Zwei wissenschaftliche Studien

Wieso der Mensch als Ökosystem betrachtet werden kann:

Dazu muss man zuerst wissen, was ein Ökosystem überhaupt ist. Im Dossier S.15 Auftrag 13 steht es wie folgt beschrieben: „Ein Ökosystem ist ein mehr oder weniger deutlich abgegrenzter Bereich, in dem bestimmte Bedingungen herrschen und der viele verschiedenartige Lebewesen beherbergt.“

Davon ausgehend kann man sagen, dass der Organismus nur funktioniert und existiert, weil ihn viele kleine Leben am Leben erhalten. Mit den vielen kleinen Leben sind Mikroorganismen wie Bakterien, Pilze, Viren u.v.m gemeint. Für die Körperfunktion sind sie nicht wegzudenken. Alles hängt in irgendeiner weise zusammen und nur wenn alle Einzelteile funktionieren läuft die „Maschine“ ohne zu ruckeln.

Wodurch es gestört werden kann:

Ist etwas nicht so wie es sein sollte, kann es zu Problemen führen. Winzig kleine Veränderungen können reichen, um das System ins Schwanken zu bringen. Ist ein Baustein beschädigt, kann alles zusammenbrechen.

Zusammenhang Input-Output-Modell und Ökologie:

Damit Prozesse des „Ökosystems Mensch“ überhaupt stattfinden können, benötigt es stetig einen Input und Output. Über den Input können auch Schädlinge eindringen, die im Körper verschiedene Reaktionen auslösen. Vor allem im Verdauuungstrakt siedeln sich viele Bakterien, die bei der Verdauung helfen und somit helfen, den Output zu regulieren.

Modelle:

In den Modellen fehlen die Ergänzungen, mit weiteren Orten, Verbindungen, Substanzen und Vorgängen. Beim oberen Modell sieht man allerdings, das es ein Ausschnitt aus dem Dünndarm ist. Alles rundherum könnte noch ergänzt werden. Beide stellen eine extreme Vereinfachung dar.

Die Reise eines Moleküls duch den Organismus

„Wie Alkohol zu Kopfe steigt“

Inhalt des Artikels:

Die Studie hat ergeben, dass zur Energiegewinnung ein Abbauprodukt des Alkohols genutzt wird, anstelle von Glukose, die Mitochondrien mehr arbeiten müssen, das die Zellmembran verändert werden könnte und das die Reaktion vom weiblichen und männlichem Gehirn sehr ähnlich ist.

Markierte Begriffe:

„Was nach dem Trinken von Alkohol passiert“  (Forschungsfrage)
„das Gehirn umschaltet und statt Glukose ein Abbauprodukt des Alkohols zur Energiegewinnung nutzt“ (Ergebnis)
„Indiz ist ein Anstieg der Konzentration von Glukose (Traubenzucker) im Hirngewebe“ (Erklärung zum Ergebnis)

„Magnetresonanzspektren“ (nicht sicher, ob das gleiche wie bei Kernspintomografie)

„reagierten weibliche und männliche Gehirne sehr ähnlich“ (Ergebnis)
„sank…Konzentration der Aminosäure Aspartat“ (Ergebnis)
„verstärkte Tätigkeit der Mitochondrien“ (Erklärung zum Ergebnis)

„Cholin…Rückgang“ (Ergebnis)
„Veränderung der Zellmembranen“ (Erklärung zum Ergebnis)

Skizze & Weg des Alkohols durch den menschlichen Körper:

 

Wegbeschreibung des Alkohols durch den Körper

https://www.youtube-nocookie.com/embed/Og_4l2BXu8g?rel=0

Evaluation Modell

Den Kreislauf konnten wir anhand des Modells gut erklären, da wir alles zusammenhängend und mit Farbe dargestellt haben.

Es wären vielleicht noch mehr Details gut gewesen, wie z.B. was genau passiert.

Den Inhalt vom Text (in der Skizze oben rechts), könnte man noch besser visualisieren und den Text reduzieren. (Alle Orte einzeichnen, diese miteinander verbinden, den Weg aller Substanzen mit Pfeilen kennzeichnen und alle dabei ablaufenden Vorgänge mit Stichworten beschreiben).

Semestercheck:

In der Nährwerttabelle schaue ich nach, welche Inputs vorhanden sind und in welcher Menge. Ich wähle zwei unterschiedlichen alkoholhaltigen Getränke, um einen Vergleich zu haben.

Input Rotwein 3dl 9%vol / Branntwein aus Zuckerrohr (z.B. Rum)

Kohlenhydrate: 0.2g / 0g

Proteine: 0.2g / 0g

Wasser: 92g / 66.6g

Alkohol: 7.5g / 33.4g

Output

Wasser, Kohlendioxid / Wasser, Kohlendioxid

(Alkohol wird zu Wasser und Kohlendioxid abgebaut)

(wenig Harnstoff, da wenig Proteine) / keine weiteren Outputs

Es ist natürlich nicht möglich, mich von einem dieser beieden Getränke zu „ernähren“.

Fusszeilen „Input-Output-Messung Mensch“ A-G

Speicherung, Umwandlung und Verbrennung der Nährstoffe

Videos:

Blutzuckerspiegel und Regulation des Glykogenauf-und abbaus (in Skizze grün)

Hier ist der Weg der Glucose erklärt und welche Funktion die Leber dabei hat. Glucose wird entweder im Betriebsstoffwechsel (Verbrauch als Brennstoff) eingesetzt oder im Baustoffwechsel (Aufbau von Fett u.Ä.).

Bei der Input-Output-Tabelle werden Kohlenhydrate aufgenommen und im Körper in Glucose zerlegt.

https://www.youtube-nocookie.com/embed/D-RaymSGM8M?rel=0

 

Aminosäurenstoffwechsel / Harnstoffbildung (in Skizze Blau)

Hier wird die Umwandlung und der Abbau von Aminosäuren erklärt.

In der Input-Output-Tabelle werden Proteine aufgenommen und im Körper in Aminosäuren zerlegt. Ausgeschieden werden Proteine als Harnstoff. (erkennbar durch das „N“ (Stickstoff) in der Summenformel).

https://www.youtube-nocookie.com/embed/bZe69diocuc?rel=0

 

Betriebsstoffe / Energiezufuhr (in Skizze orange)

Hier werden zwei Betriebsstoffwechsel gezeigt. Einmal wie Glucose mit Sauerstoff (Zellatmung) und einmal ohne Sauerstoff (Milchsäuregärung) genutzt wird, um daraus Energie zu gewinnen.

In der Input-Output-Tabelle ist das Kohlendioxid und Wasser im Output zu sehen. Die beiden Ausscheidungsprodukte entstehen bei der Energiegewinnung mit Sauerstoff und Glucose.

https://www.youtube-nocookie.com/embed/ypoPncXlK9A?rel=0

 

Ergänzte Skizze:

 

Chemische Zerlegung der Nahrung in Nährstoffe

Lieblingsfrühstücksflocken: Cornflakes -> Stärke: 72.0g / Zucker: 7.1g  (je 100g)

Lieblingsfrucht:                       Erdbeere   -> Stärke: 0.0g   / Zucker: 7.0g    (je 100g)

Der Stärke und Zuckeranteil Unterschied ist so, da Cornflakes aus Getreide bestehen und Getreide viel Stärke enthält. Erdbeeren (oder allgemein Früchte) bestehen mehrheitlich aus Wasser bzw. Fruchtzucker und enthalten keine Stärke. Beides gehört zu den Kohlenhydraten (Stärke&Zucker), sind aber unterschiedlich lange. Saccarose (Rohzucker) besteht nur aus zwei Teilchen und bildet ein Disaccharid. Stärke hat viel mehr Teilchen. Mehr Teilchen benötigen länger zeit um getrennt zu werden, man erhält also länger Energie aus den Cornflakes als aus einer Erdbeeren.

(Wenn man Brot oder eben Getreideflocken lange zerkaut wird es süss-> Im Mund bzw. Speichel wird die Stärke durch die Amylse in Zweifachzucker gespalten.)

 

Vergleich „Input-Output Tabelle“ und Abbildung „Übersicht über die Verdauung“

Zusammenhänge:

• In beiden kommen die drei Hauptinputs Kohlenhydrate, Proteine & Fette vor.
• Fussnote [A]: Die Hauptbestandteile der Nahrung werden entweder im Darm zerkleinert oder bleiben unverändert (Wasser, Zellulose)…man sieht in der Grafik, dass im Dünndarm am meisten passiert.

Videos:

In den Videos geht es um die chemische Spaltung der Makromoleküle in kleine Molküle und die dabei beteiligten Enzyme. Weiter wird genannt wo, was stattfindet. (vergleiche Grafik)

„Die Zerlegung beginnt mit der mechanischen Zerkleinerung der Nahrung und endet mit der chemischen Spaltung der Makromoleküle in kleine Moleküle. Die Spaltung eines Makromoleküls in seine Bausteine geschiet in mehreren Schritten in verschiedenen Abschnitten des Verdauungstrakts. Jeder Arbeitsschritt wird von einem bestimmten Enzym katalysiert, welches nur unter bestimmten Bedingungen arbeiten kann“ (aus: Humanbiologie 1, 2013, S.127-129, Compendio, Zürich).

1.Im ersten Video haben wir die Zerlegung des Inputs „Kohlenhydrate“ erklärt.

https://www.youtube-nocookie.com/embed/BJB6dhk6BEQ?rel=0

2. Im zwiten Video haben wir die Zerlegung des Inputs „Proteine“ erklärt

https://www.youtube-nocookie.com/embed/Yk25q05M044?rel=0

3. Im dritten Video haben wir die Zerlegung des Inputs „Fette“ erklärt.

https://www.youtube-nocookie.com/embed/ZPpSBHb5EPQ?rel=0

 

 

Mensch vs. Kaninchen (Verdauungsorgane)

Unterschied im Aufbau und der Funktion

Der Verdauungsapparat des Kaninchens ist auf das Verarbeiten großer Mengen pflanzlicher Nahrung spezialisiert.

Die grössten Unterschiede:

• Die Speiseröhre vom Mensch ist im Vergleich zu der eines Kaninchens sehr lange. Weiter ist der Verschluss der Speiseröhre so stark und der Magen nur mit wenigen Muskeln ausgestattet, dass Kaninchen nicht erbrechen können. Allgemein ist die Magendarmmuskulatur schwach, weshalb Kaninchen immer etwas zu knabbern haben sollten. Bei leerem Darm kann es sonst zu Problemen führen. Beim Menschen ist das kein Problem.
• Der Blinddarm  ist beim Menschen sehr kurz und man kann ihn entfernen und ohne ihn weiterleben. Er hat beim Menschen somit eine Nebenrolle bei der Verdauung. Hingegen ist der Blinddarm eines Kaninchens der größte Bereich im Darm.Beim Kaninchen sind im Blinddarm Mikroorganismen enthalten, die dem Kaninchen bei der Verdauung von pflanzlicher Nahrung helfen.  Aus dem Blinddarm stammt der Blinddarmkot, der eher weich ist, da er schnell durch den Dickdarm befördert wurde.
• Dünn- und Dickdarm sind beim Kaninchen von aussen kaum zu unterscheiden. Beim Menschen hingegen hat der Dickdarm einen grösseren Durchmesser als der Dünndarm.

.

 

alte Skizze vs. neue Skizze

In der neuen Skizze sind die Organe besser angeordnet und durch gestrichelte Linien wird angedeutet was vorne, was hinten liegt.

Es sind zudem einige Organe mehr zu sehen. (Trotzdem fehlen noch: Unterzungenspeichel- Unterkieferspeicheldrüse / Leberarterie, Lebervene / Lungenarterie, Lungenvene)

Es sind wirklich nur die Organe skizziert, die mit der Verdauung zu tun haben und die Grössenverhältnisse stimmen besser.

Kommentar zu den vermuteten Organfunktionen:

1. Gehirn

(unbewusste) Steuerung & Koordination / Ist nicht direkt für die Verdauung zuständig, aber wird natürlich trotzdem benötigt.

2. Luftröhre

Weiterleitung der Luft / Hier ist eher der Verschluss zu erwähnen, der sich beim Schlucken schliesst. Weiter ist die Speiseröhre zu erwähnen sowie der Verschluss zwischen der Speiseröhre und dem Magen (damit nichts zurückfliesst)

3. Lunge

Aufnahme von Sauerstoff ins Blut, Abgabe von CO2 / _{Ist nicht direkt für die Verdauung zuständig, aber wird natürlich trotzdem benötigt.}

4. Herz

Bluttransport / Hier sind eher die Leberarterie (bringt O2-reiches Blut vom Herzen) und die Lebervene (führt die verarbeiteten Nährstoffe wieder in den Blutkreislauf) zu erwähnen.

5. Leber

Zuckerspeicherung, Entgiftung / Die Pfortader bringt nährstoffreiches Blut von den Verdauungsorganen, auch die Leberarterie und Lebervenen transportieren Blut.

6. Magen

Speiseaufnahme, erste Schritte der Verdauung / Produziert Pepsin und Salzsäure zudem sorgt der Pförtner für einen Verschluss zwischen Magen und Zwölffingerdarm.

7. Nieren

Bildung von Harn (filtern von Schadstoffen) / Die Nierenarterie bringt N-reichen Harnstoff aus dem Eiweissabbau vom Körper und der Harnleiter führt anschliessend den Urin zur Harnblase.

8. Dickdarm

Wasserentzug / Neben dem Wasser nimmt er auch noch Salz auf.

Zwischen Dünn- und Dickdarm gibt es noch die Ileozäkalklappe, die als Verschluss dient, damit alles nach vorne fliesst.

9. Dünndarm

Aufnahme von Nährstoffen / Aufgenommen werden Glucose, Aminosäuren und Fettsäuren. Kommt vor dem Dickdarm.

Blinddarm mit Wurmfortsatz

10. Enddarm / Mastdarm

«Zwischenspeicher» bis zur Ausscheidung / Speichert den Kot (Verschluss = After)

11. Blase

«Zwischenspeicher» bis zur Ausscheiden / Harnleiter führt den Urin zur Harnblase

 

Input – Output

Vollständig ausgefüllte Tabelle

Bei Kohlenstoff (C) und Stickstoff (N) ist der geschätzte Output höher als der Input. Und der Sauerstoffanteil (O) beim Output niedriger als der Input. Dies macht auf den ersten Blick wenig Sinn. Der Input sollte doch dem Output entsprechen.

Schaut man die Tabelle etwas genauer an, sieht man:

1. dass Stoffe nicht verloren gehen. (Kohlenhydrate, Fette & Sauerstoff -> Kohlendioxid / Wasser & Zellulose -> Wasser & Zellulose / Proteine -> Harnstoff).

2. aus der Nahrung (o2) Energie (co2) entsteht.

Die Differenzen von Input und Output sind unterschiedlich erklärbar:

• Die Anteile des Outputs sind nur Schätzungen und basieren nicht auf richtigen Messungen.
• Beim Aufschreiben des Inputs kann es zu Fehlern kommen. Ungenauigkeiten könnten das Resultat verfälschen.
• Beim Output kann es zu einer Zeitverzögerung kommen. Fleisch bleibt zum Beispiel länger im Körper.
• In der Tabelle wird der Output nur über die Harnausscheidung betrachtet. Beim Wasserhaushalt wird je 1/2 Liter über die Lunge und über die Haut abgegeben sowie ein ganz kleiner Teil durch den Kot. Somit sollte der Output wieder stimmen.

Vergleich Teampartner:

Wasser: 3500g / 2050g

Kohlenhydrate: 295g / 279g

Proteine: 152g / 58g

Fette: 93g / 42g

Zellulose: 19g / 23g

Die grösste Differenz ist beim Wasser zu sehen. Dort habe ich 550g mehr aufgenommen als mein Teampartner. Bei den Proteinen hat er 94g, bei den Fetten 51g und bei den Kohlenhydraten 16g mehr konsumiert. Die kleinste Differenz liegt bei der Zellulose mit 4g.

Neue vs. alte Skizze

Wir haben bei unsere Skizze keine Änderungen vorgenommen.

 

 

24h-Input protokollieren

Screenshot Tabelle Input-Output-Messung Mensch

Werte:

Die Werte lassen sich auf folgender Seite mit denjenigen der Mitstudierenden (FD BIO) vergleichen.
Im Vergleich fällt mir auf, dass
1. Kohlenhydrate ähnlich viel aufgenommen werden. Bei den Fetten und Proteinen sind die unterschiedlich zugeführten Mengen viel grösser.
2. ich erstaunlicherweise gar nicht so viel g Fette gegessen habe (oder nicht richtig notiert)
3. Dass meine Energieaufnahme mit 7’500 kJ unter dem berechneten Gesamtenergieumsatz von 9’800 kJ liegt. Allerdings gerade etwa beim berechneten Grundumsatz  von 7’000 kJ.

Skizze „Mensch“

Gemeinsamkeiten und Unterschiede: Tabelle vs. Skizze

Input-Output Tabelle	Input-Output Skizze
Detaillierte Auflistung des Nahrungsinputs (Auch auf molekularer Ebene)	Input allgemein als Nahrung notiert
Tabelle auf Nahrung und Atmung begrenzt	Alle möglichen Inputs aufgelistet
kein Räumlicher Bezug	mit Darstellung (Skizze Mensch)
starke Vereinfachung	starke Vereinfachung

 

Was passiert in den verschiedenen Organen im «Mensch»?

1. Gehirn

(unbewusste) Steuerung & Koordination

2. Luftröhre

Weiterleitung der Luft

3. Lunge

Aufnahme von Sauerstoff ins Blut, Abgabe von CO₂

4. Herz

Bluttransport

5. Leber

Zuckerspeicherung, Entgiftung

6. Magen

Speiseaufnahme, erste Schritte der Verdauung

7. Nieren

Bildung von Harn (filtern von Schadstoffen)

8. Dickdarm

Wasserentzug

9. Dünndarm

Aufnahme von Nährstoffen

10. Enddarm

«Zwischenspeicher» bis zur Ausscheidung

11. Blase

«Zwischenspeicher» bis zur Ausscheidung

Organisation der Arbeit

Team: „bioLogisch“ Lisa Arbasowsky & Claudio Holenstein

Wie läuft das Semester (Fachdidaktik) ab?

• Bearbeitung der Lerneinheit «Verdauung und Ernährung» aus dem Gymnasialunterricht inkl. Prüfung.
  • Ergebnisse und Erfahrungen in einem Blog festhalten.
• Eine eigene Lerneinheit entwickeln, die sich am interdependenten Lernzyklus (planen, umsetzen, kontrollieren und reflektieren) orientiert.
  • Ergebnisse und Erfahrungen in einem Blog festhalten.

Was sind die Ziele der Lehrperson?

• Das wir uns im Team austauschen und gegenseitig unterstützen
• Anhand eines selbst erstellten 3D- Modelles die Vorgänge im Körper besser verstehen lernen und dabei das Programm «Prezi» erforschen und anwenden.
• Wir lernen einen Blog zu führen und halten darin unsere Arbeitsschritte und Erkenntnisse fest.

Meine Ziele:

• Das Thema Verdauung und Ernährung selbständig und nachhaltig bearbeiten.
• Zu einem gut funktionierenden Team zusammenwachsen.