Armin Baur Humanbiologie für Lehramtsstudierende Ein Arbeits- und Studienbuch Humanbiologie für Lehramtsstudierende Armin Baur Humanbiologie für Lehramtsstudierende Ein Arbeits- und Studienbuch Armin Baur Fachbereich Biologie Pädagogische Hochschule Schwäbisch Gmünd, Deutschland ISBN 978-3-662-45367-4 ISBN 978-3-662-45368-1 (eBook) DOI 10.1007/978-3-662-45368-1 Die Deutsche Nationalbibliothek verzeichnet diese Publikation in der Deutschen Nationalbibliografie; detaillierte bibliografische Daten sind im Internet über http://dnb.d-nb.de abrufbar. Springer Spektrum © Springer-Verlag  Berlin Heidelberg 2015 Das Werk einschließlich aller seiner Teile ist urheberrechtlich geschützt. Jede Verwertung, die nicht ausdrück- lich vom Urheberrechtsgesetz zugelassen ist, bedarf der vorherigen Zustimmung des Verlags. Das gilt insbe- sondere für Vervielfältigungen, Bearbeitungen, Übersetzungen, Mikroverfilmungen und die Einspeicherung und Verarbeitung in elektronischen Systemen. Die Wiedergabe von Gebrauchsnamen, Handelsnamen, Warenbezeichnungen usw. in diesem Werk berechtigt auch ohne besondere Kennzeichnung nicht zu der Annahme, dass solche Namen im Sinne der Warenzeichen- und Markenschutz-Gesetzgebung als frei zu betrachten wären und daher von jedermann benutzt werden dürften. Der Verlag, die Autoren und die Herausgeber gehen davon aus, dass die Angaben und Informationen in diesem Werk zum Zeitpunkt der Veröffentlichung vollständig und korrekt sind. Weder der Verlag noch die Autoren oder die Herausgeber übernehmen, ausdrücklich oder implizit, Gewähr für den Inhalt des Werkes, etwaige Fehler oder Äußerungen. Planung und Lektorat: Kaja Rosenbaum, Bettina Saglio Redaktion: Dr. Bärbel Häcker Gedruckt auf säurefreiem und chlorfrei gebleichtem Papier. Springer-Verlag GmbH Berlin Heidelberg ist Teil der Fachverlagsgruppe Springer Science+Business Media www.springer.com V Zur Verwendung des Buchs Dieses Buch ist für Lehramtsstudierende des Fachs Biologie geschrieben, was aber nicht be- deutet, dass es für andere Leser nicht hilfreich und geeignet wäre. Innerhalb des Lehramtsstudiums Biologie ist die Humanbiologie ein sehr bedeutender Inhalts- bereich, da humanbiologische Themen in den Bildungsplänen aller Schularten stark verankert sind. Je nach der Ausrichtung des Studiengangs (Lehramt für Primarstufe, Sekundarstufe I oder Sekundarstufe II) sind die geforderten inhaltlichen Tiefen im Bereich „Humanbiologie“, die für die spätere berufliche Tätigkeit notwendig sind, sehr unterschiedlich. Damit Sie dieses Buch Ihrem Studiengang und Ihrer Interessenslage entsprechend einsetzen können, um sich in die Humanbiologie einzuarbeiten, ist es so aufgebaut, dass es für die Aneignung von drei unterschiedlichen inhaltlichen Tiefen (Überblickswissen, Grundwissen, vertieftes Wissen) verwendet werden kann. Sie können also ganz nach Ihren individuellen Ansprüchen dieses Buch nutzen. Ob Sie hierbei die inhaltlichen Tiefen bei den unterschiedlichen Themen (Kapiteln) variieren oder ob Sie alle Themen in einer inhaltlichen Tiefe bearbeiten, können Sie Ihren Ansprüchen entsprechend entscheiden. z Verwendung des Buches bei der Aneignung eines „Überblickwissens“ Lesen und arbeiten Sie sich die Inhalte des Buches durch. Verwenden Sie anstelle der „Abbildun- gen zum Beschriften“ die Lösungen im Buch (↑ Lösungen 2: „Lösungen: Abbildungen zum Be- schriften“). Die „Abbildungen zum Beschriften“ sind mit einem Bleistiftsymbol gekennzeichnet (siehe . Abb. 0.1). Hilfreiche Filmclips und Anleitungen zum Bau von Modellen, die im Buch Beschriebenes verdeutlichen, sind auf der Produktseite des Verlags zu diesem Buch verfügbar. z Verwendung des Buches bei der Aneignung eines „Grundwissens“ Arbeiten Sie die Inhalte des Buches durch, verwenden Sie bei Bedarf Zusatzliteratur. Bearbei- ten Sie die „Abbildungen zum Beschriften“. Verwenden Sie hierzu Literatur (geeignet ist Faller A & Schünke M (1999) Der Körper des Menschen. Einführung in Bau und Funktion. Thieme, Stuttgart). Die „Abbildungen zum Beschriften“ sind mit einem Bleistiftsymbol gekennzeichnet (siehe . Abb. 0.1). Lösungen zur Kontrolle sind am Ende des Buches vorhanden. Bearbeiten Sie die Aufgaben 1 („Erklären/definieren Sie die folgenden Begriffe“) und 2 („Wiederholungs- fragen und Wiederholungsaufgaben“) am Ende jedes Kapitels. Für die Aufgaben müssen Sie unter Umständen teilweise Zusatzliteratur einbeziehen. Lösungen für die Aufgaben 1 und 2 sind am Ende des Buches vorhanden (verwenden Sie das Glossar als Lösung für Aufgabe 1). Hilfreiche Filmclips und Anleitungen zum Bau von Modellen, die im Buch Beschriebenes verdeutlichen, sind auf der Produktseite des Verlags zu diesem Buch verfügbar. Hier finden Sie auch Zusatzübungen mit Lösungen. z Verwendung des Buches bei der Aneignung eines „vertieften Wissens“ Arbeiten Sie die Inhalte des Buches und die „Zusatzinformationen“ durch, verwenden Sie unbedingt Zusatzliteratur (Anregungen für geeignete Literatur sind im Buch gegeben). Sie haben die Möglichkeit, Ergänzungen zu notieren (Seiten für eigene Notizen, siehe . Abb. 0.2). VI Zur Verwendung des Buchs Bearbeiten Sie die „Abbildungen zum Beschriften“. Verwenden Sie hierzu Literatur (geeignet ist Faller A & Schünke M (1999) Der Körper des Menschen. Einführung in Bau und Funk- tion. Thieme, Stuttgart oder ein Anatomielexikon mit deutschen Namensbezeichnungen). Die „Abbildungen zum Beschriften“ sind mit einem Bleistiftsymbol gekennzeichnet (siehe . Abb. 0.1). Lösungen zur Kontrolle sind am Ende des Buches vorhanden. Bearbeiten Sie die Aufgaben 1 („Erklären/definieren Sie die folgenden Begriffe“), 2 („Wiederholungsfragen und Wiederholungsaufgaben“) und 3 („Vertiefung und Vernetzung mit Zoologie und Botanik“) am Ende jedes Kapitels. Für die Beantwortung der Fragen müssen Sie Zusatzliteratur einbeziehen. Die Lösungen für die Aufgaben 1 und 2 sind am Ende des Buches vorhanden (verwenden Sie das Glossar als Lösung für Aufgabe 1). Für das „vertiefte Wissen“ gehören die Lösungen des „Grundwissens“ und die des „vertieften Wissens“ zusammen. Die Lösungen von Aufgabe 3 obliegen dem Leser. Hilfreiche Filmclips und Anleitungen zum Bau von Modellen, die im Buch Beschriebenes verdeutlichen, sind auf der Produktseite des Verlags zu diesem Buch verfügbar. Hier finden Sie auch Zusatzübungen mit Lösungen. . Abb. 0.1 Symbol: Abbildungen zum Beschriften . Abb. 0.2 Symbol: Seite für eigene Notizen z Danksagung Mein besonderer Dank gilt Sylva Baur, Dr. med. Astrid Baur, Thomas Schuller, Ingried Seibold und Anne Storm für die Korrekturlesung der einzelnen Kapitel und für ihre wertvollen und hilfreichen Anregungen. VII Inhaltsverzeichnis 1 Zelle und Gewebe .....................................................................1 Armin Baur 1.1 Die Zelle ................................................................................2 1.1.1 Anatomie der (tierischen) Zelle ............................................................2 1.1.2 Funktionen der Zellorganellen ............................................................2 1.2 Das Gewebe .............................................................................4 1.2.1 Epithelgewebe ...........................................................................5 1.2.2 Binde- und Stützgewebe .................................................................5 1.2.3 Muskelgewebe ...........................................................................5 1.2.4 Nervengewebe ...........................................................................5 Ergänzende Literatur .....................................................................8 2 Atmung ...............................................................................11 Armin Baur 2.1 Einführung .............................................................................12 2.2 Anatomie ..............................................................................12 2.3 Physiologie. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .15 2.4 Krankheiten und Verletzungen .........................................................18 Ergänzende Literatur ....................................................................19 3 Herz, Kreislauf, Blut und Lymphe ...................................................23 Armin Baur 3.1 Herz ....................................................................................24 3.1.1 Anatomie ..............................................................................24 3.1.2 Physiologie .............................................................................24 3.2 Kreislauf ...............................................................................26 3.2.1 Anatomie ...............................................................................26 3.2.2 Physiologie .............................................................................27 3.3 Blut ....................................................................................28 3.3.1 Zusammensetzung ......................................................................28 3.3.2 Aufgaben ...............................................................................29 3.4 Lymphsystem ..........................................................................29 3.5 Immunsystem ..........................................................................30 3.5.1 Das angeborene Immunsystem ..........................................................30 3.5.2 Das adaptive (spezifische) Immunsystem .................................................31 3.6 Krankheiten ............................................................................31 Ergänzende Literatur ....................................................................37 4 Bewegung ............................................................................41 Armin Baur 4.1 Physikalische Grundlagen ..............................................................42 4.2 Der passive Bewegungsapparat ........................................................42 4.2.1 Knochen ................................................................................42 4.2.2 Das Skelett ..............................................................................44 4.2.3 Gelenke. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .44 VIII Inhaltsverzeichnis 4.3 Der aktive Bewegungsapparat .........................................................46 4.3.1 Aufbau eines Muskels ...................................................................46 4.3.2 Aktivierung des Muskels .................................................................46 4.3.3 Gleitfilamenttheorie .....................................................................47 4.3.4 Bewegungsvorgang am Beispiel des Armes ...............................................48 4.4 Krankheiten ............................................................................50 Ergänzende Literatur ....................................................................51 5 Sinnesorgane ........................................................................55 Armin Baur 5.1 Auge ...................................................................................56 5.1.1 Grundlagen Optik .......................................................................56 5.1.2 Anatomie des Auges. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .56 5.1.3 Physiologie .............................................................................58 5.1.4 Krankheiten .............................................................................61 5.2 Ohr .....................................................................................61 5.2.1 Anatomie ...............................................................................61 5.2.2 Physiologie .............................................................................62 5.2.3 Krankheiten .............................................................................64 5.3 Haut ...................................................................................66 5.3.1 Anatomie ...............................................................................66 5.3.2 Funktion ................................................................................66 5.3.3 Rezeptoren der Haut ....................................................................67 5.3.4 Hautanhangsgebilde ....................................................................68 5.3.5 Krankheiten .............................................................................69 Ergänzende Literatur ....................................................................74 6 Nervensystem ........................................................................77 Armin Baur 6.1 Neuron .................................................................................78 6.1.1 Anatomie ...............................................................................78 6.1.2 Physiologie .............................................................................79 6.2 Zentralnervensystem (ZNS) ............................................................82 6.2.1 Gehirn ..................................................................................82 6.2.2 Rückenmark ............................................................................83 6.2.3 Reflex und normale Reaktion .............................................................84 6.3 Vegetatives Nervensystem/autonomes Nervensystem .................................84 6.4 Krankheiten und Verletzungen .........................................................85 Ergänzende Literatur ....................................................................87 7 Hormonsystem .......................................................................91 Armin Baur 7.1 Lage wichtiger Hormondrüsen .........................................................92 7.2 Hypothalamus-Hypophysen-System ...................................................93 7.2.1 Die positive Rückkopplung ..............................................................93 7.2.2 Die negative Rückkopplung ..............................................................94 7.3 Funktion wichtiger Hormone ...........................................................94 IX Inhaltsverzeichnis 7.4 Krankheiten ............................................................................94 Ergänzende Literatur ....................................................................97 8 Ernährung und Verdauung .........................................................101 Armin Baur 8.1 Verdauungsorgane ....................................................................102 8.2 Nährstoffe .............................................................................104 8.3 Kohlenhydratverdauung ..............................................................104 8.3.1 Kohlenhydrate .........................................................................104 8.3.2 Verdauung und Aufnahme von Kohlenhydraten. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .105 8.3.3 Energiegewinnung aus Glucose in der Zelle (Zellatmung) .................................107 8.4 Fettverdauung ........................................................................108 8.4.1 Fette (Lipide) ...........................................................................108 8.4.2 Verdauung und Aufnahme von Fetten (Lipiden) ..........................................109 8.4.3 Energiegewinnung aus Fetten und Speicherung von Fetten ..............................109 8.4.4 Fettsynthese ...........................................................................111 8.5 Eiweißverdauung .....................................................................111 8.5.1 Eiweiße (Proteine) ......................................................................111 8.5.2 Verdauung von Proteinen und Aufnahme von Aminosäuren ..............................112 8.5.3 Energiegewinnung aus Aminosäuren und ihr Umbau ....................................114 8.6 Vitamine ..............................................................................114 8.7 Ernährungsbedingte Krankheiten .....................................................115 Ergänzende Literatur ...................................................................118 9 Wasser-Elektrolyt-Haushalt ........................................................121 Armin Baur 9.1 Wasser ................................................................................122 9.1.1 Funktion des Wassers ...................................................................122 9.1.2 Störungen des Wasserhaushaltes ........................................................122 9.2 Elektrolyte ............................................................................122 9.2.1 Wichtige Elektrolyte ....................................................................123 9.2.2 Verteilung der Elektrolyte ...............................................................123 9.3 Niere ..................................................................................124 9.3.1 Aufgabe ...............................................................................124 9.3.2 Anatomie ..............................................................................125 9.3.3 Physiologie ............................................................................126 9.4 Hormonelle Steuerung ................................................................128 Ergänzende Literatur ...................................................................129 10 Fortpflanzung und Entwicklung ...................................................133 Armin Baur 10.1 Geschlechtsorgane ....................................................................134 10.1.1 Anatomie ..............................................................................134 10.1.2 Physiologie ............................................................................135 10.2 Ovarialzyklus und Menstruationszyklus ...............................................137 10.3 Befruchtung ...........................................................................138 10.4 Entwicklung ...........................................................................140 X Inhaltsverzeichnis 10.5 Geschlechtskrankheiten ...............................................................140 Ergänzende Literatur ...................................................................143 11 Lösungen: Wiederholungsfragen und Wiederholungsaufgaben ...............147 Armin Baur 11.1 Zelle und Gewebe .....................................................................148 11.2 Atmung ...............................................................................151 11.3 Herz, Kreislauf, Blut und Lymphe ......................................................153 11.3.1 Herz ...................................................................................153 11.3.2 Kreislauf ...............................................................................155 11.3.3 Blut ....................................................................................156 11.3.4 Lymphe und Lymphsystem .............................................................157 11.3.5 Immunsystem ..........................................................................157 11.4 Bewegung ............................................................................159 11.5 Sinnesorgane .........................................................................161 11.5.1 Auge ..................................................................................161 11.5.2 Ohr ....................................................................................163 11.5.3 Haut ...................................................................................165 11.6 Nervensystem .........................................................................166 11.7 Hormonsystem ........................................................................168 11.8 Ernährung und Verdauung ............................................................169 11.9 Wasser-Elektrolyt-Haushalt ............................................................172 11.10 Fortpflanzung und Entwicklung .......................................................173 12 Lösungen: Abbildungen zum Beschriften ........................................177 Armin Baur Serviceteil ...........................................................................193 Glossar zum Buch ......................................................................194 Stichwortverzeichnis ...................................................................209