Område: Ekologi Innehåll: Livets mångfald (sid. 14-31) I atomernas värld (sid.32-45) Ekologi (sid. 46-77) Undervisningen i kursen ska behandla följande centrala innehåll: Frågor om hållbar utveckling: energi, klimat och ekosystempåverkan. Ekosystemtjänster, resursutnyttjande och ekosystemens bärkraft. Olika aspekter på hållbar utveckling, till exempel vad gäller konsumtion, resursfördelning, mänskliga rättigheter och jämställdhet. Naturvetenskapliga arbetsmetoder, till exempel observationer, klassificering, mätningar och experiment samt etiska förhållningssätt kopplade till det naturvetenskapliga utforskandet. Naturvetenskapligt förhållningssätt, hur man ställer frågor som går att undersöka naturvetenskapligt och hur man går till väga för att ställa företeelser i omvärlden under prövning. Hur naturvetenskap kan granskas kritiskt samt hur ett naturvetenskapligt förhållningssätt kan användas för att kritiskt pröva ovetenskapligt grundade påståenden. Examinationsform: Prov eller hemuppgift Labbrapporter som skrivs individuellt och skickas via e-post till urkund Kunskapskrav Betyget E Eleven kan översiktligt diskutera frågor med naturvetenskapligt innehåll som har betydelse för individ och samhälle. I diskussionen använder eleven kunskaper om naturvetenskap för att ställa enkla frågor samt för att ge enkla förklaringar och argument. Dessutom kan eleven ge några exempel på tänkbara ställningstaganden eller handlingsalternativ samt ger enkla argument för dessa. Eleven kan översiktligt beskriva hur naturvetenskap organiseras och kan användas för kritisk granskning. Vidare föreslår och utför eleven en enkel naturvetenskaplig undersökning och redogör översiktligt för den. Dessutom kan eleven ge enkla exempel på hur teorier kan prövas genom kritisk granskning, samt diskuterar översiktligt utifrån något exempel på vilket sätt en naturvetenskaplig teori har haft betydelse för samhällets framväxt. Betyget D Betyget D innebär att kunskapskraven för E och till övervägande del för C är uppfyllda. Betyget C Eleven kan utförligt diskutera frågor med naturvetenskapligt innehåll som har betydelse för individ och samhälle. I diskussionen använder eleven kunskaper om naturvetenskap för att ställa utforskande frågor samt för att ge förklaringar och argument. Dessutom kan eleven ge några exempel på tänkbara ställningstaganden eller handlingsalternativ samt ger välgrundade argument för dessa. Eleven kan översiktligt beskriva hur naturvetenskap organiseras och kan användas för kritisk granskning. Vidare föreslår och utför eleven en enkel naturvetenskaplig undersökning och redogör utförligt för den. Dessutom kan eleven ge enkla exempel på hur teorier kan prövas genom kritisk granskning, samt diskuterar utförligt utifrån några exempel på vilket sätt naturvetenskapliga teorier har haft betydelse för samhällets framväxt. Betyget B 1
Betyget B innebär att kunskapskraven för C och till övervägande del för A är uppfyllda. Betyget A Eleven kan utförligt och nyanserat diskutera frågor med naturvetenskapligt innehåll som har betydelse för individ och samhälle. I diskussionen använder eleven kunskaper om naturvetenskap för att ställa utforskande frågor samt för att ge komplexa förklaringar och argument. Dessutom kan eleven ge några exempel på tänkbara ställningstaganden eller handlingsalternativ samt ger välgrundade och nyanserade argument för dessa. Eleven kan översiktligt beskriva hur naturvetenskap organiseras och kan användas för kritisk granskning. Vidare föreslår och utför eleven en enkel naturvetenskaplig undersökning och redogör utförligt och nyanserat för den. Dessutom kan eleven ge enkla exempel på hur teorier kan prövas genom kritisk granskning, samt diskuterar utförligt och nyanserat utifrån några exempel på vilket sätt naturvetenskapliga teorier har haft betydelse för samhällets framväxt. Fotosyntesen Ett nyplanterat frö i en kruka väger 2,00 kg. Efter ett år har fröet växt till en planta och nu väger växten med krukan 8,4 kg. Hur kan det komma sig? 2
Fotosyntesen lagrar energi hos gröna växter Fotosyntesen sker hos alla gröna växter (som innehåller klorofyll). I bladen på växterna finns det kloroplaster som tar upp koldioxid och vatten ur luften och som med hjälp av solljuset omvandlar energin till kemisk energi som lagars i form av socker i växten. En restprodukt blir syre som vi människor sedan kan andas. Koldioxid + Vatten + Solljus (energi) Druvsocker (lagrad energi) + Syre Cellandning frigör energi När växterna ska växa bryter de ned druvsocker. Eftersom druvsocker är lagrad energi, frigörs det då energi som växterna kan använda till att bilda exempelvis fetter, socker och protein. Detta kallas för cellandning och sker i mitokondrierna i cellen. På samma sätt får människor och djur energi när vi äter växter. Vi får då i oss druvsocker som vi kan omvandla till den näring vi behöver. Druvsocker + Syre Koldioxid + Vatten + Energi 3
Celler Livet på jorden uppstod troligen för ca 4 miljarder år sedan. De första organismerna var enkelt byggda bakterieliknande celler. Alla levande organismer består av celler. Cellerna utgör kroppens byggstenar. En vuxen människa består av mellan 50 000 och 100 000 miljarder celler! Celler förökar sig genom delning, och bildar vid delning en kopia av sig själv. Varje sekund bildas tusentals nya celler i våra kroppar, och ungefär lika många dör. Varje cell är en egen levande enhet som kan föröka sig, ta emot olika typer av information och sköta sin egen ämnesomsättning och energiförsörjning. Därför innehåller en cell flera olika delar- organeller. Växtceller och djurceller är mycket större än bakterieceller. De har en mer komplex uppbyggnad med cellorganeller och avgränsad cellkärna.. Växtceller har kloroplaster som är gröna av klorofyll. Det är i dessa korn fotosyntesen pågår. Djurcellen saknar cellvägg och kloroplaster och är därmed mer formbar än de andra 4
Gener och DNA Alla celler innehåller gener arvsanlag som bestämmer cellernas egenskaper. När alla celler samverkar i kroppen bestäms hur din kropp ska se ut och fungera. Generna är delar av en stor informationsmolekyl som kallas för DNA. DNA-molekylen är som en instruktionsbok med ritningar över hur en organism är uppbyggd och fungerar. I cellens kärna ligger DNA:t paketerat i små paket kallade kromosomer. Människans DNA är uppdelat i 46 kromosomer, det vill säga 46 stycken DNA-strängar. DNA är uppbyggd av två strängar som hålls ihop med hjälp av så kallade kvävebaser som bildar stegpinnar i DNA-spiralen. Kvävebaserna sitter bara ihop på ett visst sätt: A med T och C med G. Detta är viktigt när DNA:t ska kopieras (se nästa sida). 5
DNA: t kopierar sig själv När en cell ska förnyas genom delning måste DNA kunna kopiera sig själv så att båda cellerna får en likadan DNA-molekyl. Detta sker i fyra steg: 6
Proteinsyntes När DNA: t ska användas som mall för att tillverka proteiner och enzymer, delar DNA upp sig och cellen skapar en enkelsträngad kopia av DNA:t som kallas för m-rna. Detta för att ribosomerna i cellen ska kunna läsa av informationen i kvävebaserna. Ribosomerna läser av tre kvävebaser åt gången och översätta denna information till vilken aminosyra som behövs till proteinet. Tre kvävebaser kodar alltså för en aminosyra. För varje gång tre kvävebaser avläses, sätts aminosyrorna ihop till en lång kedja. Denna kedja kommer när den är klar att vecka ihop sig och bilda ett protein. Totalt finns det 20 olika aminosyror. De flesta kan vår kropp själv producera, men vissa måste vi få i oss med vår föda och dessa kallas för essentiella aminosyror. Mutationer och evolution Fel när DNA kopieras Ibland när DNA: t ska kopiera sig själv uppstår små fel. Det kan hända att någon av alla miljoner kvävebaspar råkar bli felparade (exempelvis att T blir parad med C, trots att T bara passar ihop med A). Trots en sådan felparing, hålls DNA-sprialen ihop eftersom övriga baspar är korrekta och ger stabilitet åt DNA-molekylen. När cellen så småningom ska använda denna del av DNA:t för att tillverka protein, läses informationen av och de tre kvävebaserna kommer nu att koda för en helt ny aminosyra. GCC kodar till exempel för Alanin, men det skulle ha varit GAC som kodar för Aspartansyra. När denna aminosyra sätts ihop med övriga aminosyror för att bilda ett protein, kan det hända att proteinet får helt nya egenskaper: en mutation har inträffat! 7
Om denna mutation inträffar i könscellerna (ägg och spermie) kommer denna nya egenskap att gå i arv eftersom avkomman också kommer att få samma fel på sitt DNA. Andra orsaker till att mutationer kan uppstå, är att individernas DNA skadas på grund av UV-ljus. Mutationer leder till evolution De flesta mutationer som sker är skadliga för individen, men ibland ger de en fördel. Ett nytt protein hos ett djur kan t.ex. göra att djuret kan smälta en ny sorts föda eller överleva torka bättre. I sådana fall har mutationen lett till evolution, det vill säga djuret har anpassats till nya miljöer och förändringar. Med tiden kan detta leda till att nya arter uppstår! I England under industriella revolutionen uppstod svarta Björkmätare på grund av en mutation i en gen. De svarta överlevde bättre än de vita och blev en egen art. Instuderingsfrågor 1. Vad skiljer en levande varelse från något icke-levande? 2. Beskriv hur en växt- respektive djurcell är uppbyggd. 3. Vilka organeller finns i två olika typerna av celler och vilken funktion har organellerna? 4. Beskriv skillnader mellan växtceller och djurceller 5. Vilka organeller är unika för växtcellen? 6. Vad är klorofyll? 7. Vilka celler har klorofyll? 8. Vad är fotosyntesen för något? Var i cellen sker denna reaktion? 9. Skriv formeln för fotosyntesen. 10. I vilket ämne binds energin från solen i fotosyntesen? 11. Varför är fotosyntesen så viktig för oss? 12. Vad är motsatsen till fotosyntesen? Var i cellen sker denna reaktion? 13. Vad kallas den molekyl som kan kopiera sig själv och som finns i cellkärnan? 14. Hur är DNA-molekylen uppbyggd? 15. Förklara följande begrepp (hur hänger de ihop?): a. Kvävebas b. Gen c. Aminosyra d. Protein 16. Vad är en mutation? 17. På vilka olika sätt kan mutationer uppstå? 18. Vad är evolution? 19. Hur fick jordatmosfären syrgas? 20. Beskriv hur livets utveckling påverkas av att jordatmosfären fick syrgas. 21. Hur gammal är jorden? 22. Beskriv jordklotets byggnad. 8
Ekologi läran om samspelet mellan människor, djur och miljö Allt levande som finns i ett område bildar tillsammans med miljön ett ekologiskt system ett ekosystem. Ett ekosystem besår av fyra delar: Växter Djur Nedbrytare (destruenter) Miljöfaktorer (icke levande faktorer): ph, nederbörd, vatten, ljus Att beskriva ett ekosystem: För att beskriva hur ett ekosystem fungerar kan man rita näringskedjor och näringsvävar. En näringskedja beskriver hur växter och djur är beroende av varandra för föda. En näringskedja börjar alltid med en grön växt och slutar med ett djur som själv aldrig blir uppätet av någon en toppkonsument. Cirkulerande ämnen, flödande energi Alla grundämnen cirkulerar i naturen: De tas upp av växterna med hjälp av vattnet i marken, de förs vidare till växtätare och sedan vidare till köttätande djur. Slutligen dör både växter och djur varvid de bryts ned och grundämnena återförs till marken. Energi däremot flödar genom systemet. Energin kommer till jorden med solens varma strålar och tas upp av de gröna växternas klorofyll där det omvandlas till druvsocker i fotosyntesen. Djur äter växter som i sin tur blir uppätna av andra djur. I varje steg frigörs energi i form av värme och rörelser, och energin strålar ut i rymden igen. Endast ca 10 procent av energin förs vidare mellan stegen i en näringskedja. 9
Instuderingsfrågor: 1. Näringsväv och näringskedja 1. Vad betyder ekologi? 2. Vad kallas de gröna växterna med ett annat ord? Varför kallas de så? 3. Vad är en toppkonsument? 4. Vad äter en primärkonsument? 5. Vad är en näringsväv för något? Vad skiljer en näringsväv från en näringskedja? 6. Vilket beskriver bäst hur ett ekosystem fungerar: en näringskedja eller en näringsväv? 7. Vad händer i naturen när människan utrotar vissa växt- och djurarter? 8. Ge exempel på miljöfaktorer som påverkar ett ekosystem. 9. Rita av en av näringsvävar i rutan nedan: 2. Näring och energipyramid 1. Hur många procent av den energi som växterna och djuren får i sig via födan förs vidare i 1. Hur många procent av den energi som växterna och djuren får i sig via födan förs vidare i näringskedjan? 2. Vad händer med resterande energimängd? 3. Vad är en energipyramid för något? 4. Vad bör man äta för att så många människor som möjligt på jorden ska kunna äta sig mätta? Varför? 5. Man säger att energi flödar genom ett ekosystem. Vad betyder detta? 6. Man säger att ämnen (näring) cirkulerar i ett ekosystem. Hur sker detta? 7. Vilken roll spelar nedbrytare i detta kretslopp? 8. Vad kallas nedbrytare med ett annat ord? 9. Ge exempel på nedbrytare! 10. Vad är biomassa? 10
Kolets kretslopp Ett av de ämnen som cirkulerar i ett kretslopp är kol (C). Den form av kol som vi oftast kommer i kontakt med är koldioxid (CO2) som finns i luften. Endast cirka 0,035 procent av luften består av koldioxid, men ändå är det en viktig gas eftersom den påverkar växthuseffekten (se nästa sida). Kol är också byggstenarna i socker, fett och proteiner som alla växter och djur behöver. Händelser som minskar halten koldioxid i luften: Fotosyntesen Organismer i haven tar upp koldioxid för att bilda snäckskal Döda växter och djur omvandlas till kol, olja och naturgas djupt nere i jordens inre Händelser som ökar halten koldioxid i luften: Växter och djur som andas ut koldioxid Svampar, maskar och bakterier bryter ned döda djur och växter Förbränning av fossila bränslen (kol, olja, naturgas) Vulkanutbrott 11
Kvävets kretslopp Ytterligare ett ämne som cirkulerar är kväve. Kväve är ett viktigt ämne eftersom växter och djur behöver kväve för att kunna bilda DNA-molekyler och protein. Kväve finns fritt i luften i form av kvävgas (N2) och halten kvävgas i luften är ca 78 procent. Andra viktiga former av kväve är nitrit- och nitratjoner. Dessa är viktiga eftersom det är dessa former av kväve som växterna kan ta upp. Jonerna är lösta i marken och växterna tar upp dem tillsammans med vattnet. Nitratjoner kan bildas på flera sätt: Genom blixturladdningar i luften som ger oss surt regn Biologisk kvävefixering (t.ex. ärtväxter gör om luftens kväve till nitratjoner) Genom att man i industrier gör om luftens kväve till nitratjoner Genom gödning av åkrar och i industrin Döda växter och djur bryts ned till nitratjoner igen (nitrifikation) Kväve till luften bildas på några sätt: De döda växterna och djuren bryts ned totalt till kvävgas (Denitrifikation) Bilavgaser släpper ut kvävgas i luften 12
Instuderingsfrågor till kolets och kvävets kretslopp 1. Vad används kol till i kroppen? 2. Varför ska vi tänkta på att inte släppa ut för mycket koldioxid i atmosfären? 3. Hur fungerar växthuseffekten? 4. Vilka av följande processer ökar respektive minskar halten koldioxid och kvävgas i luften? Sätt plus (+) för en ökning eller minus ( ) för en minskning i rätt kolumn! 5. Varför är kväve ett viktigt ämne? 6. Vad händer i denitrifikationsprocessen? 7. Vad innebär nitrifikationsprocessen? 8. Vilken form av kväve kan växterna ta upp? 9. På vilka sätt bildas nitratjoner? 13