Biologie-Lerntext meiner ehemaligen Realschul-Jahrgangsstufe 10

Roland Heynkes, 2.6.2014

Gliederung

	Die Sicherheitsbelehrung
	Was ist Biologie?
	Die Naturwissenschaftliche Methode
	Myokine
	Eine Einteilung der Lebewesen
	Die Eigenschaften der Lebewesen
	Die Zelle - Baustein des Lebens
	Ernährung

Hier findet Ihr die Sicherheitsbelehrung für Biologie-Räume.

Was man über den Begriff Biologie mindestens wissen sollte, findet Ihr im ersten Kapitel des Lerntextes Biologie.

Die Naturwissenschaftliche Methode ist das Gegenteil schlichten Glaubens, was Andere behaupten. Es ist die Methode, mit der Naturwissenschaftler neues Wissen schaffen oder zumindest älteres, vermeintliches Wissen widerlegen. Der Unterschied zu anderen Methoden besteht darin, dass man nicht einfach glaubt, was man irgendwo hört oder liest. Stattdessen überlegt man sich, wie man das überprüfen könnte, was man vermutet oder zu wissen glaubt. Dazu denkt man sich Experimente oder gezielte Beobachtungen aus, mit denen sich zeigen lässt, ob eine Vermutung (Hypothese) richtig ist oder nicht.

Wir haben das anhand des klassischen Beispiels des schwarzen Schwans durchgespielt. Man sieht einen Schwan und als biologisch interessierter Mensch wird einem bewußt, das er weiß ist. Aufgrund dieser grundsätzlichen Haltung macht man den ersten Schritt der naturwissenschaftlichen Methode: eine bewußte Beobachtung. Der zweite Schritt ist die Frage nach der Ursache für die Beobachtung. Daraus folgt als drittes die Entwicklung einer Hypothese. So nennen Wissenschaftler ihre Vermutungen. In diesem Fall ist eine naheliegende Vermutung, dass vielleicht alle Schwäne weiß sind. Man könnte aber auch umgekehrt vermuten, dass es auch andersfarbige Schwäne geben könnte. Ganz wichtig ist nun die Klärung der Frage, ob sich die Richtigkeit der Hypothese irgendwie überprüfen lässt. Denn nur wenn das der Fall ist, lässt sich die Frage naturwissenschaftlich klären. Dazu muss man sich ein Experiment oder eine andere Methode ausdenken, mit dem oder der sich feststellen ließe, ob die Hypothese falsch oder richtig ist. In unserem Fall sollte es möglich sein, einen andersfarbigen Schwan zu finden, falls es welche gibt. Man könnte zum Beispiel mit Hilfe des Internets sehr viele Menschen fragen, ob und gegebenenfalls wo sie schon einmal einen nicht weißen Schwan gesehen haben. In diesem Fall benötigt man kein Experiment, um die Hypothese zu überprüfen. Man würde sicher von vielen Menschen auf die Existenz schwarzer Schwäne in Australien und einigen Zoos hingewiesen, wahrscheinlich würden diuese Aussagen sogar durch Fotos untermauert, sodass sie insgesamt schon sehr glaubwürdig wären. Zur Sicherheit könnt man auch einem Hinweis folgen und selbst einen schwarzen Schwan finden sowie kritisch untersuchen. In diesem würde die erste Hypothese eindeutig und endgültig widerlegt und die zweite ebenso klar als richtig bewiesen. Es hätte allerdings theoretisch auch sein können, dass noch niemand jemals einen nicht-weißen Schwan gesehen hätte und man auch selbst keinen finden könnte. In dem Fall hätte die erfolglose Suche die erse Hypothese zwar unterstützt, aber nicht bewiesen. Denn wenn man etwas nicht finden kann, beweist das noch nicht, dass es nicht existiert. Es sei denn, man hätte ganz sicher an jedem möglichen Ort gesucht.

Wir haben das auch mit einem alltäglichen Beispiel durchgespielt. Man steht unter der Dusche und beendet die morgendliche Körperpflege mit einer erfrischenden kalten Dusche, falls man kein verweichlichter Warmduscher ist. Naturwissenschaftlich interessierte Menschen halten auch dabei die Augen offen und sehen, dass sich der Duschvorhang langsam nach innen wölbt. Aufgrund dieser grundsätzlichen Haltung macht man den ersten Schritt der naturwissenschaftlichen Methode: eine bewußte Beobachtung. Der zweite Schritt ist die Frage nach der Ursache für die Beobachtung. Daraus folgt als drittes die Entwicklung einer Hypothese. So nennen Wissenschaftler ihre Vermutungen. In diesem Fall ist eine naheliegende Vermutung, dass sich beim Kaltduschen die Luft in der Dusche zusammenzieht und der Unterdruck den Duschvorhang nach innen zieht. Ganz wichtig ist nun die Klärung der Frage, ob sich die Richtigkeit der Hypothese irgendwie überprüfen lässt. Denn nur wenn das der Fall ist, lässt sich die Frage naturwissenschaftlich klären. Dazu muss man sich ein Experiment ausdenken, welches im Falle der Richtigkeit ein anderes Ergebnis liefert, als wenn die Hypothese falsch ist. In unserem Fall sollten in kalter Luft die Luftmoleküle enger zusammenrücken als in warmer Luft. Mehr Luftmoleküle wiegen mehr als weniger Luftmoleküle. Also sollte warme Luft leichter sein als kalte. Experimentell überprüfen lässt sich das mit einem Heißluftballon. Erwärmt man in dessen Innerem die Luft mit einem Brenner, dann sollten sich die erwärmten Luftmoleküle weiter von einander entfernen und jeder Liter Luft im Ballon sollte leichter werden. Wird die Luft im Ballon leichter als die Luft der kälteren Umgebung, dann sollte der leichter werdende Ballon aufsteigen. Und wir wissen alle, das genau das passiert. Heißluftballons fliegen, solange man immer wieder die Luft in ihnen aufheizt. Hört man auf zu heizen, dann kühlt sich die Luft im Ballon langsam ab, die Luftmoleküle kommen sich wieder näher und die Luft wird dichter und schwerer. Deshalb sinkt dann der Ballon zu Boden. In diesem Fall bestätigt das Experiment die Hypothese. Oft zeigt jedoch die Auswertung eines Experimentes, dass die Hypothese falsch war und durch das Experiment widerlegt wurde. Die Widerlegung einer Hypothese ist eine klare und endgültige Sache. Man muss "nur" sicher sein können, dass nicht das Experiment an Fehlern in der Durchführung scheiterte. Scheint ein Experiment die Hypothese zu bestätigen, dann muss man prüfen, ob man vielleicht nur nicht entdeckt hat, was man bei gründlicherer Suche eventuell doch hätte finden können.

In einem Film über das Aussterben aller großen, tagaktiven und wamblütigen Spezies vor etwa 65 Millionen Jahren sahen wir viele Beispiele für die Anwendung der naturwissenschaftlichen Methode mit Hypothesen, Ausgrabungen, Beobachtungen und Experimentn.

Als Beipiel für die Anwendung der naturwissenschaftlichen Methode diskutierten wir auch die Probleme bei der Erforschung der menschlichen Evolution.

1. Aufmerksamkeit und Neugier als Voraussetzungen
2. eine bewußte Beobachtung
3. Frage nach der Ursache für die Beobachtung
4. Hypothese zur Erklärung der Beobachtung
5. Feststellung der Überprüfbarkeit
6. Ausdenken eines Experimentes zur Unterstützung oder Widerlegung der Hypothese
7. Durchführung des Experiments
8. gründliche Auswertung des Experiments
9. Unterstützung oder Widerlegung des Experimentes.

Zur Algemeinbildung gehört, dass man wenigstens folgende 4 Schritte der naturwissenschaftlichen Methode kennt.

Die Körper der meisten Menschen bauen sehr schnell ihre Muskeln, Knochen und sogar Gehirne ab, wenn diese nicht benutzt werden. Nur unsere Fettpolster wachsen bei körperlicher Inaktivität. Diese Eigenschaft ist unter den Menschen so weit verbreitet, weil sie ihnen in Zeiten des Hungers das Überleben sicherte. Wo aber Nahrungsmittelüberfluss und Bewegungsmangel herrschen, da werden die meisten Menschen sehr schnell fett und schwach, wenn sie nicht zusätzlich ihre Muskeln trainieren.

Muskeltraining hat aber auch noch viele andere nützliche Folgen, wie neuere Forschungen gezeigt haben. Je mehr Muskeln ein Mensch hat, umso mehr Energie verbraucht er sogar im Schlaf und umso mehr kann er essen, ohne dick zu werden. Sogar noch wichtiger ist, dass arbeitende Muskeln eine große Anzahl verschiedener Stoffe produzieren, die man Myokine nennt und die viele Funktionen des menschlichen Organismus positiv beeinflussen. Die Erforschung der Myokine hat gerade erst begonnen und man kennt erst wenige von ihnen genauer.

Die Biologen sind sich nicht einig über die Frage, ob Viren und Flechten Lebewesen sind oder nicht. Aber alle Biologen teilen die Lebewesen in zwei große Gruppen ein. Die Archäen und die Bakterien sind einzellige Lebewesen ohne Zellkern und werden deshalb Prokaryoten genannt. Alle anderen unumstrittenen Lebewesen besitzen in ihren Zellen einen Zellkern und werden deshalb Eukaryoten genannt. Die Eukaryoten werden weiter unterteilt in die sogenannten Reiche der Tiere, Pflanzen, Pilze und Einzeller. Weil sie fast alle für unsere Augen viel zu klein sind, wurden einzellige Lebewesen erst spät entdeckt und bis heute nur sehr unvollständig erforscht. Bei den eukaryotischen unterscheidet man heute zwischen tierischen (z.B. Wimpertierchen und Amöben), pflanzlichen (z.B. einzellige Grünalgen) und pilzlichen (Hefen) Einzellern. Daneben stellt man noch die Schleimpilze als eine eigene Gruppe von Einzellern, die allerdings so groß werden, dass man sie ganz leicht auch ohne Lupe erkennen kann. Die folgende Grafik verschafft uns über diese grobe Einteilung einen Überblick.

Um zu verstehen, was Lebewesen sind, suchten wir vor allem mit Hilfe eines Arbeitsblattes nach Eigenschaften, die alle, alle aktiv lebenden bzw. alle fortpflanzungsfähigen Lebewesen gemeinsam haben. Die folgende Tabelle fasst diese Merkmale der Lebewesen stichpunktartig zusammen.

Wer sich gründlicher über die Eigenschaften der Lebewesen informieren möchte, kann gerne meinen Lerntext Lebewesen lesen. Darin wird auch erklärt, warum meine viel differenziertere Liste von Eigenschaften im Gegensatz zu denen der Biologiebücher aus dem Spektrum der Lebewesen die Viren nicht ausschließt.

Ein buchunabhängiger Lerntext fasst zusammen, was die Dokumentation: "Die Zelle - Baustein des Lebens" zeigt und erklärt. Ein zum Lerntext gehörendes Arbeitsblatt soll zeigen, ob man schon alles verstanden hat, oder ob man sich noch intensiver mit der Sache beschäftigen muss.

Hier findet Ihr die im Unterricht verteilten Lerntexte und Aufgaben zu den Themen Ernährung und Kohlenhydrate sowie Nahrung.

Drei mit dem Glossar verlinkte, buchunabhängige und trotzdem den vom Schulbuch behandelten Stoff umfassende Lerntexte erklären, was man zu den Themen Nahrung, Verdauung und Ernährung wissen sollte.

Zusätzlich sahen wir eine interessante BBC-Dokumentation mit vielen nützlichen Ergebnissen neuerer Ernährungsforschung.

Viszeralfett umgibt unsere inneren Organe im Bauchraum. Es setzt Stoffe frei, die Typ-2-Diabetes fördern und unsere Adern schädigen. Glücklicherweise bauen wir dieses gefährliche Fett als erstes ab, wenn wir abnehmen. Aber leider ist das Abnehmen gar nicht so einfach, wenn man erst einmal zu dick ist.

Lässt man beispielsweise das Frühstück ausfallen, dann entwickeln die Gehirne vieler Menschen einen Heißhunger auf besonders energiereiches Essen. Verantwortlich dafür ist das Hormon Ghrelin, das ein leerer Magen produziert. Deshalb sollte man höchstens das Abendessen ausfallen lassen, weil man im Schlaf den Hunger nicht spürt. Das bedeutet aber nicht, dass sich nun unbedingt auch die Menschen zu einem Frühstück zwingen sollten, die früh morgens noch gar keinen Appetit haben.

Man kann jedoch auch ohne Verzicht auf Mahlzeiten abnehmen, indem man einfach von etwas kleineren Tellern ißt. Um automatisch 20% weniger zu essen, genügt schon ein um wenige Zentimeter kleinerer Teller. Der gleiche Trick funktioniert auch bei Getränken, die oft unerwartet viele Kilokalorien enthalten und deswegen zu Übergewicht führen können. Hüten sollte man sich deswegen vor die Riesentellern und übergroßen Bechern, die US-amerikanische Marketing-Strategen zur Förderung des Umsatzes von Fastfood-Ketten erfanden.

Zur Aufnahme größerer Nahrungsmengen werden wir auch verführt, wenn wir zwischen unterschiedlich aussehenden Nahrungsmittel auswählen können/müssen. Das liegt daran, dass wir darauf programmiert sind, uns möglichst abwechslungsreich zu ernähren.

Unerwartet viele Kilokalorien nimmt außerdem zu sich, wer sich öfter Kleinigkeiten zwischen den Mahlzeiten gönnt. Ebenfalls einen erheblichen Einfluss auf unsere Kalorienbilanz hat die Auswahl der Getränke und Speisen, denn bei gleicher Menge enthalten ähnlich leckere Zubereitungen sehr unterschiedlich viele Kalorien. Deshalb kann es sich lohnen, gelegentlich die Kalorienangaben auf verschiedenen Lebensmitteln zu vergleichen.

Wichtig ist aber auch, welche Nährstoffe wir zu uns nehmen. Essen wir nur 10% mehr Eiweiß, dann bleiben wir viel länger satt. Das liegt daran, dass unser Körper beim Verdauen von Eiweiß die größte Menge des Sättigungshormons Peptidd YY (PYY) und die geringte Menge des Hungerhormons Ghrelin freisetzt. Beim Abnehmen helfen auch Calcium-reiche Nahrungsmittel wie Milchprodukte, denn Calcium bindet Fett im Darm und verhindert dessen Aufnahme durch die Darmwand.

Hat man doch zuviele Kalorien aufgenommen, dann hilft Sport. Zwar verbrennt man beim Joggen in anderthalb Stunden nur etwa 20 Gramm Fett, aber danach bleibt der Grundumsatz des Körpers noch rund einen Tag lang deutlich erhöht. Das sogenannte Nachbrennen verbraucht weitere rund 50 Gramm Fett, sodass Ausdauersport dann doch auch beim Abnehmen hilft. Die Ursache scheint zu sein, dass nach längerer sportlicher Aktivität die Kohlenhydrat-Speicher des Körpers leer sind und nur langsam wieder aufgefüllt werden. In dieser Zeit soll der Körper bevorzugt Fett verbrennen.

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Roland Heynkes, CC BY-SA-3.0 DE

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