbättring 68 Läkemedel 68 Etiska aspekter – möjligheter och risker 69 Nya metoder att bota infektionssjukdomar 70 SAMMANFATTNING 71 Uppgifter 71 Kapitel 6 Cellens transportsystem 72 Molekylers rörelse i vätskor och gaser 73 Energiförhållanden vid diffusion 73 Transport genom membranet 74 Passiv transport 74 Osmos 75 NYCKELHÅL: Vattenpotential 76 Aktiv transport 76 Membranpotential 77 Endo- och exocytos 77 Transport inne i cellen 78 SAMMANFATTNING 79 Uppgifter 79 Kapitel 7 Cellers kommunikation och utveckling 80 Cellen anpassar sina aktiviteter 81 Allt DNA är inte aktivt 82 Vad får cellen att reagera? 82 NYCKELHÅL: Blåstången styrs av månen 82 Signalöverföring 84 Celler differentieras 85 NYCKELHÅL: Celldifferentiering 86 Från en enda cell till en hel individ 87 Könlös förökning 87 Könlig förökning 87 Befruktningen 88

Spira_2_INTRO 2018.indd Avs1:VI

2018-06-20 13:57

BLOCK 4 VÄXTERNAS OCH SVAMPARNAS FYSIOLOGI 118

BLOCK 3 MIKROORGANISMER OCH VIRUS 96 Kapitel 8 Bakterier och arkéer och virus 98 Prokaryoter skiljer sig från eukaryoter 99 Arkéer 100 NYCKELHÅL: Alla hänger ihop: arkéer, eukaryota organismer och bakterier 101 NYCKELHÅL: Biogas - från matrester 102 Bakterier 102 Att studera bakterier 102 Bakteriecellers utseende och uppbyggnad 104 Bakteriers yttre hölje 105 Endosporbildning 106 Bakteriers genetiska material 106 Bakteriers ämnesomsättning 107 NYCKELHÅL: Kemoautotrofa bakterier 108 Speciella typer av ämnesomsättning 109 SAMMANFATTNING 110 Uppgifter 110 Kapitel 9 Virus 112 Virus evolution 113 Virus förökning 113 Virus livscykler 114 Virustyper 116 Viroider och prioner 116 SAMMANFATTNING 117 Uppgifter 117

Kapitel 10 Växternas byggnad och levnadssätt 120 Vi behöver alltid växter 121 Att leva som växt 122 Växtens organ och vävnader 123 Tillväxtvävnad, meristem 124 Cellvägg av cellulosa och andra biopolymerer 124 Växters förökningssätt och individens livslängd 125 Indelning av växter 125 Livscykeln hos blommande växter 127 NYCKELHÅL: Livscykeln hos mossor och ormbunkar 128 SAMMANFATTNING 129 Uppgifter 129 Kapitel 11 Växternas autotrofa liv 130 Fotosyntesen 131 Kloroplastens struktur 131 Fotosyntesens totala reaktion 132 Två serier av reaktioner 133 NYCKELHÅL: De fotokemiska reaktionerna i detalj 134 Fotosyntes i olika miljöer 136 Fotosyntes och ljusstyrka 137 Fotosyntes och temperatur 137 Fotosyntes och koldioxidhalten 138 Fotosyntes och vattentillgång 139 NYCKELHÅL: Andra aspekter på fotosyntes och klimat 141 Växternas behov av mineralnäringsämnen 142 SAMMANFATTNING 144 Uppgifter 145

Kapitel 12 Växternas transportsystem 146 Vattentransporten i växten 147 Xylemet, veddelen 147 Vattentransportens mekanism 148 Aktiv transport i rötterna 149 Avdunstning i bladen – transpiration 149 Transport av organiska ämnen 150 Floemet, sildelen 150 NYCKELHÅL: Sätt att studera växternas transportsystem 152 SAMMANFATTNING 153 Uppgifter 153

INNEHÅLL BLOCK I– 1– IV 4

Differentieringen – cellerna får olika specialisering 88 Från tidig utveckling fram till födseln 90 Apoptos – programmerad celldöd 92 Meristem och stamceller 93 SAMMANFATTNING 94 Uppgifter 95

Kapitel 13 Samordning av växtens liv 154 Växters liv 155 Livet för en ettårig växt 155 En växtcell tar emot intryck 156 Reaktion på ljussignaler 156 NYCKELHÅL: Mörkrött ljus stoppar fytokromet 157 Reaktion på tyngdkraften – gravitropism 158 Reaktion på växthormoner 159 NYCKELHÅL: Olika växthormoner och deras funktion 159 SAMMANFATTNING 161 Uppgifter 161 Kapitel 14 Svamparnas fysiologi 162 Svamparnas uppbyggnad 163 Svamparnas indelning 164 Svamparnas ämnesomsättning 164 Svamparnas levnadssätt i naturen 165 Nedbrytare 165 Parasiter 165 NYCKELHÅL: Mer om parasitsvampar 166 Mutualism 167 NYCKELHÅL: Specialisering när det gäller mykorrhiza 169 Svampars reaktion på omgivningen 170 Svamparnas förökningssätt 170 Könlös fortplantning 171 Könlig fortplantning 171 NYCKELHÅL: Svampgifter 172 Svamparnas betydelse för människan 174 SAMMANFATTNING 175 Uppgifter 175 VII

Spira_2_INTRO 2018.indd Avs1:VII

2018-06-20 13:57

SAMMANFATTNING 212 Uppgifter 212

BLOCK 5 DJURENS FYSIOLOGI med fokus på människan 176 Kapitel15 Inledande fysiologi 178 Djur är ﬂercelliga heterotrofer 179 Flercellighet kräver samordning och kommunikation 180 Energibehovet 181 Jämnvarm – växelvarm 181 Vävnader – cellernas organisation i större ﬂercelliga djur 183 SAMMANFATTNING 185 Uppgifter 185 Kapitel 16 Näring, näringsupptag och matspjälkning 186 Kost och näringsämnen 187 Kostråd 188 Kolhydrater 189 Fetter 190 Proteiner 190 Vitaminer 191 Mineralämnen 193 Djurens matspjälkningsorgan 194 Principen för födans nedbrytning 196 Människans matspjälkning – steg för steg 198 NYCKELHÅL: Endoskopi, undersökning av mag- och tarmkanalen 201 NYCKELHÅL: Människan och de snälla tarmbakterierna 204 Reglering av matspjälkningen 206 Några sjukdomar kopplade till matspjälkning 206 Sjukdomar kopplade till näringsbrist – situationen i Sverige 206 NYCKELHÅL: Ätstörningar 207 Sjukdomar kopplade till för lite näring – globalt 208 Sjukdomar kopplade till för mycket näring 209 Sjukdomar i matspjälkningssystemet 211

Kapitel 17 Gasutbyte – andning 214 Olika andningssystem 215 Djur i vatten eller fuktiga miljöer 215 Djur på land 216 Människans andningsorgan 219 Några sjukdomar i andningssystemet 220 NYCKELHÅL: Regleringen av andningen 221 NYCKELHÅL: Mer om andning 222 SAMMANFATTNING 223 Uppgifter 223 Kapitel 18 Cirkulation och transport 224 Olika transportsystem 225 Öppet blodkärlssystem 226 Slutet blodkärlssystem 226 Människans cirkulationssystem 229 Vad sker när hjärtat drar ihop sig? 231 Blodkärlen 232 Blodtrycket 233 Blodets sammansättning 234 NYCKELHÅL: Kolmonoxidfaran 236 Blodgrupper 237 NYCKELHÅL: Blodgivning 239 Blodets koagulering – levring 240 Lymfkärlssystemet 241 Några sjukdomar i cirkulationssystemet 242 SAMMANFATTNING 244 Uppgifter 245 Kapitel 19 Exkretion – utsöndring 246 Osmoreglering 247 Olika utsöndringsprodukter 248 Saltexkretion – saltbalans 248 Kväveutsöndring 249 Olika utsöndringssystem 250 Människans utsöndringssystem – njurarna 251 Njurarnas arbete mer i detalj 252 Reglering av njurarnas arbete 253 Några sjukdomar i njurar och urinvägar 253 SAMMANFATTNING 255 Uppgifter 255

Kapitel 20 Kroppens försvar – immunitet 256 Växternas försvar 257 Djurens försvar 258 Ryggradsdjurens försvar – en översikt 258 Människans försvar 259 Första försvarsnivån – mekaniska och kemiska barriärer 259 Andra försvarsnivån – icke specifika vita blodkroppar 260 Tredje försvarsnivån – specifika vita blodkroppar 262 NYCKELHÅL: Ny forskning om antikroppar 264 Sammanfattning av immunförsvarets funktionella indelning 265 Immunitet 266 NYCKELHÅL: Massvaccination 267 Ibland aktiveras försvaret felaktigt 268 Några olika infektionssjukdomar 270 Bakterieinfektioner 270 Virusinfektioner 271 Andra slags infektioner 272 NYCKELHÅL: Hiv och aids 272 SAMMANFATTNING 274 Uppgifter 275 Kapitel 21 Rörelseapparaten 276 Djur rör sig på olika vis 277 Skelettets funktioner 278 Människans rörelseapparat 280 Skelettet 280 Leder och fogar 282 Muskler 282 NYCKELHÅL: Muskelns kontraktion 285 Träningens konsekvenser 287 Skador i skelett och muskler 288 SAMMANFATTNING 290 Uppgifter 291 Kapitel 22 Nervsystemet 292 Två kommunikationssystem 293 Nervsystem hos några djurgrupper 294 Människans nervsystem 295 Sensoriska och motoriska nerver, och interneuroner 295 Sammanfattning, nervsystemets funktionella indelning 297 NYCKELHÅL: Reflexer 298 Nervcellen 299 Nervsignalen 300 Synapsen – nervceller kommunicerar 303

VIII

Spira_2_INTRO 2018.indd Avs1:VIII

2018-06-20 13:57

Kapitel 23 Sinnen 330 Olika slags sinnesreceptorer 331 Människans sinnen 333 Hudsinnen 334 Synsinnen – en jämförelse 335 Människans synsinne 336 NYCKELHÅL: Hornhinnetransplantation 337 NYCKELHÅL: Mer om synreceptorer 339 Hörsel och balans 340 Örat och hörseln 340 Balans och läge 343 NYCKELHÅL: Balansproblem 343 Lukt och smak 344 NYCKELHÅL: Kroppsdofter och parfymer 346 Några sjukdomar kopplade till våra sinnen 347 Några av synsinnets sjukdomar 347

Några av hörselsinnets sjukdomar 348 SAMMANFATTNING 350 Uppgifter 351 Kapitel 24 Hormoner och kemisk reglering 352 Olika typer av kemiska signaler 353 NYCKELHÅL: Feromoner 354 Hormoner 355 Svar på miljöförändringar 355 Ett exempel på hormonell styrning – blodets halt av glukos 356 Olika typer av hormoner 356 NYCKELHÅL: Anabola steroider 358 Endokrina körtlar 359 Stress 361 NYCKELHÅL: Några andra hormonproducerande körtlar 362 Menstruationscykeln 363 Hormoner och transmittorsubstanser styr kärlekens biologi 364 Några sjukdomar kopplade till hormonsystemet 365 SAMMANFATTNING 368 Uppgifter 369

Kapitel 26 Fysiologiska/ medicinska undersökningsmetoder 384 Medicinsk metodik 385 Undersökningsmetoder 386 Läkarens arbete och diagnos 390 Analyser och analysmetoder 391 Medicinsk etik 392 NYCKELHÅL: CRISPR, metoden som revolutionerar gentekniken 393 SAMMANFATTNING 394 Uppgifter 394

INNEHÅLL BLOCK 5

NYCKELHÅL: Nervsystemets transmittorsubstanser 304 Centrala nervsystemet, CNS 305 Hjärnans anatomi 306 NYCKELHÅL: Glimtar ur hjärnforskningens historia 310 Minnet 310 NYCKELHÅL: Långtidsminnets olika rum 312 Sömn 312 NYCKELHÅL: Hur vet du var du är och hur hittar du tillbaka? 314 Några sjukdomar i nervsystemet 315 NYCKELHÅL: Neurologiska sjukdomar överförda från djur 317 Droger – en ﬂykt från verkligheten 318 Restriktioner mot droger 318 Alkohol 319 Nikotin 320 Narkotika 321 NYCKELHÅL: Den speciella tonårshjärnan 324 NYCKELHÅL: Nätdroger 327 SAMMANFATTNING 328 Uppgifter 329

Kapitel 25 Kärlek, sex och sånt 370 Sex är ett resultat av evolutionen 371 Kön och könstillhörighet 372 Könsidentitet 373 Sexuell läggning 374 Manligt och kvinnligt – vad är det? 374 Vilken betydelse har sex för oss, människan? 375 Omskärelse 376 Sexuellt överförbara sjukdomar 376 Sex, javisst – men utan graviditet som följd 378 Preventivmedel och preventiva metoder 378 Abort 381 SAMMANFATTNING 382 Uppgifter 383

Spira_2_INTRO 2018.indd Avs1:IX

2018-06-20 13:57

Biologins karaktär och arbetssätt

002-117 SPIRA2_block1.indd Avs1:2

2018-06-20 14:09

BLOCK • KAP. 1 BLOCK1ETT

Biologi är en naturvetenskap i sig, men även en del av den samlade naturvetenskapen. Som all annan naturvetenskaplig forskning bygger biologisk forskning på att man har lagt märke till ett fenomen1 och vill ta reda på hur det fungerar. Då formulerar man en hypotes som kan testas. Utifrån resultatet av testningen kan man förhoppningsvis beskriva hur fenomenet fungerar och så småningom bygga en teori. Verksamheten inom biologin sker i samspel med det övriga samhället. Forskningens inriktning påverkas både av samhällets behov och av de värderingar som ﬁnns i samhället. Resultaten kan också leda till en omprövning av samhällets värderingar. Ett exempel är utvecklingen av transplantationskirurgin. När läkarna ﬁck metoder att bemästra2 problemet med avstötning av transplanterade organ utvecklades den här grenen av sjukvården snabbt. Men efter hand dök det upp ett problem: Det fanns inte tillräckligt med organ för transplantation. Organen måste ofta tas från en frisk person som har 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 måste transplanteras omedelbart innan det blir förstört (hjärtvävnaden dör). Därför ändrades lagstiftningen i många länder till att en person anses vara avliden3 vid hjärndöd, även om hjärtat fortfarande slår. 1

Fenomen: en företeelse som vi kan uppfatta med våra sinnen.

Bemästra: klara av, behärska

Avliden: död

CENTRALT INNEHÅLL: • Modeller och teorier som idealiseringar av verkligheten. Modellers och teoriers giltighetsområden samt hur de kan utvecklas, generaliseras eller ersättas av andra modeller och teorier över tid. • Avgränsning och studier av problem och frågor med hjälp av biologiska resonemang. • Frågor om religion, etik och hållbar utveckling kopplade till biologins olika arbetssätt och verksamhetsområden.

Ett hjärta som ska transplanteras.

002-117 SPIRA2_block1.indd Avs1:3

2018-06-20 14:09

Vetenskapen biologi KAPITEL 1 Blodtransfusion: överföring av blod från en (frisk) person till någon som behöver blod (som har råkat ut för en skada eller har svårt att själv bilda tillräckligt med blod). Blodgrupp: Typ av blod – se även s. 237, beroende på yt-egenskaper på de röda blodkropparna.

Rhesusfaktorn, Rh: En ytterligare egenskap hos människans blod – man kan vara Rh-positiv eller negativ.

Människorna har länge vetat att blodet har med livet att göra. Om man förlorar mycket blod är det ju stor risk att man dör. Ibland måste man därför få blod från en annan person genom blodtransfusion. Men fram till cirka år 1900 misslyckades de flesta blodtransfusioner – patienter dog när de fick främmande blod. Då konstaterade den österrikiske läkaren Karl Landsteiner att människor hör till en av fyra olika blodgrupper – A, AB, B eller 0 – och om man får blod från den egna blodgruppen fungerar blodtransfusionen! Karl Landsteiner fick nobelpriset år 1930 för sin upptäckt. År 1940 insåg samme forskare att det här med blodgrupper är mer komplicerat än så. Då upptäckte han Rhesusfaktorn, Rh, som kan vara positiv eller negativ. Det här kan du läsa mer om på s. 238. Upptäckten att människor hör till olika blodgrupper är ett typiskt exempel på resultat av biologisk forskning – och ofta upptäcker man fler och fler detaljer ju längre arbetet fortskrider, och det var ju precis det Landsteiner gjorde. Biologi är alltså den del av naturvetenskapen som undersöker och beskriver de levande organismerna. Biologisk forskning strävar därför efter att förbättra vår kunskap om levande organismer. Och för att få mer kunskap krävs att vi tillämpar ett naturvetenskapligt arbetssätt.

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

002-117 SPIRA2_block1.indd Avs1:4

2018-06-26 08:49

BLOCK 1 • KAP. 1

När du har läst kapitlet ska du ha kunskap om… • hur vetenskapligt arbete går till inom biologin, • hur olika uppfattningar (teorier, paradigm) inom biologin har förändrats under århundradena, • några statistiska metoder, och vilka slutsatser man kan dra av statistiska test, • kritiskt tänkande vid biologiskt arbete och vid studier av andras forskningsresultat, • varför det behövs källkritiskt tänkande inom alla vetenskaper, • hur våra värderingar, särskilt etiska värderingar, kommer in i samband med naturvetenskapligt arbete.

Viktiga begrepp detaljerad modell etiska värderingar experiment grundforskning humoralpatologi hypotes kontroll kontrollerade observationer *korrelation

kritiskt tänkande källkritik modell *nollhypotes paradigm paradigmskifte primära källor sekundära källor statistiska metoder *statistiskt signiﬁkant

teori tillämpad forskning *t-test vetenskaplig rapport naturvetenskapligt arbetssätt värderingar

Ett naturvetenskapligt arbetssätt Då och då träﬀar vi på oförklarliga biologiska fenomen. För att få en förklaring till fenomenet gäller det då att gå systematiskt till väga – att tillämpa ett naturvetenskapligt 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. Du har redan läst om det naturvetenskapliga arbetssättet i bland annat Biologi 1, så det du känner att du redan kan – och inte behöver repetera – kan du hoppa över i det här avsnittet.

Naturvetenskapligt arbetssätt: att undersöka ett fenomen på ett systematiskt sätt, och helst formulera och pröva hypoteser.

Karl Landsteiner tillämpade ett naturvetenskapligt arbetssätt. Det innebär bland annat att han arbetade systematiskt. Utan det här arbetssättet hade han aldrig kunna dra de viktiga slutsatserna om blodgruppssytemen.

002-117 SPIRA2_block1.indd Avs1:5

2018-06-20 14:09

Att formulera och pröva hypoteser

Hypotes: förslag till förklaring av hur ett (biologiskt) fenomen fungerar. Experiment: en hypotesprövning som utformas så att det går att jämföra en kontroll med en eller ﬂera behandlingar. Kontrollerad observation: i de fall det inte går att utföra experiment, testas en hypotes genom att man ”bara” studerar fenomenet. Kontroll: när man gör ett experiment måste man dels ge en grupp en viss behandling, dels ha en annan grupp som inte får behandlingen, alltså en kontroll, så att det går att upptäcka om behandlingen har någon effekt.

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

Det ﬁnns många anledningar till att man vill undersöka olika fenomen. Det kan röra sig om att • man ser ett visst mönster, • man ser avvikelser från ett mönster, • det har utvecklats nya analysmetoder, så att det går att göra undersökningar som tidigare inte var möjliga, • man har utvecklat en matematisk modell. Ett forskningsprojekt börjar med att man formulerar en hypotes som kan tänkas förklara det man har lagt märke till. 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”. När hypotesen har testats kan den sedan antingen godtas eller förkastas. Om hypotesen måste förkastas helt och hållet får man tänka ut en ny hypotes som skulle kunna förklara fenomenet. Alla observationer och experiment som syftar till att testa en hypotes brukar innebära att man jämför minst två grupper. Grupper i det här sammanhanget kan vara individer, populationer eller ekosystem. Den ena gruppen utsätts för den påverkan som man enligt hypotesen anser ska ge ett visst resultat. Den andra utsätts inte för denna påverkan, men är i övrigt likvärdig – en 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 veta, att det inte går att ha fullständig kontroll över allting, särskilt inte vid biologiska undersökningar. För att minska risken för slumpmässiga skillnader bör man exempelvis ha samma inavlade stam av försöksdjur eller odlade växter för både experimentet och kontrollen. När det gäller växter är det viktigt att man fördelar experiment och kontroll på olika odlingslotter på ett sådant sätt att ljus, skugga, vattenhalt i jorden, och så vidare, varierar så lite som möjligt. Även kontrollerade observationer bör utföras när förutsättningarna är så likartade som möjligt, annars går det inte att göra några jämförelser.

Att utvärdera resultat Statistiska metoder: att med hjälp av matematiska beräkningar avgöra om ett visst resultat som tyder på att grupper skiljer sig åt beror på slumpen eller om det ﬁnns en verklig skillnad. Metoderna använder medelvärdet och spridningen av mätresultat.

Ibland ger undersökningar så lättolkade resultat, att man direkt kan svara på om hypotesen kan godtas eller måste förkastas. Men inom vetenskapen biologi är det sällan så enkelt. I stället är det vanligt att man får mycket varierande mätvärden. Då krävs det statistiska metoder för att utvärdera resultaten och se om hypotesen kan stämma eller inte. Men man kan ändå aldrig vara helt säker. Om den statistiska metoden visar att det är mindre än 5 % sannolikhet att en skillnad vi ser bara beror på slumpen, så kan det ju faktiskt en gång på 20 bero på slumpen!

002-117 SPIRA2_block1.indd Avs1:6

2018-06-20 14:09

Statistiska metoder Ofta varierar mätvärdena inom biologisk forskning, även om man har försökt att vara mycket noggrann och att undvika slarvfel. Om man kan bortse från problem med apparaturen (utrustningen), så beror en del av variationen på att organismer är olika, och att alla inte påverkas likadant av en viss behandling. Här nedan och på

nästa sida beskriver vi kortfattat tre allmänt använda statistiska metoder. Vid statistiska test brukar man utgå från en nollhypotes, som ofta är tvärt emot vad man egentligen vill visa – och så är fallet i de två första metoderna som vi beskriver. Man vill då ofta visa att sannolikheten är låg för att nollhypotesen är sann. Ofta säger man, att om denna

Nollhypotes: kan betyda två något olika saker: 1) att det inte är skillnad mellan experiment och kontroll (gäller för bland annat t-test och test av korrelation), 2) det resultat man bör få enligt en viss teori (gäller bland annat för chi2-test).

sannolikhet är mindre än 5 %, så är resultatet av undersökningen statistiskt signiﬁkant. Det betyder att det är troligt att skillnaden som har uppmätts beror på en verklig skillnad, och inte på slumpen. Nu ska vi beskriva tre olika statistiska metoder som ofta används i biologisk forskning.

BLOCK KAP.11 BLOCK ETT 1• •KAP.

NYCKELHÅL:

Statistiskt signiﬁkant: när det är troligt att skillnader i uppmätta värden (exempelvis mellan behandling och kontroll) är uttryck för en verklig skillnad och inte bara beror på slumpmässig variation.

t-test Det man vill ta reda på med det här testet är om medelvärdena på exempelvis tillväxt eller storlek skiljer sig mellan två typer av behandlingar, eller om de bara verkar 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 större ju mindre spridningen är mellan värdena som ger det ena respektive det andra medelvärdet. Ju högre värdet är, desto större är sannolikheten att skillnaden är ”verklig”, 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 ﬁnns någon skillnad alls, 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 bland annat med 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 vara signiﬁkant. Vi tar också ett exempel: Om vi behandlar växter med ett hormon inom gruppen gibberelliner (se kapitel 13) brukar de växa sig längre än annars. Men resultatet blir aldrig att alla olika växtindivider blir exakt lika långa, även om de får samma behandling. Vi kan tänka oss att ärtplantor har behandlats med en väldigt låg dos gibberellin, så att plantorna i den behandlade gruppen får den här längden, i centimeter: 55, 45, 52, 53, 48, 47, 49, 56 Medelvärde: 50,625, SD: 3,96 Och i kontrollgruppen, som inte har

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

t-test: jämförelse mellan två olika uppsättningar mätvärden, för att avgöra om de skiljer sig åt på ett statistiskt signiﬁkant sätt.

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

002-117 SPIRA2_block1.indd Avs1:7

2018-06-20 14:09

Korrelation – samband mellan olika mätvärden

kvinnliga respektive manliga elever som syns i det mittersta respektive högra diagrammet. För kvinnliga gymnasister ser det ut att finnas ett negativt samband, en negativ korrelation, mellan längd och vitalkapacitet medan det för de manliga verkar finnas en positiv korrelation – det vill säga, att 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. Det går att utläsa i en tabell vad korrelationskoefficienten minst måste vara för att man ska kunna säga att sannolikheten

Som exempel kan vi ta mätning av lungornas vitalkapacitet och sambandet mellan den och försökspersonens längd. Vitalkapacitet är hur stor volym luft som man maximalt kan blåsa ut efter en djup inandning. I bruksanvisningen till mätutrustningen finns en tabell. Med de mätvärden som visas i diagrammet till vänster för män respektive kvinnor ser vi ett tydligt samband – men sedan är frågan vad som är orsak och verkan, och om det alls finns något orsakssamband. När man gjorde mätningar på gymnasieelever fick man i stället det resultat för

vitalkapacitet, m3

är för låg för att det bara ska vara slumpen som avgör var punkterna hamnar i diagrammen. För kvinnliga gymnasister blir korrelationskoefficienten -0,45262, vilket inte är tillräckligt för statistisk signifikans. Vi kan alltså inte säga att ”ju längre flickor, desto 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 för att den här fördelningen beror på slumpen är cirka 2 %. ”Ju längre en grabb är, desto större vitalkapacitet har han” skulle alltså vara en rimlig slutsats. Korrelation: om en uppsättning mätningar visar ett tydligt samband med en annan mätning, exempelvis längd respektive lungkapacitet för olika individer.

vitalkapacitet, m3

5000

4000

3000

2000

1000

kvinnor

män

3000 2000

0 140

150

160

170

180

190

längd i cm

Chi2-test Chi2-test är ytterligare en statistisk metod som används inom biologin 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 man borde ha fått enligt teorin. Chi2-tester används ofta inom den klassiska 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. Generna för egenskaperna ﬁnns på olika kromosomer. Majsfröna kan dels vara mörka eller ljusa, dels släta eller skrynkliga. För att fröna ska bli ljusa res-

1000

150

160

170

180

175

längd i cm

pektive skrynkliga måste de ha två recessiva alleler, medan allelerna för mörk färg respektive slätt skal är dominanta (se Spira 1 s. 61). Om den här teorin stämmer blir det i den andra dottergenerationen (F2), efter korsning mellan två helt homozygota majsplantor, följande fördelning av olika typer av frön: 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

180

185

190

längd i cm

hur mycket får resultatet avvika för att vi ändå ska kunna säga att det rör sig om recessiva respektive dominanta alleler på två olika kromosomer? Vi prövar två olika resultat: Resultat 1: 179 mörka släta 61 ljusa släta 59 mörka skrynkliga 21 ljusa skrynkliga Resultat 2: 168 mörka släta 67 ljusa släta 76 mörka skrynkliga 9 ljusa skrynkliga. Med hjälp av Chi2 testar vi om nollhypotesen stämmer, alltså om vi får ett talförhållande som liknar 180:60:60:20.

002-117 SPIRA2_block1.indd Avs1:8

2018-06-20 14:09

Ett korsningsschema, som visar den teoretiska bakgrunden till fördelningen av frön med olika egenskaper 9:3:3:1. M: allelen för mörk färg (dominant), m: allelen för ljus färg (recessiv), R: allelen för släta frön (dominant), r: allelen för skrynkliga frön (recessiv).

honliga könsceller

hanliga könsceller

MMRR

MMRr

MmRR

MmRr

MMRr

MMrr

MmRr

Mmr r

MmRR

MmRr

mmRR

mm Rr

MmRr

Mmrr

mmRr

mmr r

BLOCK 1 • KAP. 1

Med chi2-test får vi då följande sannolikheter: I det första fallet 0,99, det vill säga 99 %, i det andra fallet 0,0076, det vill säga 0,76 %. I det första fallet är det då rimligt att det handlar om dihybrid korsning enligt teorin, men inte i det andra fallet.

Att bedöma felkällor Om vi ska testa en hypotes är det naturligtvis bäst om de grupper vi använder som försöksorganismer (”behandlade” och ”kontroll”), bara skiljer sig åt i just den egenskap som vi ska undersöka. Men om vi inte har tillgång till genetiskt identiska individer, som klonade växter, och vi inte kan se till att miljöförhållanden är exakt likadana, så är risken stor att försöksorganismerna och miljön skiljer sig även på andra sätt. De här problemen är svårare att göra något åt än de fel som uppstår på grund av mätapparatur som ger felaktiga mätvärden, eller slarv av de personer som har utfört arbetet. För att minska risken för felmätande utrustning och slarv, är det bäst att låta flera personer göra analyser oberoende av varandra, och med samma apparat respektive flera apparater av samma typ. I många biologiska undersökningar gör variationen mellan försöksindividerna att variationen i resultat blir större än den rent ”tekniska” osäkerheten med apparaturen. För att kunna dra slutsatser om det verkligen är någon skillnad mellan behandling och kontroll använder vi alltså statistiska metoder. Ett annat sätt att ta reda på om en observerad skillnad verkligen beror på det som har formulerats i hypotesen, är att se om idéerna som hypotesen bygger på kan ge upphov till andra testbara hypoteser. Ju fler hypoteser om samma större frågeställning som visar sig stämma, desto troligare är det 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 behandlar de här två gräsbestånden olika, så vet man därför inte om det är behandlingen eller odlingsförhållandena som gör att det blir en skillnad i tillväxt.

002-117 SPIRA2_block1.indd Avs1:9

2018-06-20 14:09

Att rapportera resultat I en rapport om resultaten från en undersökning, är det viktigt att man beskriver metoderna som man har använt 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 att undersökningen genomfördes, och vilken hypotes som man testade. Resultaten presenteras i diagram och/eller tabeller, så att läsaren själv kan se om undersökningen gav förväntat resultat utifrån hypotesen. Utifrån resultaten drar sedan rapportförfattaren slutsatser. I rapportens sista avsnitt, ”Diskussion”, tar rapportförfattaren upp det som kan vara problematiskt. Hen tar även upp hur den egna undersökningen stämmer med, eller strider mot, resultatet av andra undersökningar som har publicerats inom samma ämnesområde. När man skriver en vetenskaplig rapport måste man alltid 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 av detta. Så här ser en vetenskaplig rapport ofta ut. Den är indelad efter ett system, som underlättar för läsaren att följa tankegången hos forskaren som har skrivit den.

Vetenskaplig rapport: en skrift (uppsats) om ett forskningsresultat som man har uppnått. Ofta skickas rapporten in till en vetenskaplig tidskrift.

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

Att presentera data Forskare rapporterar ofta sina mätdata från undersökningar i form av tabeller och/eller diagram. Därför är det viktigt för alla som ägnar sig åt biologisk vetenskap att både kunna förstå innehållet i tabeller och diagram, och att själv kunna presentera data på det viset. I slutet av kapitlet ﬁnns några allmänna övningsuppgifter om datapresentation. Dessutom tar vi upp datatolkning i ﬂera olika avsnitt i boken. 10

002-117 SPIRA2_block1.indd Avs1:10

2018-06-20 14:09

BLOCK 1 • KAP. 1

Tabeller och diagram I tabeller och diagram är det viktigt att ordna mätresultaten på ett sådant sätt att mottagaren (läsaren) får en god överblick, så att hen kan dra egna slutsatser ur materialet, och förstå varför rapportförfattaren också drog sina slutsatser. Det är inte alltid så lätt för en läsare att förstå tankegångarna om alla mätdata presenteras. Därför bearbetar rapportförfattaren ofta de ursprungliga mätvärdena så att tabellen till exempel visar medelvärden och mätvärdenas spridning. Då blir det enklare för läsaren att förstå resonemanget. Men det måste förstås framgå att det är fråga om bearbetade data. I diagram gör man om sina mätvärden till grafiska figurer, exempelvis tårtdiagram, stapeldiagram eller olika typer av linjediagram (grafer). Precis som med tabeller så är syftet med grafiska figurer att presentera data så att läsaren snabbt får en överblick, och kan dra egna samt förstå rapportförfattarens slutsatser.

Exempel på linjediagram, stapeldiagram och tårtdiagram (cirkeldiagram).

medeltemperatur/°C

När man konstruerar linjediagram eller stapeldiagram är det viktigt vad som presenteras på de olika axlarna, och hur olika måttenheter anges. Man utformar oftast experiment respektive gör kontrollerade observationer så att man har en oberoende variabel, exempelvis tid, olika koncentrationer av en kemikalie, eller temperaturen, och en beroende variabel, som är någon form av ”svar” på hur en organism (cell, enzym) reagerar. I ett diagram anges den oberoende variabeln på x-axeln och den beroende på y-axeln. Ett exempel är medeltemperaturen under årets månader – tiden är den oberoende variabeln, som anges på x-axeln, och medeltemperaturen den beroende variabeln, som bör vara på y-axeln (se ﬁguren). 20

Linjediagrammet visar medeltemperaturen för årets månader på en viss plats.

-5

jan

feb mar apr maj

jun

jul

aug sep

okt nov dec månad

Ofta diskuterar man hur skalan på axlarna ska utformas. Helst bör skalan inte vara ”avbruten” – i alla fall så bör y-axeln, som ju visar den beroende variabeln, börja på noll. Men ibland är det inte rimligt, exempelvis när man studerar organismers (cellers, enzymers) aktivitet i förhållande till temperaturen – x-axeln kan ju inte rimligen börja vid absoluta nollpunkten! 11

002-117 SPIRA2_block1.indd Avs1:11

2018-06-20 14:09

Kritiskt tänkande Kritiskt tänkande: att göra en kvaliﬁcerad bedömning av vad olika författare/personer påstår utifrån sina forskningsresultat (eller sammanställningar av många forskningsresultat).

I vardagsspråket menar vi ofta att någon är ”kritisk” när hen tycker illa om något. I vetenskapliga sammanhang betyder ”kritik” i stället ”kvaliﬁcerad bedömning”. När man ägnar sig åt naturvetenskap, bland annat biologi, innebär kritiskt tänkande att verkligen undersöka olika forskares påståenden och slutsatser och bedöma om dessa är rimliga. Det är också viktigt att vara medveten om, att studier av biologiska fenomen kan medföra många svårigheter. Både vid studiet av enskilda celler, av hela organismer och av ekosystem, så är det viktigt att ha klart för sig att organismerna varierar på många olika sätt. Det är knappast möjligt att ha överblick över allting som kan variera.

Att läsa tabeller och diagram Var kritisk när du tolkar tabeller och diagram! Ställ dig frågan: Går det verkligen att ur tabellen eller diagrammet dra de slutsatser som rapportförfattaren gör? Har någon av axlarna i ett diagram ”avbruten skala” på ett sådant sätt att skillnader mellan olika behandlingar överdrivs? Är tabellen utformad så att den verkligen visar på jämförelser av samma sak, alltså samma typ av mätning, i de olika fallen? Om inte, vad är problemet? Det här gäller förstås också tabeller och diagram baserade på mätdata från dina egna undersökningar och labbar!

Källkritik – att bedöma källors trovärdighet Källkritik: att bedöma rimligheten av det som påstås i rapporter och media. Primär källa: en direkt redogörelse för en viss undersökning, ofta i form av en vetenskaplig rapport. Sekundär källa: en sammanställning av vad andra forskare har presenterat, och ibland ett referat av många primära källor i media.

1 Trovärdighet: något som går att lita på – som är trovärdigt.

Ett kritiskt tänkande innefattar också källkritik. När man är källkritisk försöker man avgöra om påståendena i tidskrifter, på Internet, eller i andra media går att lita på – om källan till påståendena är säker. Här är några tumregler att hålla sig till: När det gäller texter så skiljer man mellan primära och sekundära källor. Det gäller både tryckta texter och sådana som har publicerats på Internet. En primär källa är direkta redogörelser för forskningsresultat, medan en sekundär källa är när någon person drar slutsatser utifrån informationen i de primära källorna. Forskningsresultat som beskrivs i etablerade vetenskapliga tidskrifter är ofta pålitliga, bland annat tack vare systemet med ”peer review”. En peer review innebär att rapporten som någon vill få publicerad granskas av andra experter inom samma område. De här experterna bedömer om resultaten i rapporten verkligen kan vara rimliga, med hänsyn till hur rapportförfattaren beskriver hur undersökningen har gått till. Först när experterna har godkänt rapporten, publiceras den. Det är svårt för alla oss som inte är experter inom ett smalt forskningsområde att förstå allt som skrivs i primära källor, och därför är vi ofta hänvisade till att läsa sekundära källor – alltså olika förenklade, sammanfattande eller mer populärt skrivna presentationer av nya forskningsresultat. Eftersom de sekundära källorna är av många olika slag, är också deras trovärdighet1 olika hög. Sammanfattningar, så kallade metastudier, som görs av experter inom ett ämnesområde och ges ut i vetenskapliga rapportserier, förväntas hålla samma kvalitet som de primära källorna. Där redovisas också alla primära källor i en litteraturlista, så att de som är intresserade kan gå tillbaka till den ursprungliga forskningsrapporten.. Olika sensationella påståenden, utan källhänvisning, bör vi däremot vara kritiska till. Vi bör ställa oss frågor som ”vem är avsändare?” och ”vad kan syftet vara med uttalandet?” 12

002-117 SPIRA2_block1.indd Avs1:12

2018-06-20 14:09

En modell är en ofullständig bild av ett fenomen, medan en teori är mer heltäckande. Men det är inte alltid så lätt att dra en gräns mellan dem – i båda fallen rör det sig om den mest detaljerade beskrivningen eller förklaringen som är möjlig att ge just nu. För att bättre förstå vad man menar med en teori, och vilken nytta vi kan ha av att formulera teorier, tar vi blodomloppet som exempel. Nu tycker vi att det är 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 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 blodomloppet inte stämmer. Då lever den nämligen upp till det allmänna kravet på en teori. Det går aldrig att bevisa en teori till 100 % genom att leta efter fler exempel där den stämmer. Däremot kan teorin William Harvey var den person som först beskrev blodomlopmotbevisas om man hittar pet korrekt. något fall där den inte stämmer! Om det exempelvis skulle finnas en teori om att ”alla isbjörnar är vita”, och man har hittat tusentals vita isbjörnar, så behöver teorin ändå inte stämma helt. För att styrka teorin ska man i stället leta efter svarta isbjörnar. Så länge man inte hittar några sådana så anses teorin stämma. Till skillnad från en teori så visar en modell ett fenomen som man har ofullständig kunskap om. Särskilt inom fysiken uttrycks en naturvetenskaplig modell ofta som ett matematiskt samband. Det är inte lika vanligt inom biologin, men om det går att formulera en matematisk modell så innebär det flera fördelar, eftersom en sådan modell • ofta kan testas med experiment, • sammanfattar många observationer, • ger möjlighet till förutsägelser.

Modell: en kortfattad sammanfattning av hur ett fenomen fungerar i stora drag. Ofta är en modell uttryckt matematiskt. Teori: den bästa sammanfattningen som just nu ﬁnns av hur ett fenomen fungerar. En teori är mer heltäckande än en modell.

BLOCK 1 • KAP. 1

Modeller och teorier som idealisering av verkligheten

Motbevisa: att bevisa att någonting är felaktigt.

002-117 SPIRA2_block1.indd Avs1:13

2018-06-20 14:09

Modeller som pedagogiska förenklingar

Detaljerad modell: en så noggrann beskrivning som går att göra av ett fenomen enligt forskningens nuvarande ståndpunkt. Förenklad modell: när huvuddragen av ett fenomen illustreras, exempelvis för skolundervisning på lägre stadier, eller som populärvetenskap.

Om den person man kommunicerar med inte är expert på biologi kan det vara bra att använda ett ”modelltänk” istället för att beskriva fenomen som de ledande forskarna inom området gör. Annars kanske mottagarna, till exempel elever i skolan, inte förstår någonting alls. Ett exempel på skillnaden mellan en detaljerad och en förenklad modell 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. Den detaljerade bilden av en signalmolekyls - cytokins - verkan är visserligen förenklad eftersom ämnena illustreras som färgade klossar i olika former, men är ändå svår att förstå. Ögat tappar bort sig! Bilden kräver en utförlig förklaring, men det är ändå inte säkert att mottagaren förstår om hen inte är insatt i ämnet. cytokin

JAB

JAK

STAT P

STAT

CIS STAT P STAT

CIS

STAT P STAT

TTCNNNGAA

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

cellplasma

P TATA

cellkärna

En förenklad modell av signalmolekylens mekanism går att förstå på ett övergripande plan, vilket ofta räcker för den som inte är specialist. Det viktiga är att man förstår att signalmolekylen, via olika steg, ändrar enzymaktiviteten eller genaktiveringen i cellen. receptormolekyl

signalmolekyl

cellmembran

sekundär budbärarmolekyl cellkärna

ändrad enzymaktivitet eller

ändrad genaktivering

002-117 SPIRA2_block1.indd Avs1:14

2018-06-20 14:09

För att återgå till teorin om blodomloppet, så trodde man innan William Harvey presenterade resultaten av sina undersökningar, att blodet rör sig långsamt genom kroppen, och hela tiden nybildas och förbrukas. Detta var en del av den gamla uppfattningen om hur människokroppen fungerar när man är frisk respektive sjuk. Uppfattningen var att man blir sjuk på grund av en störning i balansen mellan ”de fyra kroppsvätskorna”, som kallades blod, slem, svart galla och gul galla. Idén brukar sammanfattas som humoralpatologi. Sjukvårdens och läkarnas uppgift var då att försöka få patienten att återfå balansen mellan kroppsvätskorna. Men även människors personlighet kunde vara olika, beroende på vilken vätska som dominerar. • Om blodet dominerade, så var man sangviniker, det vill säga, hade ett livligt temperament. • Personer där slemmet dominerade var ﬂegmatiker, alltså slöa. • Om den svarta gallan tog överhanden blev man melankoliker, alltså dyster. • Med mycket gul galla blev man koleriker, det vill säga, att man lätt brusade upp och blev 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 medicin i stället.

Olika paradigm Forskning, och tillämpning av forskningsresultat, sker aldrig i ett tomrum. Både forskare och de som utnyttjar resultaten praktiskt har under lång tid tränats in i vetenskapliga tänkesätt. 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 träﬀar 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 förklarar alla fenomen, det heller. Ett exempel är att humoralpatologin så småningom ersattes av den syn på sjukdomars orsaker som vi har idag. Det hindrar inte att man även inom ramen för det gamla paradigmet kunde göra intressanta observationer. Att vi har olika personligheter är viktigt i många olika sammanhang, även om personlighetstyperna inte följer humoralpatologernas indelning. Några nyare exempel är blodgrupper, vävnadstyper att ta hänsyn till vid transplantationer, och att de olika råd om bantning och diet som vi hör talas om förmodligen fungerar olika bra på olika personer.

BLOCK 1 • KAP. 1

”Fakta” förändras

Här illustreras de fyra olika temperamenten som en person kan ha enligt humoralteorin. Humoralpatologi: idén att olika sjukdomar hos människan beror på obalans mellan de fyra kroppsvätskorna, och att de olika temperamenten beror på vilken vätska som dominerar.

Paradigm: den dominerande åsiktsriktningen i en vetenskap, alltså det tänkesätt som de ﬂesta forskare arbetar efter. Ett paradigm är nödvändigt bland annat för att yngre personer ska tränas in i vetenskapligt arbete, men kan också vara ett hinder mot att nya, alternativa idéer tas upp. 1

Paradigm kommer från grekiskans paradeigma som betyder föredöme. Paradigmskifte: ett äldre paradigm överges så småningom av forskarna inom området, medan ett nytt arbetas fram.

002-117 SPIRA2_block1.indd Avs1:15

2018-06-20 14:09

Värderingar i förhållande till biologin Värderingar: personers allmänna syn på vad som är viktigt i livet och hur man bör bete sig mot andra människor, djur och miljön.

Legitim: accepterad och tillåten.

Ingen, naturligtvis inte heller forskare inom biologin, lever helt isolerat från andra människor, det omgivande samhället och de rådande värderingarna inom ett land. 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 gynnas. • Kunskaper om biologiska fenomen påverkar vår syn på tillvaron och livet. • Livsåskådning och religion påverkar vilken typ av biologisk forskning som anses legitim1, och vilken typ av kunskap man accepterar respektive förkastar. Tyvärr har det blivit allt vanligare att grupper i samhället helt förkastar eller struntar i vetenskapliga resultat. Dessa påverkar ju både vår syn på tillvaron och våra förutsättningar att lösa miljöproblem och uppnå en hållbar utveckling.

I en demonstration i Bonn 2017 protesterar man mot att politikerna inte tar forskningsrön om "klimathotet" på tillräckligt stort allvar.

Forskningsetik Etiska värderingar: värderingar om hur vi bör handla för att ”göra rätt” i olika situationer. Grundforskning: forskning som försöker förklara grundläggande (biologiska) mekanismer, utan att den här problemlösningen direkt leder till något vi människor kan ha nytta av. Tillämpad forskning: Forskning för att försöka lösa praktiska problem, som att bota vissa sjukdomar, utveckla förbättrade jordbruksmetoder eller minska belastningen på miljön.

Vilka värderingar man har i ett samhälle beror ofta dels på den religion som dominerar i landet, dels på människornas etiska synsätt. Frågan är hur våra etiska värderingar påverkar forskningen – både vilka områden som vi anser bör prioriteras, hur resultaten ska användas, och hur själva forskningsarbetet bör bedrivas. Ett exempel är debatten om vilken medicinsk forskning som ska prioriteras. Många hävdar att forskningen idag främst handlar 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. En annan debatt handlar om grundforskning jämfört med tilllämpad forskning. Grundforskning går ut på att undersöka och förklara olika fenomen, medan tillämpad forskning syftar till att lösa praktiska problem. Många anser att grundforskning inte är lika viktig som tillämpad forskning, 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. 16

002-117 SPIRA2_block1.indd Avs1:16

2018-06-20 14:09

BLOCK 1 • KAP. 1

Hur resultaten används En viktig fråga är alltid vad forskningsresultat ska användas till. Den diskussionen gäller bland annat framsteg inom jordbruksforskning: Gynnar jordbruksforskningen ”vanliga bönder” i fattigare länder, eller blir resultatet i stället att några få storföretag tar över verksamheten? Och inom medicin, bara ett tänkt exempel: 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 förändra utseendet på personer som har gott om pengar?

Hur forskningsarbetet bedrivs Historiskt sett har många obehagliga övergrepp gjorts i forskningens namn. Idag ﬁnns i Sverige mycket sträng lagstiftning om hur forskare ska arbeta när människor behövs i olika undersökningar, vilket främst gäller inom medicinsk forskning. Det ﬁnns även lagstiftning som reglerar hanteringen av försöksdjur, och hur djurförsök ska genomföras.

Forskningsetik för hållbar utveckling Frågor om vår livsmiljö och om hållbar utveckling tar vi upp i Spira Biologi 1. Hanteringen av miljöfrågor och hur vi uppnår en hållbar utveckling har också etiska aspekter. Vi kan ta ett exempel: Även om jordklotets folkmängd kan stabiliseras kring 9 miljarder (idag är vi cirka 7 miljarder), så måste jorden ändå kunna föda alla de här människorna. Livsmedelsproduktionen måste alltså bli hållbar för att mätta alla människor, och med så liten miljöstörning som möjligt. Diskussionen om genmodifierade livsmedelsgrödor innehåller då två ganska motstridiga etiska resonemang. Dels anses det oetiskt att flytta arvsanlag mellan olika växtarter, dels är det inte 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 också ska omfattas av våra etiska ställningstaganden, så gäller det även exempelvis fiske och skogsbruk.

En ny typ av grönsaksodling, ”mikrogrönt”, inomhus. Det går förstås åt en del energi till belysningen, men om odlingen bedrivs nära konsumenterna (i det här fallet i centrala Berlin) blir det i stället liten miljöpåverkan av transporterna. Det är ett steg i rätt riktning mot ett hållbart samhälle.

002-117 SPIRA2_block1.indd Avs1:17

2018-06-20 14:10

SAMMANFATTNING kapitel 1 Vetenskapen biologi

paradigm

”tänkesätt”, inskolning

kanske justerat paradigm

oförklarat fenomen, problem som behöver lösas

modell, teori

naturvetenskapligt arbete

sekundär källa

hypotes källkritik flera gånger

kritiskt tänkande rapport, primär källa test

tillämpning: förklaring, problemlösning

UPPGIFTER kapitel 1 Vetenskapen biologi TRÄNA PÅ BASFAKTA 1. Du ser ett fenomen som du undrar över, och ställer dig frågan ”Hur fungerar det?” Hur gör du för att få veta mer? 2. Vilka två metoder använder man för att testa en hypotes, och vad går metoderna ut på? 3. Varför måste man ha en kontroll när man utför experiment? 4. Vilken är skillnaden mellan modell och teori? 5. Vad gör att forskare a) blir mer och mer övertygade om att en teori stämmer, b) kommer fram till slutsatsen att teorin är felaktig? 6. Stora, intressanta upptäckter inom fysiologi belönas då och då med ett Nobelpris. Ibland har det tyvärr visat sig att upptäckterna inte var så fantastiska som många trodde först. Vad krävs alltså av Nobelpriskommittén för fysiologi eller medicin, innan de delar ut priset? 7. Pelle säger att han har läst i en kvällstidning att kinesiska forskare har visat att man kan bota lungcancer med magnecyl. Kompisen Amira undrar vilka forskare det är, och om det går att läsa mer om det någon annan stans än i kvällstidningen. Innan hon får veta mer tror hon inte på vad Pelle säger. Vad tillämpar då Amira?

KOPPLA IHOP 8. När man mäter fotosyntesen hos växter ser man att den går snabbare med ökad halt koldioxid i luften, upp till en viss gräns. Om vi då har en viss halt koldioxid i luften kring en växt går det alltså att förutsäga hur intensiv fotosyntesen borde vara. Varför använder vi oss då av en modell för fotosyntesen, och inte en teori? 9. På 1960-talet utredde forskarna den genetiska koden, alltså vilka ”ord” av tre kvävebaser i mRNA som motsvarar en viss aminosyra i ett protein. Enligt teorin för hur detta fungerar så är den genetiska koden (med några betydelselösa undantag) samma i alla levande varelser. Varför kan vi vara säkra på det, trots att vi inte har kollat alla individer? 10. Varför var upptäckterna av människans blodgruppssystem så viktiga? Varför är det typiskt att man upptäcker ”en sak i taget”? 11. Vad är det som gör att vi kan anse att teorin om människans och andra däggdjurs blodomlopp är sann? 12. Idag vet vi att blodet cirkulerar runt i kroppen hur många gånger som helst. Den äldre uppfattningen var att blodet ständigt nybildades respektive förbrukades. Motivera varför de här två åsikterna visar på två olika paradigm.

002-117 SPIRA2_block1.indd Avs1:18

2018-06-20 14:10

17. Utnyttja nedanstående tabell för att svara på några frågor om Människans närings- och energibehov i olika ålder. Tabellen visar medelvärden för stora grupper av individer.

14*. Vad menas med positiv respektive negativ korrelation mellan mätvärden?

Inom vilken åldersklass

15. Precis som inom många andra delar av samhället hamnar forskare ibland i etiska dilemman. Varför kan man tala om etiska problem både när man väljer forskningsområde, när forskningen bedrivs, och när resultaten används?

b) har pojkar/män störst energibehov jämfört med ﬂickor/kvinnor?

16. Varför är forskarna i sitt arbete alltid beroende av vad som sker i samhället de lever i?

d) har pojkar/män störst behov av niacin, och hur ställer sig det i förhållande till kvinnor/ﬂickor?

Ålder

Kroppsvikt kg

år

Män

1-3

4-6

7 - 10

Kroppsvikt kg

a) väger ﬂickor i medeltal mer än pojkar?

c) har pojkar/män och ﬂickor/kvinnor samma proteinbehov?

Energibehov MJ/dag

Kvinnor

Män

Kvinnor

Män

Kvinnor

Män

Kvinnor

3,4

3,2

5,2

4,9

7,2

6,5

8,2

7,3

11 - 14

9,3

7,7

15 - 18

11,5

8,8

19 - 50

10,6

8,1

>50

9,5

7,7

TÄNK TILL! 18. Varför måste vi använda vår kunskap, även om vi vet att den inte är fullständig? 19. Varför kan man hamna i etiska överväganden när man forskar inom jord- och skogsbruk? 20. Vad är det för skillnad mellan den just nu mest avancerade modellen för att beskriva ett fenomen och en enklare förklaring som man måste ta till i undervisningen i skolan? 21. Ibland har man turen att man från en frågeställning kan formulera ﬂera olika hypoteser som går att testa. Varför är det bättre än att bara jobba med en enda hypotes? 22. Försök att hitta ett exempel på att även om ett nytt paradigm ger bättre förklaringar till olika fenomen, så ger det nya paradigmet inte alltid heltäckande förklaringar till sådant som verkade kunna förklaras enligt det gamla, nu övergivna, paradigmet.

Proteinbehov g/dag

Behov av niacin mg/dag

BLOCK 1 • KAP. 1

13. Man använder ofta olika statistiska metoder för att få ordning på sina mätdata. Varför bör man uttrycka sig som att ”det är mindre än 5 % sannolikhet att skillnaden mellan två behandlingar beror på slumpen”?

Behov av niacin mg/dag

24. Tabellen visar den procentuella fördelningen av olika typer av vita blodkroppar i vårt blod. (Om du är intresserad av vad de olika vita blodkropparna har för funktion får du gå till kapitel 20, s. 260.) TYP

PROCENT

Neutroﬁla

Eosinoﬁla

Basoﬁla

Monocyter

Lymfocyter

Totalt

100

Presentera det här datamaterialet både som stapeldiagram och cirkeldiagram. Cirkeldiagrammet kan du göra med hjälp av Excel.

23. Tabellen visar antalet olika bakteriestammar av olika arter som har isolerats från ett vattenprov. Bakterie

Antal stammar som isolerats

Escherichia coli

Aeromonas hydrophila

Klebsiella spp.

Salmonella enterica

Enterococcus spp.

Gör ett cirkeldiagram av dessa data med hjälp av Excel.

002-117 SPIRA2_block1.indd Avs1:19

2018-06-20 14:10

Cellen

002-117 SPIRA2_block1.indd Avs1:20

2018-06-20 14:10

BLOCK2 BLOCK

Alla levande organismer består av celler. Mycket av det som är typiskt för levande organismer har sin grund i cellernas uppbyggnad och funktioner. Genom att studera celler kan man därför också förstå mycket av hur hela organismer fungerar. Förutom att de är uppbyggda av celler har levande organismer många andra saker gemensamt, bland annat att de • har ämnes- och energiomsättning, • reagerar på omgivningen, • tillväxer och förökar sig, • ärver egenskaper från föräldrarna, • ﬁnns i många former. Dessutom är alla levande organismer som ﬁnns nu ett resultat av evolutionen – det är den som gör biologin begriplig. För att studera celler krävs mikroskop, både ljusmikroskop och elektronmikroskop. Mikroskopbilderna i den här boken är oftast färgade, för att vi ska se detaljer bättre. Det gäller bilder från både ljusmikroskop och elektronmikroskop. Vi bör alltså tänka på att det inte är de naturliga färgerna i levande vävnad som vi ser.

CENTRALT INNEHÅLL • Cellers livscykler och differentiering, utveckling från ägg till vuxen. Cellers kommunikation. • Celldelars funktion. Livsprocesser och regleringen av dem, till exempel fotosyntes, metabolism och transport över membran. Evolutionärt perspektiv på molekylärbiologi. • Cell- och molekylärbiologins användningsområden. Möjligheter, risker och etiska frågor. • Samband mellan evolution och organismernas funktionella byggnad och livsprocesser. • Användning av modern utrustning vid fysiologiska undersökningar och laborationer.

Celler som klär luftstrupen, dels slemhinneceller (bruna), dels epitelceller med cilier (rosa). SEM-bild, förstoring cirka 3 800 gånger.

002-117 SPIRA2_block1.indd Avs1:21

2018-06-20 14:10

Samma typer av biomolekyler i alla celler

KAPITEL 2

Makromolekyler: molekyler med mycket stor molekylmassa. Biomolekyler: molekyler av ämnen som förekommer i levande organismer.

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 ämnena i levande organismer, och det fick kemisterna klart för sig redan för flera hundra år sedan. En slutsats som forskare drog på 1700-tal var den, att 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 uppbyggnad varierar stort.

Bröd innehåller mest kolhydrater och proteiner. Kolhydraterna används främst som energikälla, och proteinerna för att bygga upp organismen.

002-117 SPIRA2_block1.indd Avs1:22

2018-06-20 14:10

När du har läst kapitlet ska du ha kunskap om… • • • • •

vad som är typiskt för proteiner, kolhydrater, lipider och nukleotider, proteinernas uppgifter i organismerna, uppgifter för kolhydrater, viktiga typer av lipider och deras uppgifter i organismen, nukleotiders uppgifter: DNA, RNA, energiförmedlare, vätebärare.

Viktiga begrepp ﬂeromättad fettsyra fosfolipider glykogen karotenoider klorofyll kolesterol kolhydrater laktos lipider monosackarider mättad fettsyra

nukleotid omättad fettsyra polypeptider polysackarid prostetisk grupp proteiner receptorer sackaros steroid stärkelse vätebärare

BLOCK BLOCK 2 • KAP. 2

aminosyror ATP biomolekyler bärarmolekyler cellulosa coenzym cofaktor disackarid enzymer fetter fettsyror

Aminosyror och proteiner 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 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. Alla organismer har många olika slags proteiner i sina celler.

Proteiner: molekyler, uppbyggda av kedjor av hopkopplade aminosyror. Aminosyror: organiska molekyler som har både en aminogrupp och en karboxylgrupp. Av alla teoretiskt tänkbara aminosyror förekommer 20 olika typer i proteiner.

–

Aminosyror asparaginsyra

peptidbindning

glycin

Peptidbindning: en bindning som bildas när en karboxylgrupp kopplas ihop med en aminogrupp, och vatten spjälkas av. Syreatomen och väteatomen är riktade åt varsitt håll.

En aminosyra är en organisk molekyl som kan fungera både som syra och som bas. Orsaken är att den har både en karboxylgrupp och en aminogrupp. Av alla teoretiskt tänkbara aminosyror förekommer 20 stycken olika i proteiner. En del andra förekommer som mellanled i ämnesomsättningen. Aminosyror kan kopplas ihop till kedjor med en peptidbindning. Kedjor med ganska många aminosyraenheter brukar kallas polypeptider, och riktigt långa polypeptidkedjor, en eller ibland ﬂera kombinerade, blir proteiner.

väte

kol

syre

kväve

Två aminosyror sammanfogade med en peptidbindning till en dipeptid.

Polypeptid: kedja av ett maximalt cirka 50 aminosyror, hopfogade med peptidbindningar.

002-117 SPIRA2_block1.indd Avs1:23

2018-06-20 14:10

Proteiner

Enzymer: proteiner som fungerar som katalysatorer, dvs. skyndar på kemiska reaktioner utan att själva förbrukas.

Prostetisk grupp: en del av ett protein som inte är uppbyggd av aminosyror..

aminogrupp

Proteiner är stora molekyler uppbyggda av långa kedjor av aminosyror. Varje protein har aminosyrorna hopfogade i en bestämd ordning. Tack vare aminosyrornas placering och deras olika kemiska egenskaper kan proteinmolekylen få en bestämd form, som gör att den kan fungera i ett visst sammanhang. Placeringen av aminosyrorna i en viss ordning kräver information, som ﬁnns lagrad i DNA – se Spira 1 s. 29 – 33. En del proteiner används för att bygga upp organismen, medan andra slags proteiner sköter organismens olika funktioner. Några viktiga sådana är receptorer, antikroppar och enzymer. Väldigt viktig för deras funktion är den exakta formen på molekylen. Enzymer får du läsa mer i detalj om i kapitel 5 om cellens ämnes- och energiomsättning. I många fall har en proteinmolekyl någon del som inte byggs upp av aminosyror. Ett exempel är hemgruppen i hemoglobin, där det ﬁnns en järnatom som är nödvändig vid syretransporten. En sådan här extra molekyldel kallas en prostetisk grupp. En annan ganska fast bunden molekyl eller jon, som behövs för att enzymer ska fungera, kallas coenzym, medan en mer löst bunden molekyl eller jon kallas cofaktor.

karboxylgrupp +H3N

aminosyran glycin

O C O– syre kväve kol väte

En proteinmolekyl utgörs av åtminstone en kedja av aminosyror. Olika aminosyror har olika egenskaper. Eftersom aminosyror av olika typ sitter i en bestämd ordning får proteinmolekylen en bestämd form i sin rätta kemiska miljö.

Kolhydrater Kolhydrat: molekyl som består av kol, väte och syre (väte och syre ofta i samma proportion som i vatten). 1 Empirisk formel: det enklaste sättet att ange talförhållandet mellan antalet atomer av olika grundämnen i en kemisk förening.

Monosackarid: kolhydratmolekyl som består av en enkel kedja av 3–7 kolatomer med syre/väte bundet till sig. En monosackarid sluter sig ofta till en ring.

Vi människor använder kolhydraterna mest som energikälla, och det är också därför som maratonlöpare och utövare av andra ansträngande sporter ”kolhydratladdar” dagarna före en tävling. De fyller alltså på sina energilager. Vi får i oss energirika kolhydrater med exempelvis bröd, potatis och pasta. Men som vi ska se lite längre fram så använder cellerna också kolhydrater till mycket annat än energiutvinning. Kolhydrater har ofta en empirisk1 formel av typen CH2O. Kemister på 1800-talet tolkade det som att en kolhydrat är en kemisk förening av kol och vatten. Nu vet vi att den här formeln inte alltid stämmer exakt. De enklaste kolhydraterna är de enkla sockerarterna, monosackariderna, som 24

002-117 SPIRA2_block1.indd Avs1:24

2018-06-20 14:10

är molekyler med 3–7 kolatomer. Oftast har varje kolatom en syreatom bunden till sig, antingen som en hydroxylgrupp (en syreatom med ett väte bundet till sig) eller som en karbonylgrupp, alltså en dubbelbindning mellan kol och syre. Ofta sluter sig kedjan av kolatomer i en monosackarid till en ring – se bilden nedan. aldehydgrupp

6 1

ringsluten glukosmolekyl

En sockermolekyl med en rak kedja av kolatomer kan ”reagera med sig själv” och få ringform.

icke ringsluten glukosmolekyl

syre

kol

väte

De enkla sockerarterna bygger också upp större molekyler. Två enkla sockermolekyler ihop bildar en disackarid, molekyler med något ﬂer enheter brukar kallas oligosackarider, och riktigt långa kedjor kallas polysackarider. Sockermolekyler kan också ingå som delar i andra typer av molekyler. Några exempel är i nukleotider och nukleinsyror och som ”ﬂaggor” på en del proteiner och lipider.

BLOCK BLOCK 2 • KAP. 2

Disackarid: en kolhydratmolekyl som består av två hopkopplade monosackarid-molekyler. Polysackarid: en kolhydratmolekyl som består av upp till 50 hopkopplade monosackarid-molekyler.

En monosackarid består av en ”sockerenhet”, en disackarid av två stycken sammanbundna med en syrebrygga. En polysackarid är en kedja av sockerenheter.

sockret glukos, en monosackarid

syre

kol

maltos, en disackarid

väte

en disackarid, mer schematiskt

en polysackarid, schematiskt

Några viktiga enkla sockerarter (monosackarider) Bland sockerarterna med fem kolatomer (pentoser) ﬁnns ribos, som ingår i RNA, och deoxiribos, som har en -OH-grupp mindre än övriga sockerarter, och som ingår i DNA. Bland sockerarterna med sex kolatomer (hexoser) ﬁnns glukos, druvsocker, galaktos och fruktos, fruktsocker. 25

002-117 SPIRA2_block1.indd Avs1:25

2018-06-20 14:10

Några viktiga sammansatta sockerarter Sackaros (rörsocker): en disackarid uppbyggd av en enhet glukos och en enhet fruktos.

Laktos (mjölksocker): en disackarid uppbyggd av en enhet glukos och en enhet galaktos.

Bland de sammansatta sockerarterna finns exempelvis rörsocker, sackaros, som är vanligt ”strösocker”, alltså det vi använder till matlagning. Det består av en enhet glukos och en enhet fruktos. Att man kan få det här sockret från både sockerrör, som är ett gräs, och från sockerbeta, som är släkt med bland annat rödbetor och spenat, visar att sackaros finns på många håll i växtriket. Det är den form av kolhydrat som transporteras mellan olika delar i en växt. Ibland fungerar det även som energilager, som just i sockerrör och sockerbetor. I mjölk finns i stället mjölksocker, laktos, som är en kombination av glukos och galaktos. Laktosen i mjölken används för att ge energi åt däggdjurens ungar.

Alla däggdjursungar får råvaror till både energi och kroppens uppbyggnad med modersmjölken. Mjölksocker, laktos, är främst en energikälla.

Några viktiga polysackarider Stärkelse: kolhydrat vars molekyl består av långa kedjor av glukosmolekyler och som fungerar som energireserv i växter. Glykogen: kolhydrat som påminner om stärkelse; energilager i levern och muskler.

Idisslare: hovdjur med ﬂera magar, bland annat kor, får, getter, renar, älgar

Flera olika enkla sockerarter kan binda till varandra i kedjor. Långa kedjor av glukosmolekyler bildar stärkelse, som används som energilager i växter, och glykogen med samma roll i djur. Cellulosa är också långa kedjor av glukos, men med annan typ av bindning mellan glukosmolekylerna. Tillsammans med kedjor av andra sockerarter, ofta kallade hemicellulosa, bygger cellulosa upp växternas cellväggar och är huvudbeståndsdelen i det vi kallar ”trä”. När stärkelse bryts ner bildas maltos, som är två sammankopplade glukosenheter. Vid nedbrytning av cellulosa bildas i stället cellobios, där två glukosmolekyler sitter ihop på ett annat sätt. Vår tarmkanal klarar inte att bryta ner cellulosa, men det gör mikroorganismer, även i bland annat idisslares1 magar.

Tre långsträckta, schematiskt tecknade cellulosamolekyler, som binder till varandra med vätebindningar.

002-117 SPIRA2_block1.indd Avs1:26

2018-06-20 14:10

Lipider Lipider: biomolekyler som inte är lösliga i vatten, däremot i organiska lösningsmedel (opolära vätskor, bl.a. bensin).

BLOCK BLOCK 2 • KAP. 2

Den enklaste deﬁnitionen på ämnesgruppen lipider utgår från att de inte är lösliga i vatten – däremot löser de sig i bensin och andra organiska lösningsmedel. Utifrån formuleringen ”lika löser lika” kan man då dra slutsatser om några typiska egenskaper hos lipider. De har ofta ganska långa kolvätekedjor och endast ett fåtal syreatomer i molekylen. I övrigt är skillnaderna stora. Vi tar bara upp några få exempel här.

Karotenoider, som ingår i gruppen lipider, ger färg åt höstlöven.

Fettsyror och fetter I fetter sitter tre enheter fettsyror bundna med esterbindning till alkoholen glycerol. Fettsyror är organiska syror med en lång kolvätekedja. Ibland förekommer dubbelbindningar på några ställen i kolvätekedjan – då säger man att fettsyran är omättad. Fettsyror med ﬂera dubbelbindningar är ﬂeromättade. En fettsyra helt utan dubbelbindningar är i stället mättad.

Fetter: ämnen vars molekyler består av alkoholen glycerol som binds till tre fettsyror med esterbidning. Fleromättade fettsyror: har minst två dubbelbindningar mellan kolatomerna i kolvätekedjan.

syre

kol

väte glycerol

En fettmolekyl är uppbyggd av en glycerolmolekyl och tre ”fettsyrasvansar”.

fettsyrasvansar

Också dubbelbindningarnas placering verkar ha betydelse för fettsyrornas funktion och näringsvärde. I omega-3-syror är kol-kol-bindningen nummer tre från den bortre änden (från karboxylgruppen) en dubbelbindning, i omega-6syror är det bindning nummer sex. Vi behöver äta fett för att få energi och för att cellerna ska få lämpliga molekyler som byggmaterial.

002-117 SPIRA2_block1.indd Avs1:27

2018-06-20 14:10

Fosfolipider Fosfolipider skiljer sig från fetter genom att ena änden på glycerolmolekylen inte är bunden till en fettsyra utan till fosforsyra, som dessutom har ytterligare en alkohol bunden åt andra hållet. Genom sin uppbyggnad får fosfolipidmolekylerna olika egenskaper i de olika ändarna av molekylen – mer ”vattenlik” vid fosforsyran och mer ”fettlik” vid fettsyrorna. Den här egenskapen är viktig i biologiska membraner, som i stor utsträckning byggs upp av fosfolipider. I membraner förekommer ibland lipider med en annorlunda vattenlik ände.

Fosfolipid: skiljer sig från fetter genom att en position har bundit fosforsyra i ställt för en fettsyra – dessutom har molekylen en annan alkohol på andra sidan om fosforsyran.

fosfor

–

syre

kol

kväve

fosfat

kolin

fettsyror

väte

Fosfatidylkolin, även kallat lecitin, är en typisk fosfolipid, alltså en glycerolmolekyl hopbyggd med två ”fettsyrasvansar” och en fosfatgrupp, med ytterligare en vattenlöslig molekyldel.

Steroider Steroid: en typ av lipidmolekyler som består av kolatomer som är kopplade till tre sexkantiga ringar och en femkantig ring. Kolesterol: en steroid som inte är ett hormon, utan ingår i cellmembraner och är betydelsefull för fettomsättningen i kroppen.

Man kan föreställa sig skelettet till en steroid som att en lång kedja av kolatomer har veckat ihop sig och bildat en struktur med tre sammansatta sex-kolringar och en fem-kolring. Det är det här som ger steroiderna de typiska lipidegenskaperna när det gäller löslighet. En steroid som du nog har hört talas om är kolesterol. Kolesterol är en nödvändig beståndsdel i cellmembraner, men när den transporteras runt i kroppen kan den göra så att fett fastnar i blodkärlen. Tillståndet kallas ateroskleros, eller ”åderförfettning”. Höga halter av ”dåliga” kolesterolpartiklar i blodet ökar risken för ateroskleros och därmed bland annat hjärtinfarkt, se s. 242. Många olika slags hormoner är också steroider, bland annat sådana som bildas i äggstockarna, testiklarna och binjurarna. De skiljer sig åt i olika molekylgrupper som har fogats till någon av kolatomerna i steroidskelettet. Hormoner kan du läsa mer om i kapitel 24. OH

steroidskelett

kolesterol

testosteron

OH östrogen

Steroidskelettet utgörs av fyra ringstrukturer. Exempel på steroider är kolesterol, testosteron och östrogen.

002-117 SPIRA2_block1.indd Avs1:28

2018-06-20 14:10

Klorofyll och karotenoider

kol

syre

kväve

Klorofyll: det gröna färgämnet i blad som är nödvändigt för fotosyntesen. Karotenoider: gula/orange/röda färgämnen i växter, både i blad och i frukter, samt i äggula.

Klorofyll a är den viktigaste typen av klorofyll.

väte magnesium

BLOCK BLOCK 2 • KAP. 2

Klorofyll och karotenoider ﬁnns i växternas kloroplaster och är nödvändiga för fotosyntesen. Karotenoider förekommer också på andra håll i både växter och djur. Några exempel bland växterna är blommornas kronblad och röda och gula fruktskal, bland djuren färgen på äggulan och retinal i ögats ljuskänsliga celler. Klorofyll fungerar som en lipid bara tack vare molekylens långa ”kolvätesvans”. Karotenoider har långa kolvätekedjor med växelvis enkel- och dubbelbindningar. Dessa gör att de absorberar ljus så att de för oss ser ut att ha starka färger i området gult–orange–rött. Man brukar skilja mellan karotener, som är rena kolväten, och xantofyller, som även har en del syreatomer bundna till sig.

Nukleotider och nukleinsyror I Spira 1 läste du om RNA och DNA, så du kommer förhoppningsvis ihåg att dessa livets molekyler är uppbyggda av nukleotider. En nukleotid är en mellanstor molekyl som byggs upp av en kvävebas, en sockermolekyl med fem kolatomer, och en eller ﬂera fosfatjoner. Enskilda nukleotider av olika slag är också mycket viktiga bärarmolekyler i cellernas energiomsättning. Allra viktigast är ATP, adenosintrifosfat (se bilden), och olika vätebärare (NAD+, NADP+, FAD). I vätebärarna ﬁnns speciella kvävebaser som våra celler inte kan tillverka, utan vi måste få i oss dem via maten som vitaminer. Du kan läsa mer om vätebärarnas roll på s. 48, och om vårt behov av vitaminer på s. 191.

Nukleotid: en molekyl som består av en kvävebas, pentos och fosfatjon(er). Bärarmolekyler: molekyler som samverkar med enzymer och bland annat kan överföra väteatomer och/eller elektroner mellan andra molekyler. ATP: adenosintrifosfat – cellernas viktigaste ”energiförmedlare”. Vätebärare: överför väteatomer mellan olika molekyler, bland annat i cellandningen och fotosyntesen. De viktigaste är NAD+, NADP+ och FAD.

fosfor kol syre kväve

Uppbyggnaden av ATP, adenosintrifosfat

väte

002-117 SPIRA2_block1.indd Avs1:29

2018-06-20 14:10

SAMMANFATTNING kapitel 2 Samma typer av biomolekyler i alla celler

naglar, hår, hud enzymer antikroppar proteiner

transport

fosfolipider aminosyror glukos, fruktos, galaktos

fetter steroider

ribos, deoxiribos

lipider karotenoider, klorofyll

hexoser

biomolekyler

pentoser

monosackarider nukleotider

kolhydrater sackaros

ATP disackarider

laktos

kvävebas, pentos, fosfat polyasackarider DNA, RNA

stärkelse, glykogen

cellulosa NAD, FAD

002-117 SPIRA2_block1.indd Avs1:30

2018-06-20 14:10

UPPGIFTER kapitel 2 Samma typer av biomolekyler i alla celler TÄNK TILL!

1. Vilka grundenheter bygger upp det mesta av proteinerna, och vad är speciellt med dem?

13. Hur kan proteiner ha så varierande egenskaper?

2. Många av oss äter kött, för att för att kroppen ska kunna bilda proteiner. Men kan kroppen bilda proteiner från annan mat vi äter?

15. Varför talar man om ”omega-3” i reklam för smörgåsmargarin?

3. Hur är stärkelse, glykogen respektive cellulosa uppbyggda, och vad används de till i levande organismer? 4. Laktos bildas av en del djur för ett speciellt ändamål. Vilket? 5. Vilka funktioner har lipider i levande celler? 6. Djur som sover vintersömn (till exempel björn, grävling, igelkott och hasselmus) äter sig först ordentligt feta på hösten. Vilken är meningen med detta?

14. Varför kan bensin förstöra cellmembran?

16. Varför ﬁnns det DNA i all mat, inte bara i mat gjord på genmodiﬁerade växter? 17. Vårt vanliga strösocker, alltså rörsocker, utvinns bland annat från sockerrör, som är ett gräs, och från sockerbetor, som är släkt med rödbetor och spenat. Kan man av det dra slutsatser om hur vanligt detta rörsocker är i växtriket?

7. Vilka mindre molekyler ingår i både RNA och energibäraren ATP? 8. En del kvävebaser till viktiga nukleotider i cellerna måste vi få i oss varje dag, i små mängder. Vilken grupp av ämnen i maten räknas de här kvävebaserna till?

BLOCK BLOCK 2 • KAP. 2

TRÄNA PÅ BASFAKTA

KOPPLA IHOP 9. Ämnesklassen lipider kan deﬁnieras genom hur de fungerar ”tekniskt”. Hur då? 10. Vilka lipider i blad bryts ner respektive blir kvar, när träd får höstfärger? 11. Varför räknas steroiderna till lipiderna, trots att deras strukturformel är helt annorlunda än en fettsyras? 12. Varför äter vi människor upp potatisplantors och vetekorns energireserver?

002-117 SPIRA2_block1.indd Avs1:31

2018-06-20 14:10

Cellen KAPITEL 3

Selektivt permeabelt: släpper igenom en del ämnen men inte andra.

Den gula ytan är kärnmembranet på en cell. "Prickarna" är porer, som tillåter transport av stora molekyler mellan cellkärnan och cytoplasman. Färgad TEM-bild, förstoring cirka 45 000 gånger.

Ordet ”cell” kommer från latinets ”cellula” och betyder ”litet rum”. Du kan dra parallellen till en fängelsecell, som ju är ett avgränsat rum. Det dröjde till 1840-talet innan biologerna förstod att allt levande är uppbyggt av celler, och att livsprocesserna sker inne i cellen. Livet är möjligt genom att en cell utgör ett slutet utrymme med en annan kemisk miljö än i omgivningen. Därför kan det ske andra kemiska reaktioner inne i cellen än utanför. Det är cellmembranet som skiljer cellens inre från omgivningen. Genom att det är selektivt permeabelt skapas den speciella miljön inne i cellen. Membranet kan alltså släppa igenom vissa kemiska ämnen och stoppa andra. Alla celler är inte likadant uppbyggda och heller inte av samma storlek. Den mest grundläggande skillnaden är mellan prokaryota och eukaryota celler. Här koncentrerar vi oss på de eukaryota cellerna. De prokaryota organismerna, bakterier och arkéer, får du läsa om i kapitel 8.

002-117 SPIRA2_block1.indd Avs1:32

2018-06-20 14:10

När du har läst kapitlet ska du ha kunskap om… • • • • •

några typiska drag för djurceller respektive växtceller, det speciella med mitokondrier och kloroplaster, hur de olika membransystemen, särskilt cellmembranet, är uppbyggda, vilka organeller som ingår i endomembransystemet, rollerna i cellen för de två typerna av det endoplasmatiska nätverket, Golgiapparaten och lysosomerna, • de tre typerna av cellskelett och deras uppgifter • funktionen för växtcellernas stora vakuoler.

10 m

0,1 m hönsägg

blotta ögat

mitokondrie organell selektivt permeabel tubulin vakuol

ﬂageller fria radikaler Golgiapparaten keratin kärnspole laminer

BLOCK BLOCK 2 • KAP. 3

längden på en del nerv- och muskelceller

Viktiga begrepp aktin cellmembranet cellskelett cilier endoplasmatiskt nätverk

en människas längd

1 cm

grodägg 1 mm

100 µm växt- och djurceller 10 µm

cellkärna de flesta bakterier

1 µm

100 nm

mitokondrie

minsta bakterie virus

leverceller ribosomer glatta muskelceller i matstrupen

10 nm proteiner

elektromikroskop

Också bland eukaryota celler finns stora variationer. Celler av ungefär samma typ sitter ofta ihop i vävnader, och flera vävnader kan tillsammans bygga upp organ och organsystem. Oavsett hur stora växter eller djur är så tycks cellerna i de flesta fall ha ungefär samma storlek. Stora däggdjur som valar och elefanter har alltså fler celler än små däggdjur som möss och näbbmöss, medan cellernas genomsnittliga storlek är jämförbar. Tydligen blir cellernas funktioner mindre effektiva om de blir alltför stora. Inom en flercellig individ är cellerna specialiserade på olika sätt i vävnaderna och organen. Det här kommer du att läsa mer om i kapitel 10 och 15.

ljusmikroskop

Celler och vävnader

fetter körtelceller i magsäcken

1 nm små molekyler

bukspottkörtelceller 0,1 nm

epitelceller med villi i tunntarmen

I ﬂercelliga organismer sitter celler av likartat utseende ihop i vävnader. Vävnader av olika typ bildar organ och organsystem. Bilden visar människans matspjälkningssystem, som bland annat består av organen magsäck, lever, bukspottkörtel, tunntarm och tjocktarm.

atomer

Här ser man hur olika bildningar förhåller sig storleksmässigt till varandra, och vilken typ av mikroskop som krävs för att se dem. Observera att skalan är logaritmisk.

002-117 SPIRA2_block1.indd Avs1:33

2018-06-20 14:10

Björndahl Castenfors

SPIRA Biologi 2 LIBER

SPIRA Biologi 2

Gunnar Björndahl Johan Castenfors

SPIRA Biologi 2

Best.nr 47-12624-8 Tryck.nr 47-12624-8

Spira2_omsl_2018.indd 1

2018-06-20 07:51