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Son­der­ge­bie­te der Bio­wis­sen­schaf­ten

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Ein­gangs­klas­se

Ver­tie­fung – In­di­vi­dua­li­sier­tes Ler­nen – Pro­jekt­un­ter­richt (VIP)

20

Ver­tie­fung

In­di­vi­dua­li­sier­tes Ler­nen

Pro­jekt­un­ter­richt
z. B.
Übun­gen
An­wen­den
Wie­der­ho­len
z. B.
Selbst­or­ga­ni­sier­tes Ler­nen
Lern­ver­ein­ba­run­gen
Bin­nen­dif­fe­ren­zie­rung
z. B.
Un­ter­su­chung ei­nes aqua­ti­schen Öko­sys­tems (mit Pro­jekt­ma­nage­ment)
Er­stel­len von Ani­ma­tio­nen bio­lo­gi­scher Pro­zes­se
Die The­men­aus­wahl des Pro­jekt­un­ter­richts hat aus den nach­fol­gen­den Bil­dungs­plan­ein­hei­ten un­ter Be­ach­tung Fä­cher ver­bin­den­der As­pek­te zu er­fol­gen.

BPE 1

Grund­la­gen des wis­sen­schaft­li­chen Ar­bei­tens

15
In der Re­f­lexion his­to­ri­scher Wis­sens­bil­dung und ers­ter wis­sen­schaft­li­cher An­sät­ze ler­nen die Schü­le­rin­nen und Schü­ler heu­ti­ge Er­kennt­nis­se und Er­run­gen­schaf­ten ih­rer All­tags­welt im Kon­text mo­der­ner Wis­sen­schaft ken­nen. In pro­blem­ba­sier­ten Lern­ansät­zen wird wis­sen­schaft­li­ches Vor­ge­hen zu pra­xis­re­le­van­ten Fra­gen aus dem Be­reich der Bio­wis­sen­schaf­ten ent­wi­ckelt und im Rah­men von Ex­pe­ri­menten um­ge­setzt. Er­ho­be­ne Mess­da­ten wer­den aus­ge­wer­tet, dis­ku­tiert und un­ter Be­rück­sich­ti­gung gän­gi­ger Kri­te­ri­en sach­ge­recht dar­ge­stellt. Die Schü­le­rin­nen und Schü­ler er­wer­ben ver­ein­fach­te phä­no­me­no­lo­gi­sche Vor­stel­lun­gen von der Funk­ti­on na­tur­wis­sen­schaft­li­cher Ana­ly­se­me­tho­den. Im Hin­blick auf wei­ter­füh­ren­de be­ruf­li­che An­for­de­run­gen wer­den Kom­pe­ten­zen für wis­sen­schaft­li­ches Ar­bei­ten ge­för­dert und die Kri­tik­fä­hig­keit ge­gen­über Sach­in­for­ma­tio­nen in ei­nem ge­sell­schaft­li­chen Dis­kurs ge­schärft.

BPE 1.1

Die Schü­le­rin­nen und Schü­ler ver­glei­chen und be­wer­ten den wis­sen­schaft­li­chen Er­kennt­nis­ge­winn im his­to­ri­schen Ver­gleich vom frü­hen Mit­tel­al­ter bis zur Neu­zeit ex­em­pla­risch in zen­tra­len Schrit­ten. An­hand ei­ner all­tags­prak­ti­schen fach­be­zo­ge­nen Fra­ge­stel­lung ent­wi­ckeln sie auf Ba­sis vor­han­de­ner Er­kennt­nis­se Hy­po­the­sen, ent­wi­ckeln ein sach­lo­gi­sches Vor­ge­hen und ex­pe­ri­men­tel­les De­sign zur Über­prü­fung. Sie dis­ku­tie­ren un­ter­schied­li­che Er­geb­nis­sze­na­ri­en und be­wer­ten die­se in ei­nem ite­ra­ti­ven Pro­zess im Hin­blick auf ei­nen Er­kennt­nis­zu­ge­winn.
Wis­sen­schaft­li­cher Er­kennt­nis­ge­winn
Pra­xis­übung zu ei­nem re­le­van­ten The­ma
  • His­to­rie
z. B. Al­che­mie, Ra­tio­na­lis­mus (Des­car­tes, Leib­niz) und Em­pi­ris­mus (J. Lo­cke)
  • Aus­gangs­be­ob­ach­tung, Fra­ge­stel­lung, Hy­po­the­se, Un­ter­su­chung, Er­geb­nis und Deu­tung, Be­wer­tung der Hy­po­the­se
Ve­ri­fi­zie­rung, Fal­si­fi­ka­ti­on; ge­ge­be­nen­falls Ver­än­de­rung von Fra­ge­stel­lung, Ver­suchs­an­satz oder Hy­po­the­sen­bil­dung
  • Theo­rie­bil­dung

BPE 1.2

Die Schü­le­rin­nen und Schü­ler be­schrei­ben ein Ana­ly­se­ver­fah­ren im na­tur­wis­sen­schaft­li­chen Kon­text auf phä­no­me­no­lo­gi­scher Ebe­ne und un­ter­su­chen ei­ne all­tags­prak­ti­sche bio­lo­gi­sche oder bio­che­mi­sche Fra­ge­stel­lung durch ei­ne Er­he­bung von Mess­da­ten.Sie wer­ten die er­ho­be­nen Mess­da­ten mit­hil­fe vor­ge­ge­be­ner Eich­kur­ven und ein­fa­cher Sta­tis­tik aus, in­ter­pre­tie­ren und dis­ku­tie­ren sie im Kon­text der Hy­po­the­se.

Wis­sen­schaft­li­che Me­tho­de
z. B. Fo­to­me­trie, Ti­tri­me­trie mit Eich­kur­ve
Wis­sen­schaft­li­che Un­ter­su­chung
z. B. Ni­trat- und Zi­tro­nen­säu­re­kon­zen­tra­ti­on in Pflan­zen oder Le­bens­mit­teln
  • Ne­ga­tiv- und Po­si­tiv­kon­trol­le

  • Er­he­bung ei­ner Mess­rei­he

  • Wie­der­ho­lungs­mes­sung und Par­al­lel­an­satz

Aus­wer­tung mit Ta­bel­len­kal­ku­la­ti­ons­pro­gramm

  • de­skrip­ti­ve Sta­tis­tik: Stich­pro­be, Mit­tel­wert, Stan­dard­ab­wei­chung

  • gra­fi­sche Dar­stel­lung von Mess­da­ten

Feh­ler­be­trach­tung

Dis­kus­si­on der Er­geb­nis­se und Über­prü­fung der Hy­po­the­se
Be­rück­sich­ti­gung the­men­be­zo­ge­ner Fach­li­te­ra­tur

BPE 1.3

Die Schü­le­rin­nen und Schü­ler fas­sen die ver­schie­de­nen Schrit­te der Un­ter­su­chung un­ter Be­rück­sich­ti­gung wis­sen­schaft­li­cher Stan­dards zu­sam­men und stel­len sie dar. Sie dis­ku­tie­ren die Er­geb­nis­se im Ple­num.
Do­ku­men­ta­ti­on der Un­ter­su­chung mit den Tei­len
Pro­to­koll, wis­sen­schaft­li­ches Pos­ter
  • Ein­lei­tung

  • Ma­te­ri­al und Me­tho­den

  • Mess­ergeb­nis­se, Be­ob­ach­tung

  • Dis­kus­si­on

  • Zu­sam­men­fas­sung

Prä­sen­ta­ti­on

BPE 2

Zel­len als selbst­er­hal­ten­de bio­che­mi­sche Funk­ti­ons­ein­hei­ten

20
Die Schü­le­rin­nen und Schü­ler in­ter­pre­tie­ren Zel­len als Bau- und Funk­ti­ons­ein­hei­ten von Le­be­we­sen. Sie er­mit­teln den Zu­sam­men­hang zwi­schen der Struk­tur und der Funk­ti­on von Zell­be­stand­tei­len. Die Schü­le­rin­nen und Schü­ler er­ken­nen, dass ei­ne der prin­zi­pi­el­len Ei­gen­schaf­ten von Zel­len ih­re Stoff­wech­sel­pro­zes­se dar­stel­len, da Zel­len nur über En­er­gie- und Stoff­um­satz die cha­rak­te­ris­ti­schen Kenn­zei­chen des Le­bens er­rei­chen kön­nen. Sie ver­ste­hen, dass Licht­ener­gie ei­ne der pri­mä­ren En­er­gie­for­men dar­stellt, wel­che die Stoff­kreis­läu­fe an­treibt, de­nen au­to- und he­tero­tro­phe Le­be­we­sen un­ter­wor­fen sind und ei­nen Groß­teil des Le­bens auf der Er­de er­mög­licht. Am Bei­spiel der Fo­to­syn­the­se und der Zel­l­at­mung als de­ren Kom­ple­men­tär­vor­gang ler­nen sie die Be­deu­tung von zel­lu­lä­ren Pro­zes­sen ken­nen, die che­mi­sche Ener­gie lie­fern bzw. spei­chern.

BPE 2.1

Die Schü­le­rin­nen und Schü­ler lei­ten Kenn­zei­chen des Le­bens aus der mi­kro­sko­pi­schen Be­ob­ach­tung und Zeich­nung von Zel­len ab. Sie un­ter­su­chen ex­em­pla­risch die Zu­sam­men­hän­ge zwi­schen den be­ob­ach­te­ten Zell­struk­tu­ren und de­ren Funk­ti­on. Die Schü­le­rin­nen und Schü­ler deu­ten die Zel­le als Bau- und Funk­ti­ons­ein­heit von Le­be­we­sen. Sie be­schrei­ben Zel­len als of­fe­ne Sys­te­me und ge­ben Bei­spie­le für au­to­tro­phe bzw. he­tero­tro­phe Le­be­we­sen und Le­bens­wei­sen an.
Licht­mi­kro­sko­pie ver­schie­de­ner Zel­len im Ver­gleich

  • Pa­ra­me­ci­um: Be­we­gung, Nah­rungs­auf­nah­me, Stoff­wech­sel
Füt­te­rung mit He­fe­zel­len
  • He­fe: Wachs­tum, Ver­meh­rung, Ver­er­bung
Spros­sung
Zell­struk­tur und Zell­funk­ti­on

  • Zell­kern, Chro­ma­tin, Rol­le bei der Zell­tei­lung und Ver­er­bung
z. B. Wur­zel­spit­zen­prä­pa­rat
  • Chlo­ro­plast, Fo­to­syn­the­se
z. B. Ver­gleich Al­ge, Zwie­bel­haut­zel­le; Mem­branzwi­schen­raum, Stro­ma, Thy­la­koid­raum;
Ad­van­ce Or­ga­ni­ser: Fo­to­syn­the­se
De­fi­ni­ti­on au­to­troph, he­tero­troph und Bei­spiel­or­ga­nis­men
z. B. Eu­gle­na

BPE 2.2

Die Schü­le­rin­nen und Schü­ler be­schrei­ben die Fo­to­syn­the­se und die Zel­l­at­mung als Pro­zes­se der En­er­gie­um­wand­lung durch Zel­len und in­ter­pre­tie­ren sie als Kom­ple­men­tär­vor­gän­ge in der be­leb­ten Welt. Sie lei­ten aus ein­fa­chen Ex­pe­ri­men­ten Eduk­te und Pro­duk­te der Fo­to­syn­the­se ab und for­mu­lie­ren die Net­to­glei­chun­gen.

Fo­to­syn­the­se und Zel­l­at­mung als Kom­ple­men­tär­vor­gän­ge
sche­ma­ti­sches Mo­dell, Koh­len­stoff­kreis­lauf, Ex­pe­ri­ment von Priest­ley; vgl. BPE 3
  • au­to­tro­phe Or­ga­nis­men als Lie­fe­ran­ten en­er­gie­rei­cher or­ga­ni­scher Mo­le­kü­le für Zel­l­at­mung der he­tero­tro­phen und au­to­tro­phen Le­be­we­sen

  • Eduk­te und Pro­duk­te der Fo­to­syn­the­se

  • Net­to­glei­chung der Fo­to­syn­the­se
6 H2O + 6 CO2 + Licht­ener­gie \( \to \) C6H12O6 + 6 O2 + Wär­me­en­er­gie
  • he­tero­tro­phe Or­ga­nis­men als CO2-Lie­fe­ran­ten für Fo­to­syn­the­se der au­to­tro­phen Le­be­we­sen

  • Net­to­glei­chung der Zel­l­at­mung
C6H12O6 + 6 O2 \( \to \) 6 H2O + 6 CO2 + che­mi­sche Ener­gie (ATP) + Wär­me­en­er­gie

BPE 2.3

Die Schü­le­rin­nen und Schü­ler un­ter­su­chen die Rol­le des Chlo­ro­phylls und des Lichts an­hand des Wegs der wis­sen­schaft­li­chen Er­kennt­nis­ge­win­nung. Aus­ge­hend von den Er­geb­nis­sen des En­gel­man­n-Ver­suchs ent­wi­ckeln sie Hy­po­the­sen, die die­ses Er­geb­nis er­klä­ren. Sie über­prü­fen ih­re Hy­po­the­sen mit­hil­fe ei­nes ge­eig­ne­ten Ex­pe­ri­ments.
Rol­le des Chlo­ro­phylls und des Lichts bei der Fo­to­syn­the­se
Fo­to­syn­the­se­ra­te, O2-Pro­duk­ti­on als Maß
  • Ex­trak­ti­on Rohchlo­ro­phyll

  • Auf­nah­me des Ab­sorp­ti­ons­spek­trums
Fo­to­me­trie, Dar­stel­lung als Dia­gramm
  • Ver­gleich mit dem Ver­such­s­er­geb­nis von En­gel­mann, Kor­re­la­ti­on von Licht­ab­sorp­ti­on und Fo­to­syn­the­se­ra­te
Ab­sorp­ti­on von blau­em und ro­tem Licht

BPE 2.4

Die Schü­le­rin­nen und Schü­ler be­schrei­ben den grund­sätz­li­chen Zu­sam­men­hang von Auf- und Ab­bau­we­gen im Stoff­wech­sel an­hand ei­nes Über­sichts­sche­mas. Sie be­grün­den die Not­wen­dig­keit für den zel­lu­lä­ren Stoff­wech­sel mit dem En­er­gie- und Bau­stoff­be­darf von Zel­len.

Mo­le­ku­la­re Be­stand­tei­le der Or­ga­nis­men
Nu­kle­in­säu­ren, Pro­te­ine, Li­pi­de,
Po­ly­sac­cha­ri­de
Ka­t­a­bo­lis­mus

  • Ab­bau von Nah­rungs­mo­le­kü­len

  • Bil­dung von Bau­stei­nen und nutz­ba­ren En­er­gie­for­men, Wär­me­ver­lust
ATP
Ana­bo­lis­mus

  • Syn­the­se von Bau­stei­nen
z. B. Ami­no­säu­ren, Nu­kleo­ti­de, Glu­co­se
  • Syn­the­se von Bio­m­a­kro­mo­le­kü­len aus Bau­stei­nen
z. B. Pro­te­in­bio­syn­the­se, DNA-Re­pli­ka­ti­on
  • Be­darf an nutz­ba­ren En­er­gie­for­men
ATP
En­er­gie­be­darf von Zel­len
z. B. Trans­port­vor­gän­ge, Mus­kel­kon­trak­ti­on, ana­bo­le Vor­gän­ge

BPE 3

Un­ter­su­chung ei­nes Öko­sys­tems

15
Die Schü­le­rin­nen und Schü­ler ana­ly­sie­ren den öko­lo­gi­schen Zu­stand ei­nes aqua­ti­schen Öko­sys­tems. Sie re­cher­chie­ren ge­eig­ne­te Pa­ra­me­ter zur Be­wer­tung des öko­lo­gi­schen Zu­stands und er­ken­nen de­ren ge­gen­sei­ti­ge Be­ein­flus­sung. Sie pla­nen ent­spre­chen­de Un­ter­su­chun­gen, füh­ren die­se durch und wer­ten die Er­geb­nis­se aus. Der Ein­fluss abio­ti­scher, bio­ti­scher und an­thro­po­ge­ner Fak­to­ren auf den öko­lo­gi­schen Zu­stand des Öko­sys­tems wird nach­voll­zieh­bar.

BPE 3.1

Die Schü­le­rin­nen und Schü­ler be­schrei­ben den Auf­bau und die Funk­ti­ons­wei­se ei­nes aqua­ti­schen Öko­sys­tems am Bei­spiel ei­nes ste­hen­den oder flie­ßen­den Ge­wäs­sers. Sie er­klä­ren den Ein­fluss abio­ti­scher und bio­ti­scher Fak­to­ren und de­ren Wech­sel­wir­kun­gen auf den Zu­stand des Öko­sys­tems.

Biozö­no­se und Bio­top
vgl. Bio­lo­gie, Jahr­gangs­stu­fe 2
Be­schrei­bung ei­nes Öko­sys­tems

  • Ein­fluss abio­ti­scher Fak­to­ren: Schich­tung bzw. Zo­nie­rung
Tem­pe­ra­tur, Son­nen­ein­strah­lung, Strö­mung, Dich­te­ano­ma­lie des Was­sers, Som­mers­ta­gna­ti­on, Win­ter­zir­ku­la­ti­on, Längs­zo­nie­rung, Sau­er­stoff­zo­nen
  • Ein­fluss bio­ti­scher Fak­to­ren: Nah­rungs­be­zie­hun­gen
Tro­phie­ebe­nen; Si­mu­la­tio­nen
  • Bio­di­ver­si­tät und Re­ak­ti­ons­norm

BPE 3.2

Die Schü­le­rin­nen und Schü­ler be­schrei­ben den prin­zi­pi­el­len Ab­lauf der Eu­tro­phie­rung ei­nes Ge­wäs­sers und lei­ten dar­aus die für die Be­wer­tung ge­eig­ne­ten Mes­sun­gen ab. Sie deu­ten das Vor­kom­men von Or­ga­nis­men­grup­pen qua­li­ta­tiv und quan­ti­ta­tiv im Hin­blick auf ei­ne Dif­fe­ren­ziert­heit der Stand­or­tei­gen­schaf­ten.

Prin­zi­pi­el­ler Ver­lauf der Eu­tro­phie­rung

  • Nähr­stof­f­e­in­trag
Stick­stoff- und phos­phor­hal­ti­ge Ver­bin­dun­gen
  • Pro­du­zen­ten‑,Kon­su­men­ten­bio­mas­se, to­te Bio­mas­se am Grund

  • Sau­er­stoff­ge­halt, Sau­er­stoff­zeh­rung

  • Bil­dung von Faul­ga­sen
Schwe­fel­was­ser­stoff, Me­than, Am­mo­ni­ak
Un­ter­su­chungs­de­sign: Pro­ben­ent­nah­me­stel­len, Mess­pa­ra­me­ter und Ex­pe­ri­men­te

BPE 3.3

Die Schü­le­rin­nen und Schü­ler er­mit­teln an­hand der er­ho­be­nen Da­ten die Gü­te­klas­se ei­nes Ge­wäs­sers.
Da­ten­er­fas­sung
Schnell­tests
  • Kon­zen­tra­ti­ons­be­stim­mung: Ni­trat, Ni­trit, Am­mo­ni­um, Phos­phat
Stoff­kreis­läu­fe: Stick­stoff und Phos­phat im Zu­sam­men­hang mit der Eu­tro­phie­rung
  • pH-Wert, Leit­fä­hig­keit, Tem­pe­ra­tur

  • Sau­er­stoff­sät­ti­gung und BSB5
Sau­er­stoff­son­de oder Sau­er­stoff­be­stim­mung nach Wink­ler
  • Sa­pro­bien­in­dex, Zei­ger­or­ga­nis­men

In­ter­pre­ta­ti­on der Mess­da­ten, Er­mitt­lung ei­ner Gü­te­klas­se
Dar­stel­lung und Prä­sen­ta­ti­on der Er­geb­nis­se

Jahr­gangs­stu­fe 1

Ver­tie­fung – In­di­vi­dua­li­sier­tes Ler­nen – Pro­jekt­un­ter­richt (VIP)

20

Ver­tie­fung

In­di­vi­dua­li­sier­tes Ler­nen

Pro­jekt­un­ter­richt
z. B.
Übun­gen
An­wen­den
Wie­der­ho­len
z. B.
Selbst­or­ga­ni­sier­tes Ler­nen
Lern­ver­ein­ba­run­gen
Bin­nen­dif­fe­ren­zie­rung
z. B.
Neu­ro­pa­tho­lo­gi­en: ko­gni­ti­ons­psy­cho­lo­gi­sche und neu­ro­wis­sen­schaft­li­che Grund­la­gen, Be­hand­lung
Rol­le von Frau­en in den Na­tur­wis­sen­schaf­ten (Chris­tia­ne Nüss­lein-Voll­hard)
Er­stel­len von phy­lo­ge­ne­ti­schen Bäu­men mit bio­lo­gi­schen Se­quenz­da­ten
Su­che von Be­le­gen der Evo­lu­ti­ons­theo­rie beim Be­such von Fos­si­li­en­fund­stät­ten
Die The­men­aus­wahl des Pro­jekt­un­ter­richts hat aus den nach­fol­gen­den Bil­dungs­plan­ein­hei­ten un­ter Be­ach­tung Fä­cher ver­bin­den­der As­pek­te zu er­fol­gen.

BPE 4*

Neu­ro­bio­lo­gie des Ler­nens

25
Ge­dächt­nis­bil­dung und Er­in­ne­rungs­leis­tung sind fas­zi­nie­ren­de und kom­ple­xe Leis­tun­gen des men­sch­li­chen Ge­hirns und sol­len die Aus­gangs­the­ma­tik die­ser Ein­heit bil­den. Mit der Be­trach­tung der Er­for­schung der Grund­la­gen des Ler­nens am Bei­spiel des Kie­men­rück­zieh­re­fle­xes bei Ap­ly­sia er­fas­sen die Schü­le­rin­nen und Schü­ler Ler­nen als neu­ro­bio­lo­gi­schen Vor­gang zur Mo­du­la­ti­on von Ver­hal­ten. Die wis­sen­schafts­his­to­risch be­deut­sa­men, bahn­bre­chen­den Ex­pe­ri­men­te von Eric Kan­del bie­ten den Schü­le­rin­nen und Schü­lern die Mög­lich­keit grund­le­gen­de Prin­zi­pi­en der Neu­ro­bio­lo­gie des Ler­nens ab­zu­lei­ten und zu ver­ste­hen.
Die Be­trach­tung und Un­ter­su­chung von Mem­bran­po­tenzialen als Grund­la­ge der In­for­ma­ti­ons­über­tra­gung im Ner­ven­sys­tem bie­tet den Schü­le­rin­nen und Schü­lern die Ge­le­gen­heit zur prak­ti­schen Um­set­zung des We­ges der wis­sen­schaft­li­chen Er­kennt­nis­ge­win­nung und da­mit zur Fes­ti­gung ih­rer Fach­me­tho­den­kom­pe­tenz.
Grund­sätz­lich wird den Schü­le­rin­nen und Schü­lern die Be­deu­tung von ge­eig­ne­ten (Tier‑) Mo­del­len, Zell- und Ge­we­be­kul­tu­ren für die Er­for­schung bio­lo­gi­scher Fra­ge­stel­lun­gen ex­em­pla­risch deut­lich.
Durch kon­se­quen­te Her­lei­tung neu­ro­na­ler Pro­zes­se aus Dar­stel­lun­gen der Ori­gi­nal­ver­su­che kön­nen die Schü­le­rin­nen und Schü­ler die Be­deu­tung ei­ner ziel­füh­ren­den Ver­suchs­kon­zep­ti­on für die Er­mitt­lung bio­lo­gi­scher Kennt­nis­se er­fas­sen.
Den Schü­le­rin­nen und Schü­lern wird die en­ge Ver­bin­dung zwi­schen neu­ro­bio­lo­gi­schen und ge­ne­ti­schen Vor­gän­gen und da­mit die Be­deu­tung dis­zi­plin­über­grei­fen­der Lö­sungs­an­sät­ze zur Klä­rung bio­lo­gi­scher Fra­ge­stel­lun­gen deut­lich.
Durch ei­nen ab­schlie­ßen­den Ver­gleich von ex­pli­zi­tem und im­pli­zi­tem Ge­dächt­nis er­hal­ten die Schü­le­rin­nen und Schü­ler ei­nen klei­nen Ein­blick in die Kom­ple­xi­tät der Lern- und Ge­dächt­nis­vor­gän­ge beim Men­schen. Sie kön­nen da­bei die Rol­le der Auf­merk­sam­keit bei Lern­vor­gän­gen er­fas­sen und dar­aus Rück­schlüs­se auf ihr ei­ge­nes Lern­ver­hal­ten zie­hen.
Der Auf­bau der Ein­heit bie­tet die Mög­lich­keit der Ver­tie­fung ko­gni­ti­ons­psy­cho­lo­gi­scher und neu­ro­pa­tho­lo­gi­scher As­pek­te wie z. B. Al­ters­ver­gess­lich­keit und Alz­hei­mer-Krank­heit, Schi­zo­phre­nie, De­pres­sio­nen und Par­kin­son-Krank­heit.

BPE 4.1

Die Schü­le­rin­nen und Schü­ler be­grün­den die Eig­nung des Tier­mo­dells Ap­ly­sia für die neu­ro­bio­lo­gi­sche For­schung. Sie be­schrei­ben den grund­le­gen­den Auf­bau des Rei­z-Re­ak­ti­ons­sche­mas, skiz­zie­ren den dem Ver­hal­ten zu­grun­de lie­gen­den ver­mit­teln­den neu­ro­na­len Schalt­kreis und nen­nen die dar­an be­tei­lig­ten Struk­tu­ren.

Ap­ly­sia als Tier­mo­dell
Bau, Le­bens­wei­se und Vor­kom­men der Ap­ly­sia
Kie­men­rück­zieh­re­flex als ein­fa­ches Mo­dell ei­nes Lern­vor­gangs mit we­ni­gen Neu­ro­nen
Kie­men­rück­zieh­re­flex: Rei­z-Re­ak­ti­ons­sche­ma, ver­mit­teln­der neu­ro­na­ler Schalt­kreis
Neu­ro­nen in Sym­bol­schreib­wei­se, Ver­such am prä­pa­rier­ten Tier
  • Si­pho, Reiz am Si­pho

  • sen­so­ri­sches Neu­ron, Mo­to­n­eu­ron

  • Kie­me, Rück­zieh­re­flex als Re­ak­ti­on

BPE 4.2

Die Schü­le­rin­nen und Schü­ler nen­nen die grund­le­gen­den Funk­tio­nen von Ner­ven­zel­len und lei­ten dar­aus den sche­ma­ti­schen Auf­bau ei­ner Ner­ven­zel­le ab.

Funk­tio­nen der Ner­ven­zel­len
Prin­zip Struk­tur und Funk­ti­on; vgl. Bio­lo­gie, Jahr­gangs­stu­fe 2
  • Rei­z­auf­nah­me, Er­re­gungs­wei­ter­lei­tung

  • In­for­ma­ti­ons­ver­ar­bei­tung, Ver­rech­nung

  • Pro­te­in­bio­syn­the­se
Funk­ti­on be­dingt Zell­kör­per als Be­stand­teil
  • Ver­net­zung, Er­re­gungs­über­tra­gung

Bau der Ner­ven­zel­le
Mi­kro­sko­pie: Quetsch‑, Dau­er­prä­pa­ra­te
  • Den­dri­ten, Axon­hü­gel, Axon

  • Zell­kör­per: Haupt­ort der Pro­te­in­bio­syn­the­se
Neu­ro­trans­mit­ter, Io­nen­ka­nä­le, Struk­tur­pro­te­ine
  • Prä­syn­ap­se
lo­ka­le Pro­te­in­bio­syn­the­se

BPE 4.3

Die Schü­le­rin­nen und Schü­ler be­schrei­ben In­for­ma­tio­nen im Ner­ven­sys­tem als Än­de­run­gen von Mem­bran­po­ten­zia­len. Sie ana­ly­sie­ren mit ei­nem ge­eig­ne­ten Mo­dell­ver­such das Ru­he­po­ten­zi­al, stel­len die Ver­such­s­er­geb­nis­se in ge­eig­ne­ter Form dar und lei­ten dar­aus die Vor­gän­ge bei der Ent­ste­hung des Ru­he­po­ten­zi­als ab. Die Schü­le­rin­nen und Schü­ler er­klä­ren die dem Po­ten­zi­al zu­grun­de lie­gen­den elek­tri­schen Gra­di­en­ten, Kon­zen­tra­ti­ons­gra­di­en­ten und Io­nen­wan­de­run­gen. Sie deu­ten die Zu­stän­de an der rea­len Ner­ven­zell­mem­bran an­hand der in dem Mo­dell­ver­such ge­won­ne­nen Er­kennt­nis­se.
Ver­suchs­auf­bau: Mes­sung des Mem­bran­po­ten­zi­als an den Rie­sen­n­eu­ro­nen des Tin­ten­fi­sches
Re­al­ver­such in bild­li­cher Dar­stel­lung
Mo­dell­ver­such
Gön­ner-Kam­mer oder U-Rohr mit se­lek­ti­vem Dia­phrag­ma; Na­Cl oder KCl, Cel­lu­lo­se­hy­drat­fo­lie (Cel­lo­phan) als kat­io­nen­se­lek­ti­ve Mem­bran
Ver­gleich: Re­al- und Mo­dell­ver­such
z. B. Ver­suchs­pro­to­koll
  • Kon­zen­tra­ti­ons­gra­di­ent, Io­nen­dif­fu­si­on und elek­tri­scher Gra­di­ent

  • se­lek­tiv per­me­able Mem­bran

  • Gleich­ge­wichts­po­ten­zi­al

Ru­he­po­ten­zi­al an der Ner­ven­zell­mem­bran als K+-Po­ten­zi­al

Se­lek­ti­ve Per­me­a­bi­li­tät der Mem­bran auf­grund der Io­nen­ka­nä­le: K+-Ka­nä­le und Na+-Ka­nä­le

Dif­fu­si­on von Na+‑, K+‑, Cl--Io­nen, or­ga­ni­sche Anio­nen

BPE 4.4

Die Schü­le­rin­nen und Schü­ler be­nen­nen das Ak­ti­ons­po­ten­zi­al als in­for­ma­ti­ons­tra­gen­de Än­de­rung des Ru­he­po­ten­zi­als bei der Kom­mu­ni­ka­ti­on zwi­schen Ner­ven­zel­len. Sie be­schrei­ben das Ak­ti­ons­po­ten­zi­al als Fol­ge ver­än­der­ter Io­nen­ka­nal­zu­stän­de und Io­nen­dif­fu­si­on, oh­ne auf die ein­zel­nen Pha­sen des Ak­ti­ons­po­ten­zia­les nä­her ein­zu­ge­hen.
Ak­ti­ons­po­ten­zi­al
Op­to­ge­ne­tik: Steue­rung des Ver­hal­tens von ge­ne­tisch ver­än­der­ten Le­be­we­sen über Licht
z. B. licht­ge­steu­er­ter Io­nen­ka­nal in Rat­ten-N­eu­ro­nen: Ka­nal­rho­d­op­sin
Än­de­rung des Mem­bran­po­ten­zi­als durch Än­de­rung der Io­nen­ka­nal­zu­stän­de und Io­nen­dif­fu­si­on am Bei­spiel von Na+ und K+

BPE 4.5

Am Bei­spiel der glut­ama­ter­gen Sy­nap­se be­schrei­ben und skiz­zie­ren die Schü­le­rin­nen und Schü­ler die che­mi­sche Wei­ter­lei­tung der Er­re­gung. Sie er­klä­ren un­ter Ein­be­zug des Schlüs­sel-Schlos­s-Prin­zips den Ab­lauf der syn­ap­ti­schen Er­re­gungs­über­tra­gung.

Er­re­gungs­über­tra­gung zwi­schen sen­so­ri­schem und mo­to­ri­schem Neu­ron im ver­mit­teln­den Schalt­kreis des Kie­men­rück­zieh­re­fle­xes von Ap­ly­sia

BPE 4.6

Die Schü­le­rin­nen und Schü­ler er­klä­ren den Un­ter­schied zwi­schen er­re­gen­den und hem­men­den Sy­nap­sen so­wie io­notro­pen und me­ta­bo­tro­pen Re­zep­to­ren. Sie nen­nen ver­schie­de­ne Funk­tio­nen wich­ti­ger Neu­ro­trans­mit­ter im men­sch­li­chen Ge­hirn.
Er­re­gen­de und hem­men­de Sy­nap­sen
Glut­amat als wich­tigs­ter Neu­ro­trans­mit­ter an er­re­gen­den Sy­nap­sen im men­sch­li­chen Ge­hirn;
GA­BA als wich­tigs­ter Neu­ro­trans­mit­ter an hem­men­den Sy­nap­sen
  • ver­schie­de­ne io­notro­pe Re­zep­to­ren

  • Na+- oder Cl--Ein­strom füh­ren zu De­po­la­ri­sa­ti­on oder Hy­per­po­la­ri­sa­ti­on

Io­notro­pe und me­ta­bo­tro­pe Re­zep­to­ren
mo­du­la­to­ri­scher Schalt­kreis
Neu­ro­trans­mit­ter und de­ren Funk­ti­on im zen­tra­len Ner­ven­sys­tem des Men­schen

  • Do­pa­min als Trans­mit­ter im Mit­tel­hirn/Sub­stan­zia ni­gra und im Be­loh­nungs- bzw. Mo­ti­va­ti­ons­sys­tem
Steue­rung will­kür­li­cher Be­we­gun­gen, Zu­sam­men­hang mit Par­kin­son
me­so­corti­co­lim­bi­sches Be­loh­nungs­sys­tem, Auf­merk­sam­keit
  • Sero­to­nin als Trans­mit­ter im Hirn­stamm
Schmerz­emp­fin­den, Schlaf-Wach-Rhyth­mus und Stim­mung, Zu­sam­men­hang mit De­pres­sio­nen, Sero­to­nin-Wie­der­auf­nah­me­hem­mer

BPE 4.7

Die Schü­le­rin­nen und Schü­ler be­schrei­ben ver­schie­de­ne Ge­dächt­nis­for­men und er­läu­tern die Vor­gän­ge bei der ein­fa­chen Lern­form der Sen­si­ti­vie­rung am Bei­spiel des Kie­men­rück­zieh­re­fle­xes der Ap­ly­sia. Sie lei­ten aus mo­dell­haf­ten Dar­stel­lun­gen ein Ex­pe­ri­ment zur Er­for­schung die­ser Lern­vor­gän­ge ab. Die Schü­le­rin­nen und Schü­ler er­mit­teln aus Li­te­ra­tur­an­ga­ben die Er­geb­nis­se der Re­al­ver­su­che und ent­wi­ckeln Hy­po­the­sen zur Er­klä­rung der ver­stärk­ten Glut­amat­aus­schüt­tung durch Sen­si­ti­vie­rung.
Kurz­zeit­ge­dächt­nis, Lang­zeit­ge­dächt­nis

Sen­si­ti­vie­rung

Ver­suchs­kon­zep­ti­on: Ver­su­che zur Ver­stär­kung des Kie­men­rück­zieh­re­fle­xes durch se­kun­dä­ren Reiz an der Schwanz­re­gi­on
No­bel­preis 2000 an Eric Kan­del, Ar­vid Carls­son und Paul Green­gard
Er­geb­nis: Ver­stär­kung der Glut­amat­aus­schüt­tung

Hy­po­the­sen
z. B. Ver­län­ge­rung des Ak­ti­ons­po­ten­zi­als

BPE 4.8

Die Schü­le­rin­nen und Schü­ler stel­len Er­geb­nis­se aus Ex­pe­ri­men­ten an Ner­ven­zell­prä­pa­ra­ten am Bei­spiel des Kie­men­rück­zieh­re­flex bei Ap­ly­sia dar und skiz­zie­ren den mo­du­la­to­ri­schen neu­ro­na­len Schalt­kreis im Ver­gleich mit dem ver­mit­teln­den Schalt­kreis.

Mo­du­la­to­ri­scher Schalt­kreis

  • sen­so­ri­sches Neu­ron aus dem Si­pho

  • sen­so­ri­sches Neu­ron im Schwanz

  • Sero­to­nin aus­schüt­ten­des In­ter­n­eu­ron

  • Kie­men­rück­zieh­re­flex steu­ern­des Mo­to­n­eu­ron

  • Sero­to­nin als mo­du­la­to­ri­scher Trans­mit­ter

Ver­hal­tens­än­de­rung durch he­te­ro­syn­ap­ti­sche Mo­du­la­ti­on der Stär­ke der Ver­bin­dung zwi­schen sen­so­ri­schem Neu­ron und Mo­to­n­eu­ron des ver­mit­teln­den Schalt­krei­ses

Vor­gän­ge bei der Kurz­zeit­bah­nung als Grund­la­ge der Ver­hal­tens­än­de­rung
Er­geb­nis­se von Ver­su­chen zur Er­mitt­lung der Wir­kung der Ein­zel­kom­po­nen­ten der Si­gnal­trans­duk­ti­on (Sero­to­nin, cAMP, Pro­te­in­ki­nase A)

BPE 4.9

Die Schü­le­rin­nen und Schü­ler be­schrei­ben die Vor­gän­ge bei der Si­gnal­trans­duk­ti­on zur Ver­stär­kung der syn­ap­ti­schen Über­tra­gung und er­läu­tern ex­em­pla­risch prin­zi­pi­el­le Schrit­te der Si­gnal­über­tra­gung. Da­mit er­klä­ren die Schü­le­rin­nen und Schü­ler die Bil­dung von Kurz­zeiter­in­ne­run­gen bei der Sen­si­ti­vie­rung auf zel­lu­lä­rer und mo­le­ku­la­rer Ebe­ne.
Si­gnal­ein­gang: In­ter­n­eu­ro­ne, In­for­ma­ti­on aus der Schwanz­re­gi­on, Sero­to­nin, sen­so­ri­sche Neu­ro­ne; me­ta­bo­tro­per Re­zep­tor

Si­gnal­wei­ter­lei­tung: cAM­P-Pro­duk­ti­on, se­cond mes­sen­ger; Ak­ti­vie­rung der Pro­te­in­ki­nase A

Zel­lant­wort: Schlie­ßung der K+-Ka­nä­le; lang­sa­mes Sy­nap­sen­po­ten­zi­al; Ver­län­ge­rung des Ca2+-Ein­stroms; ver­mehr­te Aus­schüt­tung von Glut­amat, Ver­stär­kung der syn­ap­ti­schen Über­tra­gung auf das Mo­to­n­eu­ron
Ver­zö­ge­rung der Re­po­la­ri­sa­ti­on
di­rek­te Wir­kung von cAMP und Pro­te­in­ki­nase A auf die Glut­amat­aus­schüt­tung an der Prä­syn­ap­se

BPE 4.10

Die Schü­le­rin­nen und Schü­ler ver­glei­chen die Ver­suchs­kon­zep­tio­nen und Ver­such­s­er­geb­nis­se zur Er­for­schung der Kurz- und Lang­zeit­bah­nung. Sie er­mit­teln Un­ter­schie­de zwi­schen Ner­ven­zell­prä­pa­ra­ten und Ge­we­be­kul­tu­ren.

Kurz- und Lang­zeit­bah­nung im mo­du­la­to­ri­schen Schalt­kreis des Kie­men­rück­zieh­re­fle­xes bei Ap­ly­sia

  • Lern­schalt­kreis im Ner­ven­zell­prä­pa­rat zur Er­for­schung der Kurz­zeit­bah­nung
Ner­ven­zell­prä­pa­ra­te aus adul­ten Tie­ren mit ei­ner Le­bens­dau­er von meh­re­ren St­un­den;
Tier­ver­brauch
  • Lern­schalt­kreis in der Ge­we­be­kul­tur zur Er­for­schung der Lang­zeit­bah­nung: sen­so­ri­sches Neu­ron, se­ro­to­n­er­ges In­ter­n­eu­ron, Mo­to­n­eu­ron
Ge­we­be­kul­tu­ren: Le­bens­dau­er von meh­re­ren Ta­gen; Züch­tung adul­ter Ner­ven­zel­len; Re­duk­ti­on des Schalt­krei­ses auf drei Zel­len
Kurz­zeit­bah­nung als mi­nu­ten­lan­ge syn­ap­ti­sche Ver­stär­kung

Funk­tio­nel­le Ver­än­de­rung des Lern­schalt­krei­ses durch ein­ma­li­ge kur­ze Sero­to­ni­n­in­jek­ti­on an die Prä­syn­ap­se des sen­so­ri­schen Neu­rons

BPE 4.11

Die Schü­le­rin­nen und Schü­ler be­schrei­ben das Prin­zip der syn­ap­ti­schen bzw. neu­ro­na­len Plas­ti­zi­tät als Grund­la­ge al­ler lang­fris­ti­gen Lern- und Er­in­ne­rungs­vor­gän­ge. Sie be­schrei­ben Ver­su­che und Ver­such­s­er­geb­nis­se zur neu­ro­na­len Plas­ti­zi­tät bei Wir­bel­tie­ren.
Lang­zeit­bah­nung als ta­ge­lan­ge syn­ap­ti­sche Ver­stär­kung durch struk­tu­rel­le Ver­än­de­run­gen:
Aus­bil­dung neu­er Sy­nap­sen
Lang­zeit­bah­nung durch Wie­der­ho­lung
Sy­nap­ti­sche Plas­ti­zi­tät
Merk­ma­le syn­ap­ti­scher Plas­ti­zi­tät bei Wir­bel­tie­ren; Ver­su­che zur Ver­än­de­rung des sen­so­ri­schen Cor­tex durch Ler­nen
Si­gnal­trans­duk­ti­on zur Bil­dung neu­er Sy­nap­sen durch Ge­n­ex­pres­si­on über Pro­te­in­ki­nase A, MA­P-Ki­nase und CREB-1 und CREB-2.
Rol­le von CREB bei der Al­ters­ver­gess­lich­keit

BPE 4.12

Die Schü­le­rin­nen und Schü­ler be­schrei­ben die Un­ter­schie­de zwi­schen im­pli­zi­tem Ge­dächt­nis am Bei­spiel der Sen­si­ti­vie­rung des Kie­men­rück­zieh­re­fle­xes bei Ap­ly­sia und ex­pli­zi­tem Ge­dächt­nis am Bei­spiel be­wusst ab­ge­ru­fe­ner Ge­dächt­nis­in­hal­te beim Men­schen.

Im­pli­zi­tes Ge­dächt­nis
Mensch: au­to­ma­tisch ab­lau­fen­de neu­ro­na­le Pro­zes­se, z. B. Be­we­gungs­ab­lauf beim Rad­fah­ren
  • un­will­kür­li­che Auf­merk­sam­keit

  • re­fle­xi­ve, kei­ne be­wuss­te Wahr­neh­mung des ex­ter­nen Rei­zes
Mensch: re­flex­ar­ti­ges Brem­sen auf­grund ei­nes plötz­lich auf­tre­ten­den Hin­der­nis­ses
  • Um­wand­lung des ex­ter­nen Rei­zes in das Auf­fäl­lig­keits­si­gnal, Aus­schüt­tung von Sero­to­nin: mo­du­la­to­ri­scher Trans­mit­ter

Ex­pli­zi­tes Ge­dächt­nis
Ori­en­tie­rung auf­grund er­lern­ter räum­li­cher Kar­ten, Auf­fin­den ei­nes Or­tes aus dem Ge­dächt­nis
  • will­kür­li­che, se­lek­ti­ve Auf­merk­sam­keit
Ver­ar­bei­tung von Rei­zen, die nicht au­to­ma­tisch auf­fal­len
  • be­wuss­te Wahr­neh­mung ei­nes Rei­zes: Er­zeu­gung des Auf­fäl­lig­keits­si­gnals
be­wuss­tes Wahr­neh­men von Weg­mar­ken oder Him­mels­rich­tun­gen bei der Ori­en­tie­rung

BPE 4.13

Die Schü­le­rin­nen und Schü­ler nen­nen den prä­fron­ta­len Cor­tex und den Hip­po­cam­pus als zen­tra­le Struk­tu­ren von Auf­merk­sam­keit und Ge­dächt­nis­bil­dung und be­schrei­ben stark ver­ein­facht die Bil­dung ex­pli­zi­ter Ge­dächt­nis­in­hal­te beim Säu­ge­tier.
Hip­po­cam­pus
Ver­su­che mit Mäu­sen/Rat­ten, räum­li­che Kar­ten, Lang­zeit­po­ten­zie­rung
Bil­dung ex­pli­zi­ter Ge­dächt­nis­in­hal­te
stark ver­ein­fach­te Dar­stel­lung
  • will­kür­li­che, se­lek­ti­ve Auf­merk­sam­keit: Ein­spei­chern und Ab­ru­fen von In­hal­ten
Fil­terfunk­ti­on, Auf­merk­sam­keits­de­fi­zi­te, Kon­zen­tra­ti­ons­übun­gen
  • Prä­fron­ta­ler Cor­tex: Auf­merk­sam­keit und Will­kür­hand­lun­gen

  • Auf­fäl­lig­keits­si­gnal Do­pa­min­aus­schüt­tung

  • Do­pa­min mo­du­liert die Zel­lak­ti­vi­tät im Hip­po­cam­pus, ak­ti­viert CREB-Weg und Ge­n­ex­pres­si­on

  • Bil­dung neu­er syn­ap­ti­scher Ver­bin­dun­gen im Hip­po­cam­pus
räum­li­che Kar­te

BPE 5*

Mo­le­ku­la­re Ent­wick­luns­ge­ne­tik am Bei­spiel der Dro­so­phi­l­a-Ent­wick­lung

25
Mit der Be­trach­tung der mo­le­ku­la­ren Grund­la­gen der Em­bryo­nal­ent­wick­lung von Dro­so­phi­la ler­nen die Schü­le­rin­nen und Schü­ler ein Pa­ra­dig­ma für die Steue­rung ei­nes kom­ple­xen Ent­wick­lungs­pro­zes­ses durch ein ge­ne­ti­sches Pro­gramm ken­nen. Sie er­ken­nen das Po­ten­zi­al von Mu­ta­ge­ne­se-S­cree­nings und von Funk­ti­ons­ver­lus­t-Un­ter­su­chun­gen für die Iden­tifi­zie­rung von Schlüs­sel­ge­nen zur Of­fen­le­gung der mo­le­ku­la­ren Grund­la­gen kom­ple­xer bio­lo­gi­scher Pro­zes­se.
Dies zeigt den Schü­le­rin­nen und Schü­lern, dass die Ge­ne­rie­rung von Po­si­ti­ons­in­for­ma­ti­on ent­schei­dend für die Steue­rung die­ses Ent­wick­lungs­pro­zes­ses ist. Die Schü­le­rin­nen und Schü­ler stel­len fest, dass der Re­gu­la­ti­on der Gen­ak­ti­vi­tät bei der Steue­rung ei­nes sol­chen Pro­zes­ses ei­ne her­aus­ra­gen­de Rol­le zu­kommt und der mo­du­la­re Auf­bau der re­gu­la­to­ri­schen Ele­men­te eu­ka­ry­on­ti­scher Ge­ne dies in be­son­de­rer Wei­se er­mög­licht. Sie ver­tie­fen da­mit ihr Ver­ständ­nis für die Gen­re­gu­la­ti­on durch Tran­skrip­ti­ons­in­itia­ti­on und er­ken­nen de­ren Be­deu­tung bei dem Vor­gang der In­ter­pre­ta­ti­on und Ver­fei­ne­rung der Po­si­ti­ons­in­for­ma­ti­on. Dar­über hin­aus wird den Schü­le­rin­nen und Schü­lern be­wusst, dass vie­le der in Dro­so­phi­la iden­ti­fi­zier­ten Ent­wick­lungs­ge­ne in ho­mo­lo­ger Form in an­de­ren Or­ga­nis­men ein­schließ­lich des Men­schen vor­kom­men, eben­falls an der Steue­rung von Ent­wick­lungs­pro­zes­sen be­tei­ligt sein kön­nen und so­mit auch ei­nen in­ter­es­san­ten An­satz­punkt evo­lu­ti­ons­bio­lo­gi­scher For­schung dar­stel­len. Ins­ge­samt wird den Schü­le­rin­nen und Schü­lern die grund­sätz­li­che Re­le­vanz der For­schung an Mo­dell­or­ga­nis­men ver­deut­licht.

BPE 5.1

Die Schü­le­rin­nen und Schü­ler be­schrei­ben den zeit­li­chen Ab­lauf der Dro­so­phi­l­a-Ent­wick­lung un­ter Ver­wen­dung ge­eig­ne­ter Fach­be­grif­fe. Sie in­ter­pre­tie­ren die Ent­wick­lung als Pro­zess der Mus­ter­bil­dung zur Ge­ne­rie­rung ei­nes seg­men­tier­ten Kör­per­bau­plans.
Ent­wick­lungs­bio­lo­gie: grund­le­gen­de Be­grif­fe

  • Zell­pro­li­fe­ra­ti­on, Zell­de­ter­mi­na­ti­on, Zell­dif­fe­ren­zie­rung
Se­lek­tor­ge­ne
  • Mus­ter­bil­dung, Bau­plan, Mor­pho­ge­ne­se
Rea­li­sa­t­or­ge­ne
Dro­so­phi­l­a-Ent­wick­lung vom Ei bis zur Lar­ve

  • syn­cy­tia­le Pha­se
Bi­co­id-Gra­di­ent
  • zel­lu­lä­res Blast­o­d­erm

  • Ga­stru­la­ti­on
Keim­blät­ter
Seg­men­tie­rung: lar­va­les Cuti­cu­la-Mus­ter
als Grund­la­ge für Mu­ta­ge­ne­se-S­cree­ning
  • in­va­gi­nier­te Kopf­struk­tu­ren

  • Tho­rax- und Ab­do­mi­nal­seg­men­te
seg­mentspe­zi­fi­sches Den­ti­kel-Mus­ter
  • ter­mi­na­le Struk­tu­ren

Ima­gi­nal­schei­ben
für adul­te Struk­tu­ren, z. B. Flü­gel, Bein­paa­re
Ver­pup­pung und Me­ta­mor­pho­se zur Im­a­go

  • Kopf: Mund­werk­zeu­ge, Au­gen, An­ten­nen

  • Tho­rax: Bein­paa­re, Flü­gel, Hal­te­ren

  • Ab­do­men

BPE 5.2

Die Schü­le­rin­nen und Schü­ler dis­ku­tie­ren selbst ent­wi­ckel­te Mo­dell­vor­stel­lun­gen zur Steue­rung die­ses Pro­zes­ses und stel­len Hy­po­the­sen zur Un­ter­su­chungs­me­tho­dik ei­nes sol­chen Mus­ter­bil­dungs­pro­zes­ses auf.
Steue­rung von Ent­wick­lungs­pro­zes­sen: Mo­dell­vor­stel­lun­gen
ein­fa­che ge­ne­ti­sche Pro­gram­me, z. B. Ver­meh­rung ly­ti­scher Pha­gen
Un­ter­su­chung von Ent­wick­lungs­pro­zes­sen: Me­tho­dik
his­to­ri­sche Be­trach­tung, z. B. Spe­man­n-Ex­pe­ri­men­te; Mu­ta­tio­nen, z. B. An­ten­na­pe­dia

BPE 5.3

Die Schü­le­rin­nen und Schü­ler er­klä­ren die prin­zi­pi­el­le Be­deu­tung ei­nes Mu­ta­ge­ne­se-S­cree­nings. Sie lei­ten aus cuti­cu­lä­ren Phä­no­ty­pen von Mu­tan­ten die Exis­tenz von prin­zi­pi­el­len Mo­le­kül­sys­te­men zur Ge­ne­rie­rung ver­schie­de­ner Ele­men­te des Grund­bau­plans ab.
Mu­ta­ge­ne­se-S­cree­ning: Cuti­cu­la-Mus­ter

  • frü­hes Ent­wick­lungs­sta­di­um
em­bryo­nal-le­ta­le Mu­ta­tio­nen
  • Bau­plan
Den­ti­kel-Mus­ter
  • Ent­wick­lungs­ge­ne

Mu­ta­tio­nen in Ma­ter­nal­ef­fek­t-Ge­nen: Bi­co­id, Na­nos, Tor­so, Toll
Ein­satz von Bild­ma­te­ri­al, Sche­ma­ta
Mu­ta­tio­nen in Zy­go­ten­ef­fek­t-Ge­nen: Hunch­back, Krüp­pel, Knirps

BPE 5.4

Die Schü­le­rin­nen und Schü­ler stel­len ex­em­pla­risch die prin­zi­pi­el­le Funk­ti­on der je­wei­li­gen Schlüs­sel­mo­le­kü­le zur Be­reit­stel­lung von Po­si­ti­ons­in­for­ma­ti­on dar.
An­te­rio­res Sys­tem
Schlüs­sel­mo­le­kül: Bi­co­id
  • lo­ka­li­sier­te Bi­co­id-mR­NA

  • Bi­co­id-Pro­te­in­gra­di­ent
an­te­rio­pos­te­rio­re Po­si­ti­ons­in­for­ma­ti­on
  • Gen­re­gu­la­tor­pro­te­in Bi­co­id
Ak­ti­vie­rung der Hunch­back-Tran­skrip­ti­on
Pos­te­rio­res Sys­tem: lo­ka­li­sier­te Na­nos-mR­NA
Re­gu­la­ti­on der Trans­la­ti­on so­wie der Sta­bi­li­tät der Hunch­back-mR­NA durch Na­nos-Pro­te­in
Dorsoven­tral­sys­tem: Trans­mem­bran­re­zep­tor
Toll
Tol­l-Re­zep­to­ren bei der an­ge­bo­re­nen Im­mun­ant­wort; vgl. BPE 3, BPE 7
  • lo­ka­li­sier­te Re­zep­tor-Ak­ti­vie­rung

  • dorsoven­tra­ler Ak­ti­vi­täts­gra­di­ent des Gen­re­gu­la­tor­pro­te­ins Dor­sal
Schlüs­sel­mo­le­kül: Dor­sal; dorsoven­tra­le Po­si­ti­ons­in­for­ma­ti­on
Ter­mi­nal­sys­tem: Trans­mem­bran­re­zep­tor Tor­so

BPE 5.5

Die Schü­le­rin­nen und Schü­ler er­läu­tern die Funk­ti­ons­wei­se von Mus­ter­bil­dungs-Mo­le­kül­sys­te­men am Bei­spiel des an­te­rio­pos­te­rio­ren Sys­tems und ana­ly­sie­ren die Be­deu­tung spe­zi­fi­scher Tran­skrip­ti­ons­fak­to­ren für die Steue­rung des Se­ge­men­tie­rungs­pro­zes­ses.
An­te­rio­pos­te­rio­re Mus­ter­bil­dung: Ei-Po­la­ri­täts‑, Lü­cken‑, Paar­re­gel‑, Seg­ment­po­la­ri­täts-Ge­ne
ver­ein­fach­te sche­ma­ti­sche Dar­stel­lung
Tran­skrip­ti­ons­in­itia­ti­on: Tran­skripto­som-Mo­dell

  • Pro­mo­tor, TA­TA-Box

  • all­ge­mei­ne Tran­skrip­ti­ons­fak­to­ren (TF), TA­TA-Bo­x-bin­den­des Pro­te­in

  • spe­zi­fi­sche TF, Ad­ap­ter­pro­te­ine, Ak­ti­va­to­ren, Re­pres­so­ren

  • re­gu­la­to­ri­sche DNA, En­han­cer, Si­len­cer
mo­du­lar auf­ge­baut
Bi­co­idabhän­gi­ge Hunch­back-Tran­skrip­ti­on
Bi­co­id-Gra­di­ent als Po­si­ti­ons­in­for­ma­ti­on
  • An­zahl der Bi­co­id-Bin­dungs­stel­len

  • TF-Af­fi­ni­tät zu den Bin­dungs­stel­len

Ak­ti­vie­rung von Seg­men­tie­rungs­ge­nen
hier­ar­chi­sche Kas­ka­de
  • Seg­men­tie­rungs­ge­ne: TF-co­die­rend

  • ver­fei­ner­te Po­si­ti­ons­in­for­ma­ti­on

  • prä-seg­men­ta­le Ge­n­ex­pres­si­on ent­spricht seg­men­tier­tem Bau­plan
Strei­fen­mus­ter: Ex­pres­si­on von En­grai­led im Em­bryo­nal- und Adult­sta­di­um

BPE 5.6

Aus den mo­du­lar auf­ge­bau­ten re­gu­la­to­ri­schen Ele­men­ten der Paar­re­gel­ge­ne lei­ten die Schü­le­rin­nen und Schü­ler Hy­po­the­sen zum Me­cha­nis­mus ei­ner Tran­skrip­ti­ons­ak­ti­vie­rung durch un­ter­schied­li­che re­gu­la­to­ri­sche Si­gna­le ab.
Mo­dell: nich­t-re­pe­ti­ti­ves Ex­pres­si­ons­mus­ter der Ei-Po­la­ri­täts- und Lü­cken-Ge­ne er­zeugt re­pe­ti­ti­ves Paar­re­gel­gen-Ex­pres­si­ons­mus­ter

  • Paar­re­gel­gen Even-s­kip­ped
ex­em­pla­risch
  • re­gu­la­to­ri­sche Mo­du­le für die strei­fen­spe­zi­fi­sche Ex­pres­si­on
Strei­fen-1-Mo­dul im Ver­gleich zu Strei­fen-5-Mo­dul

BPE 5.7

Die Schü­le­rin­nen und Schü­ler prü­fen ex­em­pla­risch die Über­trag­bar­keit der bei Dro­so­phi­la ge­fun­de­nen Me­cha­nis­men der Em­bryo­nal­ent­wick­lung auf an­de­re Or­ga­nis­men. Sie ver­glei­chen die chro­mo­so­ma­le An­ord­nung und die Ex­pres­si­ons­mus­ter der Hox-Ge­ne bei Dro­so­phi­la und bei Säu­ge­tie­ren.
Dro­so­phi­la Hox-Kom­plex

  • ein ho­möo­ti­scher Gen-Kom­plex
Bi­t­ho­rax- und An­ten­na­pe­di­a-Clus­ter
  • an­te­rio­pos­te­rio­re Ex­pres­si­on

Säu­ge­tier Hox-Kom­plex

  • vier Gen-Kom­ple­xe
Du­pli­ka­tio­nen ei­nes Ur-Hox-Kom­ple­xes
  • Ex­pres­si­on: Neu­ro­ektod­erm, Me­so­derm

BPE 5.8

Die Schü­le­rin­nen und Schü­ler be­grün­den die Hy­po­the­se, dass der Wir­bel­tier­bau­plan ei­nen in­ver­tier­ten In­sek­ten­bau­plan dar­stellt, mit der Ex­pres­si­on der ho­mo­lo­gen Ge­ne zur Fest­le­gung der dorsoven­tra­len Ach­se.
Dorsoven­tra­le Um­kehr bei Wir­bel­tie­ren

  • Ver­gleich: In­sek­ten‑, Wir­bel­tier­bau­plan
Mund, Anal­öff­nung, Darm, Kreis­lauf, ZNS
  • Ex­pres­si­ons­mus­ter: Dpp und Sog bzw. BMP4 und Chor­din
Dorsoven­tralachse in Dro­so­phi­la bzw. in Wir­bel­tie­ren

BPE 6*

Evo­lu­ti­on und Po­pu­la­ti­ons­ge­ne­tik

25
Vor dem Hin­ter­grund be­stän­di­ger Kri­tik an und ideo­lo­gisch ver­zerr­ter Dar­stel­lung der Evo­lu­ti­ons­theo­rie wird den Schü­le­rin­nen und Schü­lern Ge­le­gen­heit ge­ge­ben, sich ver­tieft mit dem Ge­dan­ken­gut zur Evo­lu­ti­ons­theo­rie zu be­schäf­ti­gen. Zu­sätz­lich zu der wis­sen­schafts­his­to­ri­schen Be­trach­tung der Ent­ste­hung und Wei­ter­ent­wick­lung von Theo­ri­en zur Evo­lu­ti­on der Ar­ten wird den Schü­le­rin­nen und Schü­lern vor al­lem durch die Aus­ein­an­der­set­zung mit mo­der­nen An­sät­zen wie der Po­pu­la­ti­ons­ge­ne­tik, Pa­läo­ge­ne­tik und mo­le­ku­la­ren Phy­lo­ge­ne­tik die Viel­zahl und das Ge­wicht der Be­le­ge für die Evo­lu­ti­ons­theo­rie deut­lich ge­macht. Wie in den Na­tur­wis­sen­schaf­ten üb­lich, wer­den die Gren­zen der Aus­sa­ge­kraft und der Mo­dell­cha­rak­ter der Theo­ri­en dis­ku­tiert. Den Schü­le­rin­nen und Schü­lern bie­tet sich die Ge­le­gen­heit zu ei­nem ver­tief­ten Ver­ständ­nis des Le­bens, der Be­zie­hung der Le­bens­for­men zu­ein­an­der und der Stel­lung des Men­schen in der Na­tur zu ge­lan­gen. Sie set­zen sich mit der Kri­tik an der Evo­lu­ti­ons­theo­rie aus­ein­an­der und be­zie­hen wis­sen­schaft­li­che Ar­gu­men­te in die For­mu­lie­rung ei­ner ei­ge­nen Stel­lung­nah­me ein.

BPE 6.1

Die Schü­le­rin­nen und Schü­ler de­fi­nie­ren un­ter Ein­be­zie­hung des We­ges der wis­sen­schaft­li­chen Er­kennt­nis­ge­win­nung den Be­griff der wis­sen­schaft­li­chen Theo­rie und wen­den ihn auf die Evo­lu­ti­ons­theo­rie an. Die Schü­le­rin­nen und Schü­ler ge­ben die Evo­lu­ti­on als Vor­gang an, durch den sich seit dem Ur­sprung des Le­bens Or­ga­nis­men kon­ti­nu­ier­lich ver­än­dert ha­ben. Aus den Be­rei­chen Pa­lä­on­to­lo­gie, Mor­pho­lo­gie, Ent­wick­lungs­bio­lo­gie und Mo­le­ku­lar­bio­lo­gie be­schrei­ben sie Be­le­ge für den evo­lu­tio­nä­ren Wan­del.
De­fi­ni­ti­on: Evo­lu­ti­on, Evo­lu­ti­ons­theo­rie
Ab­gren­zung Schöp­fungs­my­then ge­gen­über wis­sen­schaft­li­cher Theo­rie, vgl. BPE 1
In­di­zi­en für die Evo­lu­ti­on
vgl. Bio­lo­gie, Jahr­gangs­stu­fe 1
Fos­si­li­en, Brü­cken­tie­re, le­ben­de Fos­si­li­en
z. B. Quas­ten­flos­ser
Ho­mo­lo­gie, Ana­lo­gie, Ru­di­men­te, Ata­vis­men
z. B. Wir­bel­tier­ex­tre­mi­tä­ten
z. B. Lin­sen­au­ge Wir­bel­tier/Kopf­fü­ßer
Ähn­lich­kei­ten frü­her Em­bryo­nal­sta­di­en, bio­ge­ne­ti­sche Re­gel, Ent­wick­lungs­ge­ne
z. B. Hox-Kom­plex, vgl. BPE 5
Uni­ver­sa­li­tät des ge­ne­ti­schen Codes, kon­ser­vier­te Mo­le­kü­le, Pa­läo­ge­ne­tik
Se­quenz­ana­ly­se von aD­NA: H. ne­an­dertha­len­sis, De­ni­so­va-Mensch

BPE 6.2

Die Schü­le­rin­nen und Schü­ler stel­len Er­klä­rungs­ver­su­che des Ar­ten­wan­dels zu­sam­men­fas­send dar und ge­ben Gren­zen der Theo­ri­en an.
Evo­lu­ti­ons­theo­rie nach La­marck
Epi­ge­ne­tik
  • Wei­ter­ver­er­bung er­wor­be­ner Merk­ma­le

  • Gren­zen: Ver­än­de­rung des Erb­guts durch in­di­vi­du­el­les Ver­hal­ten

Evo­lu­ti­ons­theo­rie nach Dar­win

  • Über­pro­duk­ti­on, Kon­kur­renz
dif­fe­ren­zi­el­ler Re­pro­duk­ti­ons­er­folg
  • Ar­ten­wan­del: Va­ria­ti­on, Aus­le­se

  • Gren­zen: Ur­sa­chen der Va­ria­ti­on

BPE 6.3

Die Schü­le­rin­nen und Schü­ler er­läu­tern den Ein­fluss von Re­kom­bi­na­ti­on, Mu­ta­ti­on, Se­lek­ti­on und Gendrift auf den Gen­pool ei­ner Po­pu­la­ti­on.

Ge­ne­ti­sche Va­ria­bi­li­tät
ggf. Wie­der­ho­lung ge­ne­ti­scher Grund­la­gen
  • Gen­pool

  • in­ter- und in­trach­ro­mo­so­ma­le Re­kom­bi­na­ti­on, Mu­ta­ti­on

Se­lek­ti­ons­fak­to­ren, ‑for­men

  • abio­tisch, bio­tisch

  • na­tür­lich, künst­lich
se­xu­el­le Se­lek­ti­on
Gendrift

  • Fla­schen­hals­ef­fekt

  • Grün­der­ef­fekt

BPE 6.4

Mit­hil­fe des Har­dy-Wein­ber­g-Ge­set­zes er­mit­teln die Schü­le­rin­nen und Schü­ler Al­lel­fre­quen­zen in Po­pu­la­tio­nen. Sie in­ter­pre­tie­ren ih­re Er­geb­nis­se, in­dem sie Hy­po­the­sen be­züg­lich der Ver­brei­tung von Merk­ma­len bzw. der Ver­er­bung von Krank­hei­ten auf­stel­len. Sie ge­ben Be­din­gun­gen für Gül­tig­keit so­wie Aus­sa­ge­kraft und Gren­zen des Ge­set­zes an.
Be­rech­nun­gen
Al­lel­fre­quen­zen bei z. B. Asia­ti­schem Ma­ri­en­kä­fer, Phe­nyl­ke­tonu­rie, Si­chel­zel­lan­ämie; vgl. Bio­tech­no­lo­gie, Jahr­gangs­stu­fe 1, DNA-Fin­ger­prin­t-Ver­such: Alu-In­sert
Idea­le Po­pu­la­ti­on

Aus­sa­ge­kraft, Gren­zen

BPE 6.5

Die Schü­le­rin­nen und Schü­ler er­läu­tern die Be­deu­tung von Iso­la­ti­ons­me­cha­nis­men für die Ent­ste­hung neu­er Ar­ten und er­klä­ren Mo­dell­vor­stel­lun­gen von Art­bil­dungs­pro­zes­sen.
Art­bil­dung
Bunt­barsch­po­pu­la­tio­nen im Vik­to­ria­see; vgl. BPE 3
  • bio­lo­gi­scher Art­be­griff

  • Iso­la­ti­on: öko­lo­gisch, geo­gra­phisch

  • ad­ap­ti­ve Ra­dia­ti­on

  • al­lo­pa­trisch, sym­pa­trisch

BPE 6.6

Die Schü­le­rin­nen und Schü­ler er­läu­tern die Ent­wick­lung von Stamm­bäu­men an­hand der Pri­ma­te­ne­vo­lu­ti­on. Sie ver­glei­chen ver­schie­de­ne Hy­po­the­sen zur Evo­lu­ti­on des Men­schen.
Stamm­baum­ana­ly­se
Ou­t-of-Af­ri­ca-Hy­po­the­se, mul­ti­re­gio­na­le Hy­po­the­se
  • mor­pho­lo­gi­sche Kri­te­ri­en

  • Al­ters­be­stim­mung von Fos­si­li­en, Kon­zept ei­ner mo­le­ku­la­ren Uhr
Ra­dio­c­ar­bon­me­tho­de
  • ge­ne­ti­sche Un­ter­su­chun­gen: Gen­fa­mi­li­en, mtD­NA, aD­NA
z. B. Glo­bin­ge­ne

BPE 6.7

Die Schü­le­rin­nen und Schü­ler be­schrei­ben die syn­the­ti­sche Evo­lu­ti­ons­theo­rie als Er­wei­te­rung der Theo­rie von Dar­win und stel­len sie zu­sam­men­fas­send dar. Sie dis­ku­tie­ren die Aus­sa­ge­kraft von Kri­tik an der Evo­lu­ti­ons­theo­rie un­ter Be­rück­sich­ti­gung des We­ges der wis­sen­schaft­li­chen Er­kennt­nis­ge­win­nung.

Syn­the­ti­sche Evo­lu­ti­ons­theo­rie

  • Er­kennt­nis­se der Ge­ne­tik und an­de­rer Wis­sen­schafts­dis­zi­pli­nen

  • Evo­lu­ti­ons­fak­to­ren: Mu­ta­ti­on, Re­kom­bi­na­ti­on, Se­lek­ti­on, Gendrift

Schöp­fungs­my­then
Krea­tio­nis­mus, In­tel­li­gent De­sign

Jahr­gangs­stu­fe 2

Ver­tie­fung – In­di­vi­dua­li­sier­tes Ler­nen – Pro­jekt­un­ter­richt (VIP)

16

Ver­tie­fung

In­di­vi­dua­li­sier­tes Ler­nen

Pro­jekt­un­ter­richt
z. B.
Übun­gen
An­wen­den
Wie­der­ho­len
z. B.
Selbst­or­ga­ni­sier­tes Ler­nen
Lern­ver­ein­ba­run­gen
Bin­nen­dif­fe­ren­zie­rung
z. B.
In­for­ma­ti­ons­ver­an­stal­tung zum The­ma Imp­fung (Ge­sund­heits­amt, AIDS-Hil­fe)
Di­lem­ma­dis­kus­si­on zu The­men der Re­pro­duk­ti­ons­me­di­zin
Ex­kur­si­on zu ei­ner bio­lo­gi­schen Klein­klär­an­la­ge, Bau ei­nes Mo­dells
Die The­men­aus­wahl des Pro­jekt­un­ter­richts hat aus den nach­fol­gen­den Bil­dungs­plan­ein­hei­ten un­ter Be­ach­tung Fä­cher ver­bin­den­der As­pek­te zu er­fol­gen.

BPE 7*

Im­mu­ni­sie­run­gen zur Pro­phy­la­xe von In­fek­ti­ons­er­kran­kun­gen – Chan­cen und Ri­si­ken

20
Die Im­mun­bio­lo­gie ist der Le­bens­welt der Schü­le­rin­nen und Schü­ler be­son­ders na­he, da sie an Kennt­nis­sen über den ei­ge­nen Kör­per an­knüpft und Fra­gen be­ant­wor­tet, die sich auf den Er­halt oder die Wie­der­her­stel­lung von Ge­sund­heit be­zie­hen. Am Bei­spiel ei­ner In­fek­ti­on mit HPV (Hu­ma­nes Pa­pil­lom­vi­rus), das bei Frau­en und Män­nern Ge­ni­tal­war­zen oder so­gar Tu­mo­re aus­lö­sen kann, er­ar­bei­ten die Schü­le­rin­nen und Schü­ler den Ver­meh­rungs­zy­klus des HP-Vi­rus und die Fol­gen, die ei­ne HPV-In­fek­ti­on für den be­trof­fe­nen Men­schen ha­ben kann. Nach der Er­ar­bei­tung grund­le­gen­der Prin­zi­pi­en der im­mu­no­lo­gi­schen Ab­wehr las­sen sich Stra­te­gi­en zur Ge­sund­erhal­tung und me­di­zi­ni­sche An­wen­dun­gen (Im­mu­ni­sie­rung, Ein­satz von dia­gnos­ti­schen oder the­ra­peu­ti­schen An­ti­kör­pern) ab­lei­ten. Ne­ben As­pek­ten der per­sön­li­chen Le­bens­füh­rung ist der Be­zug zur all­ge­mei­nen Ge­sund­heits­vor­sor­ge von Be­deu­tung. Der Um­gang mit se­xu­ell über­trag­ba­ren Er­kran­kun­gen oder die Kon­tro­ver­sen zur Impf­pro­phy­la­xe stel­len wich­ti­ge ge­sell­schaft­li­che bzw. ge­sell­schafts­po­li­ti­sche As­pek­te dar und wer­den von den Schü­le­rin­nen und Schü­lern dis­ku­tiert. Sie sol­len so­mit zu ei­ner Ein­schät­zung der Re­le­vanz die­ser Pro­ble­ma­tik und zu ei­ner per­sön­li­chen Stel­lung­nah­me ge­lan­gen.

BPE 7.1

Die Schü­le­rin­nen und Schü­ler zeich­nen und be­schrei­ben den Auf­bau ei­nes Hu­ma­nen Pa­pil­lom­vi­ri­ons (HPV). Sie stel­len des­sen Ver­meh­rungs­zy­klus dar und er­klä­ren dar­an die Aus­wir­kun­gen auf den men­sch­li­chen Or­ga­nis­mus. Die Schü­le­rin­nen und Schü­ler er­läu­tern ex­em­pla­risch den Zu­sam­men­hang zwi­schen der Funk­ti­on vi­ra­ler Pro­te­ine und der Pa­tho­ge­ni­tät des Vi­rus.
Auf­bau

  • HPV-Ge­nom
E1 bis E7
  • Nu­kleo­cap­s­id aus Cap­so­me­ren
L1 und L2
  • Ober­flä­chen­struk­tu­ren
Ad­sorp­ti­on; Schlüs­sel-Schlos­s-Prin­zip
  • Grö­ße
Grö­ßen­ver­gleich: Zel­len, Mo­le­kü­le
Ver­meh­rungs­zy­klus

  • Ad­sorp­ti­on, En­do­cy­to­se; Frei­set­zung der Nu­kle­in­säu­re, Kern­im­port
Mi­kro­ver­let­zun­gen, Auf­bau der Schleim­hau­t-Zell­schich­ten
  • Epi­som bzw. Pro­vi­rus
Hig­h-Ris­k‑, Lo­w-Ris­k-Stäm­me
  • Pro­te­in­syn­the­se, Zu­sam­men­bau
E1 und E2, E6 und E7
  • Frei­set­zung rei­fer Vi­rio­nen
ab­ster­ben­de Haut­zel­len, Schleimhau­tober­flä­che
Vi­rus­in­fek­ti­on

  • Über­tra­gungs­we­ge; Ad­sorp­ti­on
Haut­kon­takt, Schmier­in­fek­ti­on; Sa­fer Sex
  • Krank­heits­sym­pto­me

  • Epi­som: Ge­ni­tal­war­zen
E6 und E7; cer­vi­ka­le in­tra­epi­t­he­lia­le Neo­pla­si­en
  • Pro­vi­rus: Tu­mo­re

  • Ge­ne­sung
Im­mun­ant­wort

BPE 7.2

Die Schü­le­rin­nen und Schü­ler be­grün­den die Not­wen­dig­keit für ein Im­mun­sys­tem und be­schrei­ben den Auf­bau und die Funk­ti­ons­wei­se von Schutz­bar­rie­ren des men­sch­li­chen Kör­pers. Sie er­läu­tern die prin­zi­pi­el­len Ab­wehr­stra­te­gi­en bei der Im­mun­ant­wort und de­ren Zu­sam­men­wir­ken.

Bio­lo­gi­sches Ab­wehr­sys­tem von Wir­bel­tie­ren
vgl. Bio­lo­gie, Ein­gangs­klas­se
  • phy­si­ka­li­sche und che­mi­sche Bar­rie­ren

  • Schleim­haut mit Schleim
Trä­nen­flüs­sig­keit mit Ly­so­zym
  • Harn
Ma­gen­säu­re
  • sau­res Va­gi­nal­se­kret
Fett­säu­ren, Milch­säu­re, na­tür­li­che Bak­te­ri­en­flo­ra
Ant­wort des an­ge­bo­re­nen Im­mun­sys­tems

  • Er­ken­nung von Ober­flä­chen­struk­tu­ren
PAMP und PRR; Schlüs­sel-Schlos­s-Prin­zip
  • Pha­go­cy­to­se und Ver­dau­ung

  • Se­kre­ti­on von Si­gnal­mole­kü­len, An­lo­cken wei­te­rer Immun­zel­len
Che­mo­ki­ne
  • Ab­tö­ten vi­rus­in­fi­zier­ter Zel­len
HPV
Ant­wort des ad­ap­ti­ven Im­mun­sys­tems
sche­ma­ti­sche Dar­stel­lung
  • Ak­ti­vie­rung von den­dri­ti­schen Zel­len

  • An­ti­gen­prä­sen­ta­ti­on, se­lek­ti­ve Ak­ti­vie­rung von T-Hel­fer­zel­len

  • Ak­ti­vie­rung von cy­to­to­xi­schen T-Lym­pho­cy­ten und An­ti­kör­per-pro­du­zie­ren­den B-Lym­pho­cy­ten

  • Pro­li­fe­ra­ti­on von B- und T-Lym­pho­cy­ten, Bil­dung von Ge­dächt­nis­zel­len
Im­mu­ni­sie­rung

BPE 7.3

Die Schü­le­rin­nen und Schü­ler stel­len die grund­sätz­li­che Wir­kung aus­ge­wähl­ter Be­stand­tei­le der Im­mun­ant­wort so­wie we­sent­li­che Un­ter­schie­de zwi­schen pri­mä­rer und se­kun­dä­rer Im­mun­ant­wort als Grund­la­ge für ei­ne Impf­pro­phy­la­xe dar.
Sche­ma­ti­scher Auf­bau ei­nes An­ti­kör­pers

  • kon­stan­te, va­ria­ble Re­gi­on

  • schwe­re, leich­te Ket­te

  • An­ti­gen­bin­dungs­stel­le

Be­deu­tung der An­ti­kör­per

  • spe­zi­fi­sche Er­ken­nung von kör­per­frem­den Struk­tu­ren
Schlüs­sel-Schlos­s-Prin­zip bei An­ti­gen-An­ti­kör­per-Re­ak­ti­on
  • Wir­kung
z. B. Neu­tra­li­sa­ti­on, Op­so­nie­rung
Ver­nich­tung vi­rus­in­fi­zier­ter Zel­len durch cy­to­to­xi­sche T-Lym­pho­cy­ten
Ra­chen­schmer­zen bei ei­nem grip­pa­len In­fekt
Pri­mä­re und se­kun­dä­re Im­mun­ant­wort: Ver­lauf des An­ti­kör­per­ti­ters
sche­ma­ti­sche Dar­stel­lung; Ge­dächt­nis­zel­len

BPE 7.4

Die Schü­le­rin­nen und Schü­ler lei­ten me­di­zi­ni­sche An­wen­dungs­mög­lich­kei­ten von An­ti­ge­nen bzw. An­ti­kör­pern für Pro­phy­la­xe bzw. The­ra­pie aus den Vor­gän­gen bei ei­ner ad­ap­ti­ven Im­mun­ant­wort ab.
Imp­fung ab­ge­schwäch­ter Er­re­ger oder Er­re­ger­be­stand­tei­le
Imp­fung ge­gen HPV, Le­bend- oder Tot­impf­stoff;
Gar­da­sil, Cer­va­rix
Pas­si­ve Im­mu­ni­sie­rung: Imp­fung von An­ti­kör­pern ge­gen ei­nen Er­re­ger
kei­ne pas­si­ve Im­mu­ni­sie­rung bei HPV mög­lich, La­tenz des Pro­vi­rus

BPE 7.5

Die Schü­le­rin­nen und Schü­ler be­schrei­ben die prin­zi­pi­el­le Funk­ti­ons­wei­se von Im­mun­kon­ju­ga­ten in The­ra­pie und me­di­zi­ni­scher Dia­gnos­tik.
Im­mun­kon­ju­gat
ko­va­len­te Kopp­lung an Re­port­e­ren­zym, Arz­nei­stoff, Ra­dio­nu­klid, Fluo­res­zenz­mar­ker
Im­muns­zin­ti­gra­fie, HIV-Test
ex­em­pla­risch
Ra­dio­im­mun­the­ra­pie, wirk­stoff­ge­kop­pel­te An­ti­kör­per in der Krebs­the­ra­pie
ex­em­pla­risch

BPE 7.6

Die Schü­le­rin­nen und Schü­ler nen­nen die staat­li­chen Ein­rich­tun­gen zum Schutz der Be­völ­ke­rung vor Krank­hei­ten und Epi­de­mi­en und fas­sen de­ren Auf­ga­ben in ge­eig­ne­ter Form zu­sam­men.
Staat­li­che Ein­rich­tun­gen und Ge­set­zes­vor­ga­ben
Be­rufs­ori­en­tie­rung: Tä­tig­kei­ten im Ge­sund­heits­we­sen
  • Ziel­set­zung des In­fek­ti­ons­schutz­ge­set­zes
z. B. Impf­ka­len­der, In­fo­ma­te­ri­al, Impf­pass
  • Stän­di­ge Impf­kom­mis­si­on des Bun­des­ge­sund­heits­am­tes (STI­KO)
Ge­schich­te, Auf­ga­ben; Impf­emp­feh­lun­gen der STI­KO bei HPV
Zie­le von Schutz­imp­fun­gen

  • Schutz der Be­völ­ke­rung vor In­fek­tio­nen
Ma­sern, Po­lio­my­e­li­tis; Her­den­im­mu­ni­tät
  • Eli­mi­nie­rung von Krank­heits­er­re­gern
re­gio­nal bzw. glo­bal; Po­cken

BPE 7.7

Die Schü­le­rin­nen und Schü­ler be­schrei­ben und er­läu­tern mög­li­che Ne­ben­wir­kun­gen ei­ner Imp­fung und nen­nen Un­ter­schie­de der Ne­ben­wir­kun­gen.
Impf­re­ak­ti­on
z. B. Schmer­zen an der In­jek­ti­ons­stel­le, Ab­ge­schla­gen­heit
Impf­kom­pli­ka­ti­on
z. B. Ex­an­the­me, Fie­ber, all­er­gi­sche Re­ak­tio­nen
Impf­scha­den
z. B. Po­lio­my­e­li­tis-Imp­fung: Ma­ni­fes­ta­ti­on ei­ner „stum­men“ Epi­lep­sie

BPE 7.8

Die Schü­le­rin­nen und Schü­ler prü­fen die Ar­gu­men­te von Impf­kri­ti­kern auf de­ren me­di­zi­nisch-na­tur­wis­sen­schaft­li­chen Ge­halt und ver­glei­chen sie mit den Emp­feh­lun­gen der Stän­di­gen Impf­kom­mis­si­on des Bun­des­ge­sund­heits­am­tes (STI­KO). Sie neh­men Stel­lung zu der ge­sell­schafts­po­li­tisch re­le­van­ten Impf­kon­tro­ver­se.
Ar­gu­men­te zu den As­pek­ten
Rol­len­spiel: Po­di­ums­dis­kus­si­on zur Impf­pro­phy­la­xe; Per­spek­ti­ven­wech­sel
  • Krank­heits­pro­phy­la­xe

  • Eli­mi­nie­rung von Krank­heits­er­re­gern

  • Durch­imp­fungs­ra­te

  • Ne­ben­wir­kun­gen

  • Wirk­sam­keit, Not­wen­dig­keit
Ein­wän­de und Ant­wor­ten des Ro­ber­t-Koch-In­sti­tuts und des Pau­l-Ehr­lich-In­sti­tuts
  • All­er­gie­ri­si­ko

  • wirt­schaft­li­che In­ter­es­sen
Staat, Impf­stoff­her­stel­ler

BPE 8*

Hu­ma­ne Re­pro­duk­ti­ons­bio­lo­gie und Re­pro­duk­ti­ons­me­di­zin

20
Auf­grund ih­res le­bens­welt­li­chen Be­zugs stellt die Re­pro­duk­ti­ons­bio­lo­gie für die Schü­le­rin­nen und Schü­ler ei­nen span­nen­den Be­reich der Bio­wis­sen­schaf­ten dar. So sind die Ver­fah­ren der Re­pro­duk­ti­ons­bio­lo­gie bei­spiels­wei­se Ge­gen­stand be­stän­di­ger ge­sell­schaft­li­cher Dis­kus­sio­nen so­wie ak­tu­el­ler wis­sen­schaft­li­cher For­schung und wer­den kon­ti­nu­ier­lich wei­ter­ent­wi­ckelt. Als Vor­aus­set­zung für das Ver­ständ­nis re­pro­duk­ti­ons­bio­lo­gi­scher Me­tho­den eig­nen sich die Schü­le­rin­nen und Schü­ler Kennt­nis­se über die na­tür­li­chen Ab­läu­fe von Keim­zell­bil­dung, Be­fruch­tung und Kei­mes­ent­wick­lung an. Sie ler­nen Ein­satz­mög­lich­kei­ten re­pro­duk­ti­ons­bio­lo­gi­scher Ver­fah­ren ken­nen und set­zen sich kri­tisch mit Chan­cen und Ri­si­ken die­ser mo­der­nen Tech­no­lo­gi­en aus me­di­zi­ni­scher und ethi­scher Sicht aus­ein­an­der.

BPE 8.1

Die Schü­le­rin­nen und Schü­ler be­schrei­ben die Be­deu­tung von Re­pro­duk­ti­on als We­sens­zug des Le­ben­di­gen. Sie er­läu­tern die Vor­aus­set­zun­gen und Be­din­gun­gen zur Ent­ste­hung ei­ner Schwan­ger­schaft und den Ver­lauf der Em­bryo­nal­ent­wick­lung im Über­blick.
Be­deu­tung Re­pro­duk­ti­on

Oo­ge­ne­se und Sper­ma­to­ge­ne­se

Weib­li­che Se­xu­al­hor­mo­ne und Ova­ri­al­zy­klus

Etap­pen der men­sch­li­chen Ent­wick­lung

  • Be­fruch­tung

  • Ein­nis­tung

  • Grund­zü­ge der Em­bryo­nal­ent­wick­lung

BPE 8.2

Die Schü­le­rin­nen und Schü­ler er­klä­ren Be­grif­fe im Zu­sam­men­hang mit un­ge­woll­ter Kin­der­lo­sig­keit und ge­ben mög­li­che Ur­sa­chen an. An­hand von Bei­spie­lin­di­ka­tio­nen lei­ten sie je­weils ge­eig­ne­te Be­hand­lungs­mög­lich­kei­ten ab und er­läu­tern de­ren Durch­füh­rung un­ter Be­rück­sich­ti­gung der recht­li­chen La­ge in Deutsch­land.
Un­frucht­bar­keit
WHO-De­fi­ni­ti­on
Ste­ri­li­tät und In­fer­ti­li­tät

Ur­sa­chen un­ge­woll­ter Kin­der­lo­sig­keit

  • bei bei­den Part­nern

  • beim Mann

  • bei der Frau

Be­hand­lungs­mög­lich­kei­ten

  • Hor­mon­be­hand­lung

  • as­sis­tier­te Fort­pflan­zung

  • In­se­mi­na­ti­on; ho­mo­log, he­te­ro­log

  • IVF, Kryo­kon­ser­vie­rung

  • ICSI

Recht­li­che La­ge, Em­bryo­nen­schutz­ge­setz
Ver­bot von z. B. Leih­mut­ter­schaft, Ei­zell­spen­de

BPE 8.3

Die Schü­le­rin­nen und Schü­ler be­schrei­ben die Be­deu­tung der Prä­na­tal­dia­gnos­tik (PND). Sie ge­ben Ver­fah­ren zur vor­ge­burt­li­chen Un­ter­su­chung an und er­läu­tern de­ren Durch­füh­rung. An­hand von Bei­spie­len stel­len die Schü­le­rin­nen und Schü­ler ver­schie­de­ne Mög­lich­kei­ten der prä­na­ta­len The­ra­pie dar.
Prä­na­tal­dia­gnos­tik: Zweck, Me­tho­den

  • Ul­tra­schall, Blut­tests

  • Am­nio­zen­te­se, Cho­ri­on­zot­ten­bi­op­sie, Na­bel­schnur­punk­ti­on

  • Me­tho­den zur DNA-Ana­ly­se
z. B. Ka­ryo­gramm, PCR, DNA-Se­quen­zie­rung
Mög­lich­kei­ten vor­ge­burt­li­cher The­ra­pi­en
z. B. AGS, Rhe­su­s­un­ver­träg­lich­keit, Spi­na bi­fi­da

BPE 8.4

Die Schü­le­rin­nen und Schü­ler be­schrei­ben die Be­deu­tung der Prä­im­plan­ta­ti­ons­dia­gnos­tik (PID) und ge­ben recht­li­che Rah­men­be­din­gun­gen für de­ren An­wen­dung an. Sie ver­glei­chen PND und PID.

Prä­im­plan­ta­ti­ons­dia­gnos­tik: Zweck, Me­tho­de

  • Hor­mon­sti­mu­la­ti­on, Ei­zell­ge­win­nung

  • IVF, Kul­ti­vie­rung

  • Em­bryo­bi­op­sie, Dia­gnos­tik

  • Em­bryo­trans­fer bzw. Kryo­kon­ser­vie­rung

Recht­li­che La­ge, Em­bryo­nen­schutz­ge­setz: Bei­spie­lin­di­ka­tio­nen
Ethik­kom­mis­si­on, Ein­zel­fall­ent­schei­dung
PND, PID

  • Aus­sa­ge­kraft der Dia­gno­se

  • Vor- und Nach­tei­le

BPE 8.5

Die Schü­le­rin­nen und Schü­ler dis­ku­tie­ren und be­wer­ten die An­wen­dung dia­gnos­ti­scher Ver­fah­ren der Re­pro­duk­ti­ons­bio­lo­gie un­ter Be­rück­sich­ti­gung me­di­zi­ni­scher, ethi­scher und ge­sell­schaft­li­cher As­pek­te.
Re­pro­duk­ti­ons­bio­lo­gi­sche Dia­gno­se­ver­fah­ren: Mög­lich­kei­ten, Ri­si­ken, Gren­zen
Be­rufs­ori­en­tie­rung: Tä­tig­kei­ten im Ge­sund­heits­we­sen
Fall­bei­spie­le
Di­lem­ma­dis­kus­si­on

BPE 9*

Bio­che­mi­sches Netz­werk Um­welt

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Stoff­kreis­läu­fe sind Teil ei­nes kom­ple­xen bio­che­mi­schen Netz­werks, das an ver­schie­de­nen Be­rei­chen un­se­rer All­tags­welt be­ein­flusst wird: Mi­kro­plas­tik ist ubi­qui­tär in der Um­welt ver­teilt und über ver­schie­de­ne Ein­trags­pfa­de auch beim Men­schen als End­kon­su­men­ten an­ge­kom­men. Di­ver­se Pes­ti­zi­de, An­ti­bio­ti­ka oder Weich­ma­cher ste­hen in der öf­fent­li­chen Dis­kus­si­on. Wäh­rend klas­si­sche Ge­wäs­se­rim­mis­sio­nen deut­lich rück­läu­fig sind, zeich­nen sich heu­te bei­spiels­wei­se bei Stof­fen mit hor­mo­nel­ler oder hor­mon­ana­lo­ger Wirk­sam­keit in aqua­ti­schen Öko­sys­te­men ers­te Aus­wir­kun­gen ei­ner An­rei­che­rung neu­er Pro­blem­stof­fe ab. Die­se Bil­dungs­plan­ein­heit soll zur Ver­sach­li­chung der The­ma­tik bei­tra­gen und Um­welt­be­wusst­sein för­dern. An­hand pra­xis­re­le­van­ter Bei­spie­le be­schrei­ben Schü­le­rin­nen und Schü­ler Pfa­de zur Aus­brei­tung, Re­ten­ti­on und Me­ta­bo­li­sie­rung von Che­mi­ka­li­en. Sie er­läu­tern Grund­me­cha­nis­men der Fil­ter­leis­tung von Bö­den und er­ken­nen de­ren zen­tra­le Be­deu­tung zur Rein­hal­tung des Grund­was­sers. Sie be­schrei­ben und dis­ku­tie­ren re­le­van­te Pro­zes­se und Re­ak­tio­nen bei der bio­lo­gi­schen Ab­was­ser­rei­ni­gung in Klär­an­la­gen. Die Schü­le­rin­nen und Schü­ler deu­ten Um­welt­ver­hal­ten und Um­fang der Per­sis­tenz ei­ner Sub­stanz in sach­lo­gi­schem Zu­sam­men­hang zu de­ren phy­si­ka­lisch-che­mi­schen Kenn­grö­ßen. Sie voll­zie­hen die Ent­wick­lung von Grenz­wer­ten auf Ba­sis stan­dar­di­sier­ter bio­che­mi­scher Test­ver­fah­ren ver­schie­de­ner tro­phi­scher Ebe­nen und der In­ter­pre­ta­ti­on von Do­sis-Wir­kungs-Be­zie­hun­gen nach. Die Fest­le­gung von Grenz­wer­ten dis­ku­tie­ren die Schü­le­rin­nen und Schü­ler im Span­nungs­feld zwi­schen mess­tech­ni­scher Rea­li­sier­bar­keit und fach­li­chen Be­gren­zun­gen ei­ner­seits und ge­sell­schafts­po­li­ti­scher Not­wen­dig­keit an­de­rer­seits.

BPE 9.1

Die Schü­le­rin­nen und Schü­ler stel­len prin­zi­pi­el­le Me­cha­nis­men der Aus­brei­tung von Schad­stof­fen und ih­rer Aus­wir­kun­gen am Bei­spiel aus­ge­wähl­ter Che­mi­ka­li­en in der Um­welt dar.
Schad­stof­fe in der Um­welt
Über­sicht
  • Stoff­klas­sen
z. B. en­do­kri­ne Stof­fe, An­ti­bio­ti­ka, Ös­tra­dio­le
  • spe­zi­fi­sche Ein­trags- und Aus­brei­tungs­pfa­de

  • Aus­wir­kun­gen für Mensch und Um­welt
Stoff­be­zü­ge, z. B. en­do­kri­ne Wirk­sam­keit bei Fisch- oder Am­phi­bi­en­po­pu­la­tio­nen

BPE 9.2

Die Schü­le­rin­nen und Schü­ler er­klä­ren mit­hil­fe ver­ein­fach­ter Mo­dell­skiz­zen prin­zi­pi­el­le Funk­ti­ons­wei­sen na­tür­li­cher an­or­ga­ni­scher und or­ga­ni­scher Sor­b­en­ten. Sie er­läu­tern de­ren Be­deu­tung bei Re­gu­la­ti­on des Trans­ports or­ga­ni­scher und an­or­ga­ni­scher Stof­f­e­in­trä­ge in Bö­den.
Fil­terfunk­tio­nen von Bö­den

  • Ton­mi­ne­ra­le: Auf­bau, Ei­gen­schaf­ten, Vor­gän­ge beim Anio­nen- und Kat­io­nen­aus­tausch, Ad- und Desorp­ti­on
2-Schicht- und 3-Schich­t-Ton­mi­ne­ra­le; Mo­del­l­ex­pe­ri­men­te zur Per­ko­la­ti­on; Säu­re­ein­trag: Mo­bi­li­sie­rung von Sor­b­en­ten
  • Hum­in­stof­fe: Auf­bau, Ei­gen­schaf­ten, Funk­ti­on als or­ga­ni­sche Sor­b­en­ten
Im­mo­bi­li­sie­rung durch che­mi­sche Fi­xie­rung
  • Dy­na­mik der Hu­mi­fi­zie­rung: Bil­dung von Ton-Hu­mus-Kom­ple­xen, Stand­ort­fak­to­ren (Tem­pe­ra­tur, pH-Wert, Bo­den­mi­kro­or­ga­nis­men)
Im­mo­bi­li­sie­rung un­po­la­rer Mo­le­kü­le; Hu­mi­fi­zie­rung und Mi­ne­ra­li­sa­ti­on als End­stu­fe der Streu­zer­set­zung
Stof­f­ei­gen­schaf­ten von Um­welt­che­mi­ka­li­en

  • Ver­tei­lung in wäss­ri­gen Pha­sen und Ga­spha­sen in Ab­hän­gig­keit von Was­ser­lös­lich­keit und Dampf­druck
Be­zug zur Mo­le­kül­struk­tur und Teil­chen­la­dung
  • KO­W-Wert
Mo­del­l­ex­pe­ri­men­te: Ver­tei­lung von Farb­stof­fen

BPE 9.3

Un­ter Ein­be­zie­hung um­welt­re­le­van­ter Stoff­da­ten be­ur­tei­len die Schü­le­rin­nen und Schü­ler das Um­welt­ver­hal­ten in Öko­sys­te­men.
Bio­ak­ku­mu­la­ti­on, Bio­kon­zen­tra­ti­on und Per­sis­tenz von Um­welt­che­mi­ka­li­en

Ur­sa­chen ei­ner li­mi­tier­ten Ab­bau­bar­keit
Che­mi­ka­li­en in Kom­post, Klär­schlamm

BPE 9.4

Die Schü­le­rin­nen und Schü­ler be­schrei­ben die Be­las­tungs­si­tua­ti­on in Ge­wäs­sern. Sie stel­len Pro­zes­se bei der Rei­ni­gung von Ab­wäs­sern dar und er­läu­tern die Aus­sa­ge­kraft von Mess­pa­ra­me­tern zur Be­stim­mung der bio­che­mi­schen Ab­bau­bar­keit. Die Schü­le­rin­nen und Schü­ler dis­ku­tie­ren die Er­for­der­nis und Eig­nung ei­ner zu­sätz­li­chen, vier­ten Rei­ni­gungs­stu­fe un­ter fach­li­chen und öko­no­mi­schen As­pek­ten.
Stoff­li­che Be­las­tung von Ge­wäs­sern, Ab­was­ser­rei­ni­gung
ak­tu­el­le Da­ten zu Stoff­klas­sen
  • bio­lo­gi­sche Rei­ni­gungs­stu­fe: C-Oxi­da­ti­on, Ni­tri­fi­ka­ti­on, De­ni­tri­fi­ka­ti­on mit Re­ak­ti­ons­glei­chun­gen
che­mi­sche und bio­lo­gi­sche P-Eli­mi­na­ti­on; vgl. BPE 3
  • mi­kro­bi­el­le Bio­fil­me: Kon­kur­renz­ver­mei­dung, syn­er­gis­ti­sche Wir­kun­gen

  • Ver­fah­ren zur Be­stim­mung der Ab­bau­bar­keit: BSB5 und CSB
bio­lo­gi­scher, che­mi­scher Sau­er­stoff­be­darf; vgl. BPE 3
  • vier­te Rei­ni­gungs­stu­fe in der Dis­kus­si­on: Ak­tiv­koh­le und Ozonie­rung

BPE 9.5

Die Schü­le­rin­nen und Schü­ler be­schrei­ben Ver­suchs­de­signs zur Durch­füh­rung ver­schie­de­ner Mo­ni­to­ring- und Bio­test­ver­fah­ren und ver­glei­chen die Ver­fah­ren hin­sicht­lich ih­rer Aus­sa­ge­kraft. Sie wer­ten Da­ten und Gra­fi­ken zu to­xi­ko­lo­gi­schen Kenn­grö­ßen aus und in­ter­pre­tie­ren sie. Sie dis­ku­tie­ren die Aus­sa­ge­kraft von Grenz­wer­ten.
Öko­to­xi­ko­lo­gie

  • ak­ti­ves, pas­si­ves Schad­stof­f-Mo­ni­to­ring; Re­ak­ti­ons‑, Ak­ku­mu­la­ti­ons­in­di­ka­to­ren
vgl. BPE 3
  • Bio­test­ver­fah­ren mit Test­or­ga­nis­men ver­schie­de­ner Tro­phie­stu­fen und Er­fas­sung der Ziel­pa­ra­me­ter
Test­or­ga­nis­men z. B. Daph­nia ma­gna, Chi­ro­no­mus ri­pa­ri­us, Da­nio re­rio;
Ex­pe­ri­ment z. B. Leucht­bak­te­ri­en­test; vgl. BPE 1
  • to­xi­ko­lo­gi­sche Be­wer­tung von Che­mi­ka­li­en: Do­sis-Wir­kungs-Be­zie­hung, EC50, LC50, LD50

  • Aus­sa­ge­kraft von Grenz­wer­ten: feh­len­de Da­ten zu po­ten­zi­ell mul­ti­plen Ef­fek­ten ver­schie­de­ner Um­welt­che­mi­ka­li­en, Bil­dung spe­zi­fi­scher Me­ta­bo­li­ten
Grenz­wer­te laut EU-Rechts­la­ge
po­li­ti­sche, ge­sell­schaft­li­che, wirt­schaft­li­che, me­di­zi­ni­sche As­pek­te

Ope­ra­to­ren­lis­te

In den Ziel­for­mu­lie­run­gen der Bil­dungs­plan­ein­hei­ten wer­den Ope­ra­to­ren (= hand­lungs­lei­ten­de Ver­ben) ver­wen­det. Die­se Ziel­for­mu­lie­run­gen (Stan­dards) le­gen fest, wel­che An­for­de­run­gen die Schü­le­rin­nen und Schü­ler in der Re­gel er­fül­len. Zu­sam­men mit der Zu­ord­nung zu ei­nem der drei An­for­de­rungs­be­rei­che (AFB) die­nen Ope­ra­to­ren ei­ner Prä­zi­sie­rung. Dies si­chert das Er­rei­chen des vor­ge­se­he­nen Ni­veaus und die an­ge­mes­se­ne In­ter­pre­ta­ti­on der Stan­dards.

An­for­de­rungs­be­rei­che
An­for­de­rungs­be­reich I um­fasst das Wie­der­ge­ben von Sach­ver­hal­ten aus ei­nem ab­ge­grenz­ten Ge­biet im ge­lern­ten Zu­sam­men­hang, das Be­schrei­ben und An­wen­den ge­lern­ter und ge­üb­ter Ar­beits­tech­ni­ken und Ver­fah­rens­wei­sen in ei­nem wie­der­ho­len­den Zu­sam­men­hang.
An­for­de­rungs­be­reich II um­fasst das selbsts­tän­di­ge Aus­wäh­len, An­ord­nen, Ver­ar­bei­ten und Dar­stel­len be­kann­ter Sach­ver­hal­te un­ter vor­ge­ge­be­nen Ge­sichts­punk­ten in ei­nem durch Übung be­kann­ten Zu­sam­men­hang, das selbsts­tän­di­ge Über­tra­gen des Ge­lern­ten auf ver­gleich­ba­re neue Si­tua­tio­nen mit ve­r­än­der­ten Fra­ge­stel­lun­gen, mit ve­r­än­der­ten Sach­zu­sam­men­hän­gen oder mit ab­ge­wan­del­ten Ver­fah­rens­wei­sen.
An­for­de­rungs­be­reich III um­fasst das plan­mäßi­ge Ver­ar­bei­ten kom­ple­xer Ge­ge­ben­hei­ten mit dem Ziel, zu selbsts­tän­di­gen Ge­stal­tun­gen bzw. Deu­tun­gen, Fol­ge­run­gen, Be­grün­dun­gen und Wer­tun­gen zu ge­lan­gen; da­bei wer­den aus den ge­lern­ten Denk­me­tho­den bzw. Lösungs­ver­fah­ren die­je­ni­gen, die zur Be­wäl­ti­gung der Auf­ga­ben ge­eig­net sind, selbsts­tän­dig aus­ge­wählt und ei­ner neu­en Pro­blem­stel­lung an­ge­passt.
(vgl. Ein­heit­li­che Prü­fungs­an­for­de­run­gen in der Ab­itur­prü­fung Bio­tech­no­lo­gie des Mi­nis­te­ri­ums für Kul­tus, Ju­gend und Sport Ba­den-Würt­tem­berg i. d. F. vom 30.11.2003)
Ope­ra­tor De­fi­ni­ti­on Zu­ord­nung
AFB
ab­lei­ten
auf der Grund­la­ge we­sent­li­cher Merk­ma­le sach­ge­rech­te Schlüs­se zie­hen
 II, III
ana­ly­sie­ren, un­ter­su­chen
wich­ti­ge Be­stand­tei­le oder Ei­gen­schaf­ten auf ei­ne be­stimm­te Fra­ge­stel­lung hin her­aus­ar­bei­ten. Un­ter­su­chen be­inhal­tet ge­ge­be­nen­falls zu­sätz­lich prak­ti­sche An­tei­le
 II, III
an­ge­ben, nen­nen
Ele­men­te, Sach­ver­hal­te, Be­grif­fe, Da­ten oh­ne Er­läu­te­run­gen auf­zäh­len
 I
aus­wer­ten
Da­ten, Ein­zel­er­geb­nis­se oder an­de­re Ele­men­te in ei­nen Zu­sam­men­hang stel­len und ge­ge­be­nen­falls zu ei­ner Ge­samt­aus­sa­ge zu­sam­men­füh­ren
 II
be­grün­den
Sach­ver­hal­te auf Re­geln und Ge­setz­mä­ßig­kei­ten bzw. kau­sa­le Be­zie­hun­gen von Ur­sa­chen und Wir­kung zu­rück­füh­ren
 II, III
be­schrei­ben
Struk­tu­ren, Sach­ver­hal­te oder Zu­sam­men­hän­ge struk­tu­riert und fach­sprach­lich rich­tig mit ei­ge­nen Wor­ten wie­der­ge­ben
 I, II
be­ur­tei­len
zu ei­nem Sach­ver­halt ein selbst­stän­di­ges Ur­teil un­ter Ver­wen­dung von Fach­wis­sen und Fach­me­tho­den for­mu­lie­ren und be­grün­den
 III
be­wer­ten
ei­nen Ge­gen­stand an er­kenn­ba­ren Wert­ka­te­go­ri­en oder an be­kann­ten Be­ur­tei­lungs­kri­te­ri­en mes­sen
 III
dar­stel­len
Sach­ver­hal­te, Zu­sam­men­hän­ge, Me­tho­den etc. struk­tu­riert und ge­ge­be­nen­falls fach­sprach­lich wie­der­ge­ben
 I, II
deu­ten, in­ter­pre­tie­ren
fach­spe­zi­fi­sche Zu­sam­men­hän­ge in Hin­blick auf ei­ne ge­ge­be­ne Fra­ge­stel­lung be­grün­det dar­stel­len
 II, III
dis­ku­tie­ren, er­ör­tern
Ar­gu­men­te und Bei­spiel zu ei­ner Aus­sa­ge oder The­se ein­an­der ge­gen­über­stel­len und ab­wä­gen
 III
er­klä­ren
ei­nen Sach­ver­halt auf Re­geln und Ge­setz­mä­ßig­kei­ten zu­rück­füh­ren so­wie ihn nach­voll­zieh­bar und ver­ständ­lich ma­chen
 II, III
er­läu­tern
ei­nen Sach­ver­halt ver­an­schau­li­chend dar­stel­len und durch zu­sätz­li­che In­for­ma­tio­nen ver­ständ­lich ma­chen
 II, III
er­mit­teln
ei­nen Zu­sam­men­hang oder ei­ne Lö­sung fin­den und das Er­geb­nis for­mu­lie­ren
 II, III
Hy­po­the­se auf­stel­len, Hy­po­the­se ent­wi­ckeln
be­grün­de­te Ver­mu­tung auf der Grund­la­ge von Be­ob­ach­tun­gen, Un­ter­su­chun­gen, Ex­pe­ri­men­ten oder Aus­sa­gen for­mu­lie­ren
 III
pro­to­kol­lie­ren
Be­ob­ach­tun­gen oder die Durch­füh­rung von Ex­pe­ri­men­ten de­tail­ge­nau zeich­ne­risch ein­wand­frei bzw. fach­sprach­lich rich­tig wie­der­ge­ben
 I
prü­fen, über­prü­fen
Sach­ver­hal­te oder Aus­sa­gen an Fak­ten oder in­ne­rer Lo­gik mes­sen und even­tu­el­le Wi­der­sprü­che auf­de­cken
 II, III
skiz­zie­ren
Sach­ver­hal­te, Struk­tu­ren oder Er­geb­nis­se auf das We­sent­li­che re­du­ziert über­sicht­lich gra­fisch dar­stel­len
 I, II
Stel­lung neh­men
zu ei­nem Ge­gen­stand, der an sich nicht ein­deu­tig ist, nach kri­ti­scher Prü­fung und sorg­fäl­ti­ger Ab­wä­gung ein be­grün­de­tes Ur­teil ab­ge­ben
 III
ver­glei­chen
Ge­mein­sam­kei­ten, Ähn­lich­kei­ten und Un­ter­schie­de er­mit­teln
 II
zeich­nen
ei­ne mög­lichst ex­ak­te gra­fi­sche Dar­stel­lung be­ob­acht­ba­rer oder ge­ge­be­ner Struk­tu­ren an­fer­ti­gen
 I
zu­sam­men­fas­sen
das We­sent­li­che in kon­zen­trier­ter Form her­aus­stel­len
 II
vgl. Ein­heit­li­che Prü­fungs­an­for­de­run­gen in der Ab­itur­prü­fung Bio­lo­gie der KMK i. d. F. vom 05.02.2004

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