Bokas innhold dekker biologitema i Nasjonale retningslinjer for naturfag for grunnskolelærerutdanninga (2010) og gir faglig bakgrunn for biologiske emner i læreplanen for grunnskolen. Noen temaer, som bioteknologi og plantefysiologi, er gitt større vekt enn retningslinjene synes å gjøre, fordi vi mener dette er viktig basiskunnskap for lærere.
1–11 12 13 14 15
Nytt i 2. utgaven er at sentrale biologididaktiske temaer behandles i den tilhørende boka Biologididaktikk for lærere og er henvist til med piler i teksten. Nytt er også en fyldigere beskrivelse av humanfysiologi, med alle organsystemene inkludert.Tekst og figurer er gjennomarbeidet etter innspill fra studenter og kollegaer.
John Magne Grindeland er dr.scient. i biologi og førsteamanuensis ved Norges teknisk-naturvitenskapelige universitet, Institutt for lærerutdanning. Han har undervist i ungdomsskolen, voksenopplæring og på ulike nivåer ved høgskole og universitet og har vært ved lærerutdanninga ved tidligere Høgskolen i Sør-Trøndelag, nå NTNU siden 2004. Ragnhild Lyngved Staberg har doktorgrad i biologi og er førsteamanuensis ved Norges teknisk-naturvitenskapelige universitet, Institutt for lærerutdanning. Hun har undervist på ulike nivåer ved høgskole og universitet, og vært ved lærerutdanninga siden 2004. Staberg har holdt elevverksteder og lærerkurs ved Skolelaboratoriet i Trondheim, har utarbeidet undervisningsopplegg på viten.no og er medforfatter av Refleks 5-7, Naturfag for mellomtrinnet. Cato Tandberg er førstelektor ved Høgskolen i Innlandet, Fakultet for lærerutdanning og pedagogikk, Institutt for matematikk, naturfag og kroppsøving. Han har bred undervisningserfaring fra grunn- og videregående skole og har arbeidet med grunn-, etter- og videreutdanning av lærere ved Skolelaboratoriet i biologi, Universitetet i Oslo. Tandberg har utarbeidet flere undervisningsopplegg på viten.no og naturfag.no, og han er medforfatter av BI1 og BI2 og Gyldendals ord og faguttrykk i biologi.
Biologi for lærere_2utg_OMSLAG.indd 1-3
BIOLOGI FOR LÆRERE
Biologi for lærere er en biologifaglig bok. Sentrale emner som biologisk mangfold, genetikk og menneskekroppen er grundig behandlet. Boka gir et solid faglig grunnlag for undervisning i grunnskolen og for diskusjon av biologiske emner blant studenter, lærere og elever. Biologi er praktisk og aktivitetsbasert, og viktige sider ved det å være lærer i naturfag eller biologi må derfor læres i interaksjon med andre i praktiske øvelser, på ekskursjoner og i diskusjoner.
Grindeland • Staberg • Tandberg
Biologi for lærere er skrevet for biologiundervisning i grunnskolelærerutdanninga. Boka henvender seg også til naturfaglærere som ønsker økt faglig innsikt i biologi.
2. utgave John Magne Grindeland Ragnhild Lyngved Staberg Cato Tandberg
BIOLOGI FOR LÆRERE Naturfag i grunnskolelærerutdanninga
20.11.2019 17:14:50
biologi for lĂŚrere
Biologi for laerere.indb 1
13.11.2019 15:37:00
Biologi for laerere.indb 2
13.11.2019 15:37:00
john magne grindeland, ragnhild lyngved staberg og cato tandberg
BIOLOGI FOR LÆRERE Naturfag i grunnskolelÌrerutdanninga 2. utgave
Biologi for laerere.indb 3
13.11.2019 15:37:00
© Gyldendal Norsk Forlag AS 2020 1. utgave 2012 2. utgave 2020 ISBN 978-82-05-51228-3 Omslagsdesign: Gyldendal Akademisk Omslagets innside: Bjørn Norheim Layout: have a book Sats: have a book Brødtekst: Minion 10,5/15 pkt Papir: 90 g My Sol Matt Trykk: Opolgraf, Polen 2020 Alle henvendelser om boka kan rettes til Gyldendal Akademisk Postboks 6730 St. Olavs plass 0130 Oslo www.gyldendal.no/akademisk akademisk@gyldendal.no Det må ikke kopieres fra denne boka i strid med åndsverkloven eller avtaler om kopiering inngått med KOPINOR, interesseorgan for rettighetshavere til åndsverk. Kopiering i strid med lov eller avtale kan medføre erstatningsansvar og inndragning, og kan straffes med bøter eller fengsel. Alle Gyldendals bøker er produsert i miljøsertifiserte trykkerier. Se www.gyldendal.no/miljo
Tittelsider.indd 4
19.11.2019 12:42:40
Innhold Forord 7 Kapittel 1 Biologi i skolen 9 Hva er biologi? 10 Hvorfor biologi i skolen? 12 Hvordan biologi i skolen? 12 Våre valg i boka 13 Organisering av boka 13 Kapittel 2 Grunnleggende kjemi i biologien 15 Viktige grunnstoffer i biologien 17 Bindingslære 17 Organiske molekyler 19 Vann, pH-verdi, syrer og baser 29 Redoksreaksjoner 31 Energi- og elektronbærere 32
Del 1 Naturens mangfold 35 Evolusjon og naturlig seleksjon 36 Hvilke organismer finnes egentlig? 36 Hvor mange individer finnes, og hvor er de? 38 Hva fører menneskelig aktivitet til for organismene? 39 Kapittel 3 Evolusjon 41 Naturlig seleksjon – Darwins mekanisme 43 Charles Darwins (r)evolusjon 45 Den moderne syntesen 48 Makroevolusjon: Artenes opprinnelse – og forsvinnelse 53 Nyere temaer i evolusjonsbiologi 58 Atferdsøkologi 59 Belegg for evolusjon 62 Kapittel 4 Biodiversitet 65 Fra Carl Linné til fylogenetiske trær 66 Livets tre 71 Prokaryote organismer (domenene Bacteria og Archaea) 72 Eukaryote organismer 77
Biologi for laerere.indb 5
Protistriket (Protista) 79 Flercella riker 88 Planteriket 89 Soppriket 102 Dyreriket 105 Kapittel 5 Økologi 123 Organismers økologi 125 Populasjonsøkologi 131 Samfunn og økosystem 138 Kapittel 6 Miljø 153 Avfall og forurensning 155 Økt drivhuseffekt 160 Tap av biologisk mangfold 163 Bioteknologi – et tveegget sverd? 169 Allmenningens tragedie 170
Del 2 Cellebiologi 175 Fra encellet til flercellet 176 Fra prokaryot til eukaryot 178 Cellen som fabrikk 178 Kapittel 7 Celler 181 Hva er en celle? 182 Hvordan studerer vi celler? 183 Prokaryote og eukaryote celler 185 Virus 186 Bakterier 189 Dyreceller og planteceller 193 Hvordan kommuniserer celler? 208 Transport gjennom plasmamembranen 209 Kapittel 8 Fotosyntese 217 Hva er fotosyntese? 218 Hva kreves for at fotosyntesen skal skje? 219 Hva skjer? 223 Fotorespirasjon 226 Miljøaspekter 229 Fotosyntetiserende bakterier 231
13.11.2019 15:37:00
6
Innhold Kapittel 9 Celleånding 233 Hva er celleånding? 234 Celleånding – hovedtrekk 235 Hvor skjer celleåndingen? 236 Hva skjer? 236 Biokjemisk kontroll av celleånding 243 Faktorer som påvirker celleånding 244
Del 3 Genetikk 247 Fra gen til protein 248 Arv og miljø 249 Kapittel 10 Gener og arv 251 Arvestoffet – DNA, kromosomer, gener 252 Proteinsyntese 256 Celledeling – mitose og meiose 263 Hvordan går egenskapene i arv? 270 Epigenetikk: broen mellom arv og miljø 284 Kapittel 11 Bioteknologi 289 Bioteknologi og genteknologi, hva er det? 290 Hva skiller tradisjonell avl fra moderne bioteknologi? 292 Viktige bioteknologiske verktøy og metoder 293 Hva kan vi bruke genteknologien til? 304 Kloning 308 Stamceller 312 Hvor bør grensen gå? 315
Del 4 Fysiologi 323 Fra celle til organisme – strukturnivåer 324 Kapittel 12 Skjelett- og muskelsystemet 329 Skjelett 330 Menneskets muskler 332 Kapittel 13 Nervesystemet 339 Menneskets nervesystem 340 Nervevev 341 Sentralnervesystemet 343 Det perifere nervesystemet 350 Sansene 352 Nervesystemet hos andre dyr 367 Rusmidler 368 Kapittel 14 Fordøyelses- og urinveissystemet 373 Fordøyelsessystemet 374 Urinveissystemet 382
Biologi for laerere.indb 6
Kapittel 15 Sirkulasjons- og respirasjons systemet 393 Sirkulasjonssystemet 394 Lymfesystemet 403 Respirasjonssystemet 404 Sirkulasjon og respirasjon hos andre dyr 414 Kapittel 16 Immunsystemet – å forsvare seg 421 Å bli fysisk syk … 422 Hva er smittestoffer, og hvordan spres de? 423 Hvordan beskytter kroppen seg mot sykdom? 424 Det ytre forsvaret av menneskekroppen 425 Det indre forsvaret av menneskekroppen 426 Hvordan kan vi forebygge infeksjonssykdommer? 431 Hvordan kan vi behandle infeksjonssykdommer? 433 Kapittel 17 Det endokrine systemet 435 Det endokrine systemet 436 Hormoner 437 Et utvalg hormoner 440 Samvirke mellom nerve- og hormonsystemet 443 Kapittel 18 Reproduksjonssystemet 447 Gameter og kjønnsorganer 448 Pubertet – å bli kjønnsmoden 452 Befruktning og fosterutvikling 456 Fødselen 458 Vansker med å få barn 460 Seksualitet – kultur, natur og mas? 461 Kapittel 19 Planter – form og funksjon 469 Planters struktur 470 Planters vekst 475 Planters reproduksjon 478 Plantenæring 487 Transport i planter 492 Kontrollsystemer i planter 497 Nyttige nettsteder og bøker til fordypning 509 Stikkordregister 511
13.11.2019 15:37:01
Forord Biologi for lærere er beregnet for lærerstudenter og lærere i naturfag. Boka er først og fremst en biologifaglig bok. Biologi for lærere og Biologididaktikk for lærere vil til sammen ha et stofftilfang og en innretning egnet for den som skal lære bort stoffet til elever. Fra vår praksis som lærerutdannere har vi erfart at bakgrunnen i biologi er svært ulik blant kommende naturfagslærere, og vi håper at disse to bøkene kan gi et felles utgangspunkt for diskusjon av biologi og biologididaktiske temaer blant studenter, lærere og elever. Våre valg av temaer i boka reflekterer ett syn på biologifaget – det finnes åpenbart mange andre. Naturlig nok har vi hatt et blikk på både læreplanen for grunnskolen og sentralgitte retningslinjer for naturfag i grunnskolelærerutdanninga, men noen temaer har vi gitt større vekt enn disse styringsdokumentene synes å gjøre, og noen lesere vil kanskje mene at noen temaer blir stemoderlig behandlet. Boka er et samarbeidsprosjekt mellom forfatterne. Vi har likevel hatt hoved ansvaret for hver våre deler og kapitler. John Magne Grindeland har skrevet økologidelen (kapittel 3–6), Ragnhild Lyngved Staberg har stått for cellebiologi- og genetikkdelen samt plantefysiologien (kapittel 7–11 og 19), og Cato Tandberg har skrevet zoofysiologien, grunnleggende kjemi og membranfysiologi (kapittel 2, deler av kapittel 7 og 12–18). Den endelige teksten er et resultat av diskusjoner oss imellom. Vi vil også takke gode kolleger for viktige innspill og kommentarer underveis. Trondheim/Oslo, oktober 2019 John Magne Grindeland, Ragnhild Lyngved Staberg og Cato Tandberg
Biologi for laerere.indb 7
13.11.2019 15:37:01