Unterrichtsmaterialien Biologie: Ganze Werke Seite 16/39
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RAABE
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Sauerstoffsensor HIF-1
Jede biologische Zelle benötigt zum Leben und Überleben Sauerstoff. Die Bedeutung einer konstanten Sauerstoffversorgung zeigt sich auch daran, dass mehrere Regelkreise die Sauerstoff-Homöostase unter verschiedenen Bedingungen absichern. Lange Zeit ungeklärt war dagegen, ob und wie einzelne Zellen ihren Versorgungszustand bezüglich des Sauerstoffs registrieren und daraufhin eine physiologische Reaktion einleiten können. Die Nobelpreisträger für Medizin und Physiologie des Jahres 2019 haben einen eleganten Mechanismus entschlüsselt, der beides ermöglicht. In dieser Einheit erarbeiten Sie mit Ihren Schülern diese grundlegenden Forschungsergebnisse rund um den Transkriptionsfaktor HIF-1 sowie deren Anwendung in praktischen Transferaufgaben.
Gesamtwerk
Gegen das Treibhausgas Kohlenstoffdioxid mit Escherichia coli
Das gramnegative Bakterium Escherichia coli wird von vielen Menschen mit Krankheiten, Fäkalien und potenzieller Gefahr assoziiert. In diesen Aufgaben, die auch als Test oder Klausur geeignet sind, wiederholen die Schüler den Aufbau von Bakterien und üben sich in einer Anwendungsaufgabe zur Gentechnik. Dabei wird ihnen verdeutlicht, dass die Forschung Escherichia coli auch zu ganz anderen, sinnvollen Zwecken einsetzen kann.
Gesamtwerk
Photorezeptoren und neuronale Verarbeitung
In dieser Unterrichtseinheit tauchen Sie mit Ihren Schülerinnen und Schülern in die Welt des Sehens auf neuronaler Ebene ein. Als Grundlage dienen die von den Nobelpreisträgern David Hubel und Torsten Wiesel durchgeführten Experimente zum Verständnis der Funktion der Photorezeptoren in der Retina sowie der Neuronen im visuellen Cortex unseres Gehirns. Ihre Schülerinnen und Schüler erarbeiten an diesem anschaulichen Beispiel das Prinzip des rezeptiven Felds bzw. der On-/Off-Zellen und erklären den Begriff des präferierten Stimulus bei der Ausrichtung eines Lichtreizes mithilfe von räumlicher Summation und Inhibition.
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Gesamtwerk
Kunststoffe im marinen Ökosystem
Der steigende Eintrag von Plastik in die Weltmeere gibt zunehmend Anlass zur Sorge. Auch Deutschland kann sich hier nicht aus der Verantwortung ziehen. Immer mehr Gegenbewegungen zur Vermeidung von Plastikmüll werden ins Leben gerufen. So zum Beispiel auch der „Unverpackt-Laden“. In dieser Unterrichtseinheit erörtern Ihre Schüler die Folgen des Plastikmülls in den Weltmeeren und analysieren im Gruppenpuzzle arbeitsteilig mögliche Lösungsstrategien im Hinblick auf Ihre Nachhaltigkeit. Zum Abschluss entwickeln sie für ein fiktives Parlament im Diskurs eine nationale Strategie gegen Plastikmüll und versprachlichen die Entscheidung in einer „Pressemitteilung“.
Gesamtwerk
Angepasstheiten an das Wasser
Stockente und Graureiher sind vermutlich jedem Ihrer Schüler bekannt und daher hervorragende Beispielobjekte für den Unterricht. Als Ergebnis der Evolution aufgrund sich ändernder Umweltbedingungen sind beide Wasservögel auf unterschiedliche Weise an ihren Lebensraum angepasst. Diese Angepasstheiten sowie ihre Lebens- und Ernährungsweise erkunden die Schüler in dieser Einheit näher. Je nach Möglichkeiten bietet es sich auch an, eine Freilandexkursion in den Unterricht mit einzubinden, um den Schülern Beobachtungen vor Ort zu ermöglichen.
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Gesamtwerk
Wir untersuchen wirbellose Tiere im Laubstreu
In einem Hektar Mischwald fallen jährlich circa fünf Tonnen Laub von den Bäumen. Trotzdem ersticken die Waldböden nicht, denn das Laub wird am Boden von kleinsten Lebewesen zersetzt. Die Schüler werden in dieser Unterrichtseinheit mit den Zersetzungsstadien eines Blattes vertraut gemacht und erforschen dann selbst, welche Lebewesen im Laubstreu zu finden sind. Hierfür fangen die Schüler einzelne Tiere aus dem Laubstreu und untersuchen diese mithilfe eines Binokulars. Sie zeichnen die Tiere, beschreiben die Körpermerkmale und können die gefundenen Lebewesen mithilfe von Bestimmungshilfen benennen und einer Gruppe der Wirbellosen zuordnen. Eine abschließende Ausstellung der Tiere zeigt auf, welche Lebewesen die Klasse im Laubstreu gefunden hat.
Gesamtwerk
Blutgruppen des Menschen und Mendel'sche Vererbung
Blut ist nicht gleich Blut. Dies wird spätestens dann deutlich, wenn eine Blutspende anstehen soll. In dieser Unterrichtseinheit erarbeiten sich Ihre Schüler die Merkmale der verschiedenen Blutgruppen sowie deren Vererbung nach den Mendel’schen Gesetzen. Das Erlernte wird durch den Bau von Erythrozytenmodellen zu verschiedenen Blutmischszenarieren sowie einem Rollenspiel zu einem Fallbeispiel veranschaulicht. Anhand eines Mysterys sowie mithilfe eines Dominospiels werden die neu erlernten Erkenntnisse auf spielerische Art und Weise eingeübt.
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Dürfen wir Wale töten?
Walarten sind heute durch Umweltverschmutzung, Lärm und Klimawandel belastet, können sich aber auch in Fischernetzen verfangen oder kollidieren mit Schiffen. Eine große Gefahr stellt ihre Übernutzung durch den Walfang dar. Experten sind sich einig, dass nur eine kontrollierte nachhaltige Nutzung ein Aussterben der imposanten Meeressäuger verhindern kann. Die Schüler werden in dieser Lernaufgabe mit historischen und aktuellen Bezügen des Walfangs vertraut gemacht. Sie lernen Gründe für den Walfang aus verschiedenen Perspektiven kennen und eine eigenständige, ethisch reflektierte Position zu beziehen.
Gesamtwerk
Experimentelle Erforschung der Vorgänge bei der Atmung
In dieser Unterrichtseinheit erarbeiten sich die Schüler die Funktionsweise und Bedeutung unserer Atmung. Als Forscher gehen sie gemäß des naturwissenschaftlichen Erkenntnisweges an diese neue Thematik heran, indem sie Hypothesen aufstellen, handlungsorientierte Versuche durchführen sowie auswerten und daraus Schlüsse ziehen. Sie erforschen dabei nicht nur den Aufbau der Lungen am Beispiel einer Schweinelunge, sondern ermitteln u. a. auch Atmungskenngrößen mithilfe des Spirometers. Neben der menschlichen Atmung befassen sich die Lernenden auch mit der Atmung und beantworten als „Zeitschriftenredakteure“ die Fragen Jugendlicher.
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Parasiten des Menschen – ungebetene, oft unsichtbare "Gäste"
Nicht nur Haustiere, sondern auch der Mensch kann von Parasiten befallen und geschädigt werden. Zu den häufigsten Parasiten des Menschen in Europa zählen Zecken, Flöhe, Kopfläuse, Band- und Spulwürmer. Ihre Schüler erarbeiten sich grundlegendes Wissen zu Parasiten, sodass sie die Risiken eines Parasitenbefalls und dadurch ausgelöste Krankheiten reduzieren können.
Gesamtwerk
Der Neandertaler in mir – Genetisches Erbe im modernen Menschen
Neandertaler stellen eine ausgestorbene Menschenform dar und sind die engsten Verwandten heute lebender Menschen. Die ältesten bekannten Neandertaler lebten vor 400.000 Jahren. Sie besiedelten Europa, den Nahen Osten, Zentralasien und das westliche Sibirien. Modernste Untersuchungsmethoden konnten jetzt zeigen, dass Neandertaler schon vor 40.000 Jahren ausstarben, aber Reste der archaischen DNA noch heute im modernen Menschen zu finden sind. Neandertaler und moderne Menschen koexistierten mindestens 250 Generationen lang. In dieser Leistungsaufgabe setzen sich Ihre Schüler mit dem genetischen Erbe des Neandertalers im anatomisch modernen Menschen auseinander.
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Evolution und Schöpfungsmythos – Leistungsaufgabe zur Koevolution
Die Bestäubung bei Blütenpflanzen ist kompliziert. Es muss sichergestellt werden, dass Pollen übertragen wird, ohne dass eine Selbstbestäubung erfolgt. Blütenpflanzen haben dies geschickt gelöst. Die Selbstbestäubung wird umgangen, indem erst die männlichen Staubbeutel mit den Pollen reifen und die weibliche Narbe erst danach für Pollen aufnahmebereit wird. Zudem nutzen Blütenpflanzen tierische Kuriere, wobei sich auffällige Angepasstheiten beobachten lassen, wie die von Wiesensalbei und Hummel. Kommt eine Hummel mit Pollenfracht, tippt der Griffel, der auf Hummeln spezialisierten Blüte, auf den Rücken des Insekts und sammelt den Pollen ab. Eine solche Koevolution beruht auf Koadaptationen, die positiv selektiert worden sind. Koadaptationen als Ergebnis eines langen koevolutiven Prozesses zweier Arten sind typisch für Wirt-Parasit- und Räuber-Beute-Beziehungen sowie für Symbiosen. Das „Grundtypen-Modell“ der Kreationisten erklärt evolutive Prozesse anders als die Synthetische Evolution.
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Genomische Prägung – Wirkung des Epigenoms am Prader-Willi-Syndrom und Angelman-Syndrom
Die genomische Prägung oder das genetische Imprinting ist ein epigenetischer Prozess. Bestimmte Chromosomenbereiche in der männlichen und weiblichen Keimbahn werden je nach elterlicher Herkunft unterschiedlich geprägt. Bei der Expression bestimmter Gene liegt das Allel eines Elternteils durch eine spezifische Methylierung inaktiv vor. Dies wird auch als „Gene-Silencing“ bezeichnet. Genomisch geprägte Abschnitte im Erbgut sind damit spezifisch methylierte Regionen. Ein solches Expressionsmuster kann vererbt werden und setzt die Mendel‘schen Regeln außer Kraft. Fehlerhafte Prägungen verändern Genexpressionsmuster und führen zu charakteristischen Erkrankungen. In dieser Unterrichtssequenz werden das Prader-Willi-Syndrom und das Angelman-Syndrom unter phänomenologischer und genetischer Perspektive näher untersucht.
Gesamtwerk
Die Überfischung der Weltmeere – Abhilfe durch Aquaponik und Aquakultur?
Als der Italiener Giovanni Caboto im Auftrag des englischen Königs 1497 Neufundland entdeckte, berichtete er über gigantische Kabeljauschwärme auf dem vorgelagerten Flachmeer, den Grand Banks. Die Entdecker ließen beschwerte Körbe im Meer absinken und beim Heraufziehen waren diese voller Kabeljau. Ein solcher Fischreichtum ist heute nicht mehr vorstellbar. Beim Kabeljau sind die wichtigsten und größten Bestände der Welt bereits zusammengebrochen oder stark bedroht. Was für den Kabeljau gilt, betrifft längst auch andere begehrte Speisefische wie den Lachs und den Hering. Diese Leistungsaufgabe fordert zu Lösungen heraus. Ihre Schülerinnen und Schüler analysieren Vor- und Nachteile von Aquaponik-Systemen und Aquakulturen mit Blick auf eine nachhaltige Entwicklung.
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Immunbiologie
Unser Immunsystem verfügt über ausgefeilte Methoden, Bakterien, Viren, aber auch Krebszellen schnell zu beseitigen. Einmal durchgemachte Infektionskrankheiten bieten häufig langjährigen, teilweise auch lebenslangen Schutz. Um sich vor einer Infektion zu schützen, gibt es für viele Krankheitserreger mittlerweile einen Impfstoff. Verfolgen Sie mit Ihren Schülern in dieser Unterrichtseinheit die vielfältigen Mechanismen, mit denen sich der menschliche Körper gegen Infektionen verteidigt. Dabei wird auch das kontrovers diskutierte Thema „Schutzimpfung“ behandelt.
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Bewegungsapparat des Menschen
Der Bewegungsapparat des Menschen ist Grundlagenthema der Biologie und legt den Grundstein für darauf aufbauende komplexere Themen der Humanbiologie in den höheren Klassen. Um das vorliegende Wissen und Verständnis Ihrer Schüler zum Thema zu überprüfen, stellt diese Klassenarbeit das geeignete Mittel dar. Möglichkeiten zur Differenzierung lassen den Einsatz auch in heterogenen Lerngruppen zu.
Gesamtwerk
Aufbau und Struktur der DNA
In diesem Beitrag erarbeiten die Schülerinnen und Schüler anschaulich und handlungsorientiert den Aufbau und die Struktur der DNA. Sie entnehmen die Informationen u. a. aus übersetzten Auszügen des Originalbriefs von Francis Crick und leiten daraus den Aufbau und die Struktur der DNA ab. Ein selbsterstelltes DNA-Modell und die Durchführung eines Schülerversuchs eignen sich zum prozessbezogenen Kompetenzerwerb und -erweiterung.
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Hund und Katze als Haustiere
Von den rund 5 000 bekannten Säugetierarten ist es dem Menschen nur bei etwa 20 Arten gelungen, sie durch Veränderung ihrer Lebensbedingungen nach und nach zu Haustieren im engeren Sinne zu machen. Zwei davon sind Hund und Hauskatze, die als bekannte Säugetiere in dieser Unterrichtseinheit behandelt werden. Am Beispiel von Hund und Katze erarbeiten Ihre Schüler, wie, wann und warum sie der Mensch als Wildformen in seine Behausungen aufgenommen hat und welche Verhaltensweisen und Bedürfnisse die beliebten Haustiere haben. Außerdem erfahren Ihre Schüler Wissenswertes zur Anatomie und den Sinnen von Hund und Katze.
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Mitose und Meiose erleben
Die meisten unserer Körperzellen teilen sich lebenslang, ohne dass wir viel davon mitbekommen. Doch was genau geschieht bei dieser unbemerkten Zellteilung? Und was passiert bei der Keimzellenbildung? In dieser Einheit entdecken Ihre Schüler die Abläufe von Mitose und Meiose, indem sie unter anderem einen Modellversuch zur DNA-Verteilung durchführen, Mitose-Stadien unter dem Mikroskop betrachten und Mitose- und Meiose-Phasen erforschen.
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Wildtiere
Diese Unterrichtseinheit beschäftigt sich mit der Erarbeitung von Eigenschaften und Besonderheiten verschiedener Wildtiere, wie Damwild, Rotwild, Rehwild und Schwarzwild. Die Einheit kann entweder im Rahmen einer Wildparkexkursion direkt am lebenden Objekt durchgeführt werden oder sie erfolgt mittels Internetrecherche am PC im Klassenraum. Dabei arbeiten die Lernenden durchgehend im Rahmen einer offenen Lernform in Kleingruppen und erhalten initial einen motivierenden Mysteryauftrag und anschließend Detektivprotokolle zu verschiedenen Wildarten, anhand derer die Aufgaben bearbeitet werden.
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MHC-Moleküle als Vermittler zwischen Freund und Feind
Diese Unterrichtseinheit beschäftigt sich mit dem MHC-Komplex. Dabei erarbeiten sich die Lernenden die Relevanz der MHC-Moleküle bei Organtransplantationen, Autoimmunerkrankungen sowie in der Partnersuche. Anhand anschaulicher Fallbeispiele, einer wissenschaftlichen Studie und üblichen Medikationen werden die Schüler für das Thema motiviert.
Gesamtwerk
Weltnaturerbe Wattenmeer und die Folgen des Klimawandels
Die Entstehung des Wattenmeeres liegt nur etwa 7.000 Jahre zurück. Es hat sich seit-dem, abhängig vom Meeresspiegel, von Strömungen, Sturmfluten und Wetterverhält-nissen fortlaufend umgeformt. Zusätzlich prägen zahlreiche Eingriffe des Menschen das heutige Wattenmeer. Die nährstoffhaltigen Ablagerungen des Watts bilden die zentrale Grundlage des Nahrungsangebots für eine artenreiche Flora und Fauna. Das Wattenmeer ist auch ein wichtiges Gebiet für Brut- und Gastvögel. Rund 40 verschie-dene Vogelarten sind im Wattenmeer als Durchzügler, zur Mauser oder als Winter-gäste anzutreffen. Die Anerkennung des Wattenmeers als Weltnaturerbe durch die UNESCO 2009 nahm der WWF zum Anlass, vor den Folgen des Klimawandels und dem damit verbundenen ansteigenden Meeresspiegel zu warnen. Diese Aufgabe widmet sich an konkreten Beispielen der Thematik.
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Molekularbiologische Methoden in der Rekonstruktion der Besiedlung Australiens
In dieser Einheit schlüpfen die Schüler, angestoßen durch die Forschungsfrage: „Wie verlief die prähistorische Besiedlung Australiens durch die Vorfahren der heutigen Urbevölkerung, der Aborigines?“ in die Rolle von Wissenschaftlern. Angelehnt an die echte Forschung müssen die Schüler auf ihrem Weg zur Problemlösung molekulargenetische Analysemethoden anwenden und ihre kommunikativen Kompetenzen schulen. Es wird besonders die Arbeit im kleinen Team gefördert sowie das Präsentieren im Plenum. Die Übungsaufgaben zum Thema „Wer ist der Täter?“ fokussieren auf modernes DNA-Profiling. Damit wird der Anwendungsbereich der molekularbiologischen Techniken erweitert über die Enträtselung von Verwandtschaftsbeziehungen, prähistorischen Wanderwegen bis hin zur aktuellen Forensik. Die Übungsaufgaben fordern den handelnden Umgang mit Wissen und prüfen das erreichte Kompetenzniveau.
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Gebärmutterhalskrebs durch Humane Papillomviren
Durch Bewältigung dieser Leistungsaufgabe, die auch gut zur Abiturvorbereitung genutzt werden kann, explizieren die Schülerinnen und Schüler ihren kompetenten Umgang mit Modellvorstellungen zur Wechselwirkung von Proto-Onkogenen und Tumorsuppressorgenen mit Blick auf die Regulation des Zellzyklus. Im Rahmen des Basiskonzepts Struktur und Funktion erarbeitet bzw. vertieft Ihre Klasse die Wirkung von Proto-Onkogenen und Tumorsuppressorgenen am Beispiel der HPV-Infektion.
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Paulinella chromatophora
Im Fokus dieser Einheit steht ein zentrales Forschungsfeld der modernen Evolutionsbiologie: die Rekonstruktion der Stammesgeschichte aller Lebewesen. Ihre Schüler vergleichen Mitochondrien und Chloroplasten, erarbeiten die Endosymbiontentheorie und veranschaulichen die schrittweise Entwicklung der Endosymbiose grafisch. Die Entwicklung zur eukaryotischen Zelle wird im evolutionsbiologischen Kontext als Beispiel für eine Makroevolution vorgestellt. Zum Abschluss werden die Grundannahmen der Evolutionstheorie und des Kreationismus gegenübergestellt.
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