9789612712853

dr. Marjanca Starčič Erjavec, Vesna Klokočovnik

9

Dotik življenja

dr. Marjanca Starčič Erjavec, Vesna Klokočovnik

Dotik življenja 9

Učbenik za biologijo v 9. razredu osnovne šole Urednica: Petra Bizjak Recenzenti: dr. Peter Trontelj (poglavja 1–4), dr. Barbara Bajd (poglavja 5–7), dr. Davorin Tome (poglavja 8–10), Tanja Pangerc Žnidaršič Strokovni pregled: Mojca Šegel Evalvatorji: Jasna Belas, Marija Borčnik, Vesna Maršič, Laura Ozebek, Damjana Padovnik Lisac, Katarina Požun Brinovec, Andreja Senčar, Klavdija Sotlar, Petra Vrtačnik Žveplan Jezikovni pregled: Katja Paladin Ilustratorji: Gregor Lož, Robert Fister, Mojca Krajnc, Mark Jordan (vsi Umer d.o.o.), Jure Laimiš Fotografije: Science Photo Library, Shutterstock in drugi viri (natančen seznam je na koncu knjige) Direktor produkcije: Klemen Fedran Izdala in založila: Založba Rokus Klett, d. o. o.

Za založbo: Maruša Kmet Oblikovanje: Grega Inkret Oblikovanje naslovnice: Jasna Karnar Prelom: Jure Laimiš Tisk: Grafostil, d. o. o.

1. izdaja Naklada: 3.000 izvodov.

Ljubljana 2013

Več o devetletni osnovni šoli najdete na naslovu www.devetletka.net

Vse knjige in dodatna gradiva Založbe Rokus Klett dobite tudi na naslovu www.knjigarna.com

Učbenik Dotik življenja 9 je Strokovni svet RS za splošno izobraževanje na svoji 157. seji, dne 23. 5. 2013, s sklepom št. 613-1/2013/55 potrdil kot učbenik za biologijo v devetem razredu osnovne šole. © Založba Rokus Klett, Ljubljana 2013. Vse pravice pridržane.

Brez pisnega dovoljenja založnika je prepovedano reproduciranje, distribuiranje, javna priobčitev, predelava in druga uporaba avtorskega dela ali njegovih delov v kakršnem koli obsegu ali postopku, kot tudi fotokopiranje, tiskanje ali shranitev v elektronski obliki. Tako ravnanje pomeni, razen v primerih od 46. do 57. člena Zakona o avtorskih in sorodnih pravicah, kršitev avtorske pravice.

Založba se je trudila poiskati vse lastnike avtorskih pravic. Če v kakšnem primeru lastnik ni naveden oziroma je naveden napačen lastnik, bomo to z veseljem uredili in popravili.

CIP - Kataložni zapis o publikaciji Narodna in univerzitetna knjižnica, Ljubljana 57(075.2)

Založba Rokus Klett, d. o. o.

Stegne 9 b, 1000 Ljubljana Telefon: (01) 513 46 00 Telefaks: (01) 531 46 99 E-pošta: rokus@rokus-klett.si www.rokus-klett.si

STARČIČ Erjavec, Marjanca Dotik življenja 9 : [učbenik za biologijo v 9. razredu osnovne šole] / Marjanca Starčič Erjavec, Vesna Klokočovnik ; [ilustratorji Gregor Lož ... [et al.] ; fotografije Science Photo Library ... et al.]. 1. izd. - Ljubljana : Rokus Klett, 2013 ISBN 978-961-271-285-3 1. Klokočovnik, Vesna, 1981266600192

Kazalo 1. Biologija in družba

6

2. Kemija živih sistemov (biokemija)

12

3. Genetika

20

4. Biotehnologija

46

5. Začetki življenja

56

6. Evolucija

64

7. Razvrščanje organizmov

104

8. Raznolikost živih bitij

112

9. Ekologija

118

10. Vpliv človeka na biosfero

132

Kako uporabljam učbenik

Vsako poglavje se začne z dvostranskim uvodom, kjer lahko preb ereš kratko besedilo in si ogledaš izbor slik, povezanih s te matiko poglavja. Ob d esnem robu najdeš tu di seznam ključnih pojmo v, ki se pojavijo v pog lavju.

6 Evolucija

Osnovna gradbena in funkcionalna enota živih sistem podobno osnovno ov so celice, ki imajo zgradbo in delov anje. Življenje se kot preproste celic je razvilo najprej e, danes pa je na Zemlji že na milijo organizmov, ki so ne različnih vrst rezultat dolgotraj nega spreminjan organizmih, ki dane ja in prilagajanja. s živijo na Zemlji, V je zapisana zgod natančno opazovan ba o preteklosti je vsega živega in okoli nas nam to zgodbo lahko razkr ije.

Ključni pojmi • Charles Darw in • evolucija • tekmovanje • naravni izbor • populacija • vrsta • genetska razno likost • mutacija • prilagoditev • umetni izbor • homologija • vzajemna evolu cija • mimikrija • endemit • fosil • živi fosil • primati • Homo sapiens

Raznolikost živih bitij

Raznolikost živih bitij Od pojava življenja na Zemlji pred več kot 3,5 milijarde let pa do danes vrste nastajajo, se spreminjajo in izginjajo. Rezultat je raznolikost vseh oblik življenja ter njihovih skupnosti ali združb, kar imenujemo biotska pestrost ali biodiverziteta (»bio« iz grške besede bios = življenje in »diverziteta« iz angleške besede diversity = raznolikost). Dandanes se najpogosteje uporabljajo izrazi biotska pestrost, biotska diverziteta, biodiverziteta, biotska raznovrstnost ali raznolikost.

Biotska pestrost na različnih ravneh

Simpsonov indeks izračunamo po enačbi:

1–D=

∑(ni(ni – 1)) N(N – 1)

Za zelo radovedne:

1 – D = Simpsonov indeks ni = število osebkov posamezne vrste v vzorcu Σ = vsota N = skupno število osebkov vseh vrst v vzorcu

S pomočjo enačbe za Simpsonov indeks ugotovi, v kateri množici je pestrost večja. Predstavljaj si, da so liki posamezne vrste organizmov.

Biologi biotsko pestrost odkrivajo, ko preučujejo organizme ter zgradbo in delovanje ekosistemov. Popisujejo že znane vrste, opisujejo nove vrste, spoznavajo njihovo številnost in medsebojne odnose, povezanost v življenjske združbe in delovanje celotnih ekosistemov.

ATCGGCTATA CGATTAGCCG GCTAATGCTA

genetska pestrost v populaciji lisice

vrstna pestrost v listopadnem gozdu

CGTACGATTA TAGCCGGCTA GCATTAGCGC

ATGCATTACG CGCGTACGAT ATTACGATTA

Pestrost živega sveta se kaže že na ravni genskega sklada, kjer nas zanima pestrost genskih zapisov znotraj vrste.

Govorimo o genetski pestrosti. Večja ko je genetska pestrost znotraj vrste, bolj se je vrsta sposobna prilagajati spremembam v okolju. O tem smo govorili v poglavju Evolucija.

Kadar imamo v mislih število vrst na določenem območju, govorimo o vrstni pestrosti. Več ko je vrst, večja je biotska pestrosti pestrost. Če dodamo še podatek o številu osebkov posamezne vrste na določenem območju, je opis še popolnejši. Biotska pestrost bo večja tam, kjer je število osebkov vseh vrst enako ali podobno, in manjša tam, kjer se število osebkov posameznih vrst razlikuje.

V najširšem smislu vrstna pestrost zajema vse vrste, ki živijo na Zemlji.

Zaradi velike raznovrstnosti organizmov ter raznolikih odnosov med njimi in okoljem pa so raznovrstni tudi ekosistemi in znotraj ekosistemov različna bivališča. To imenujemo ekosistemska pestrost.

ekosistemska pestrost

Biotsko pestrost lahko ocenimo tudi matematično s pomočjo različnih indeksov pestrosti. Z njimi predstavimo pestrost vrst, vključno s številom osebkov posamezne vrste v združbi. Pogosto se uporablja Simpsonov indeks pestrosti. Njegova vrednost se giblje med 0 in 1. Večja ko je pestrost vrst v ekosistemu, bolj se vrednost indeksa pomika proti 1. Pestrost pa je majhna, kadar so v vzorcu le istovrstni osebki. Takrat je vrednost indeksa enaka 0.

Simpsonov indeks je poimenovan po britanskem statistiku Edwardu Hughu Simpsonu (1922- ), bolj znanem po tako imenovanem Simpsonovem paradoksu. Ta pravi, da je rezultat statistične raziskave, opravljene na celotni populaciji, popolnoma drugačen od rezultata, ki ga dobimo, če populacijo razdelimo na dve ali več skupin in raziskave opravimo na posamezni skupini. Danes s paradoksom pogosto ponazarjajo, na kaj moramo biti pozorni pri statistični analizi podatkov.

Zanimivost:

Primerjaj pestrost združbe na dveh različnih travnikih, na gnojenem in negnojenem (naravnem) travniku. Sledi navodilom na strani 117.

Biotska pestrost ni povsod enaka Vrstna pestrost je v ekosistemih različnih geografskih predelov Zemlje različna. Predvsem tam, kjer so okolje in življenjske združbe raznoliki in so razmere za organizme ugodne (dovolj padavin, ugodne temperature, ustrezna podlaga itd.), je število vrst večje. Področja, kjer živi bistveno več vrst kot v širši okolici, imenujemo vroče točke biotske pestrosti. Za te je poleg velikega števila vrst značilno tudi večje število endemitov. Endemite že poznaš iz poglavja Evolucija.

Znanstveniki vsak dan odkrivajo in opisujejo nove vrste. Doslej so jih opisali približno 1,8 milijona.

Predvidevajo, da naj bi na Zemlji živelo 10–100 milijonov vrst. V tropskem deževnem gozdu so na 19 drevesih ene same vrste našteli 1200 različnih vrst hroščev.

Na podlagi te številke ocenjujejo, da samo v tropskem deževnem gozdu živi približno 8 milijonov vrst hroščev. Seveda pa so ocene obsega vrstne pestrosti le okvirne.

Polinezija Mikronezija Polinezija Mikronezija

V okvirčkih Zanimivost si lahko prebereš nenavadne in zanimive informacije o obravnavani temi.

Vroče točke biotske pestrosti Tropske vrste hroščev

Število vrst v življenjskih združbah ekosistemov se zmanjšuje od ekvatorja proti poloma, v morju z globino in na kopnem z nadmorsko višino.

Razmisli, kateri dejavniki vplivajo na omenjeno zmanjševanje pestrosti z globino oziroma nadmorsko višino.

114

115

Ikona nakazuje aktivnost. To je lahko samo razmislek o določenem vprašanju, kratka vaja ali pa navodilo za izvedbo poskusa.

atske najdeš tem h e n a tr s vljajo in Na zelenih eje predsta n č n ta a n i cese. sklope, k jme ali pro o p e n e č lo o priprave opisujejo d daš potek le g o o k h la ov, Tako si ih organizm n je n e m re i celice, gensko sp nje o delitv a n z je o v s etskih ponoviš ačetku gen z o j a k e n si prebereš . raziskav itd

4

Okvirčki Za zelo radovedne z dodatnimi vsebinami in aktivnostmi so namenjeni tistim, ki jih obravnavana tema še posebej zanima.

v vlogi or – človek Umetni izb lca va to es je na čr na mobilov. Dan znamke avto i, namenu,

Zanimivost:

r ena kraški ovča Ali veš, da je ki smo kih pasem, izmed živals Mednje v Sloveniji? jih vzgojili la (tudi kranjska čebe do, sodijo tudi ), cikasto gove kranjska sivka bovška ovca, š, štajerska koko okrvni konj in slovenski hladn pasmam živali ali im druge. Takšn avtohtone. mo pravi n sortam rastli ačih pasme dom i in Avtohtone o vse leto videt iji živali je možn lni kmet izobraževa edino spoznati na jana, ki je tudi v ZOO Ljubl zbrani vsi niji, kjer so mesto v Slove predstavniki.

jo po barv tri različne našteti vsaj ki se razlikuje kupcev različne.

Verjetno znaš avtomobilov, želje ajajo, ker so mno različnih tržišču ogro e in te razlike obst rastlinske sort eznimi in še čem. Vse moči, ceni ustr varjamo« tudi »ust časa izbira med o) v prid že dalj vnim izborom amo (odbiram Ljudje pa sebi narava z nara namerno izbir s e. Tako kot o), ali pa take tnim izborom živalske pasm dlak ume o z je kejš in meh lahko ljud ki nesejo več (psi z daljšo lastnostmi, vanje (kokoši, ki so nam všeč je tako z e razmnože take osebke, ijo). Človek za nadaljnj i cvet ostm dlje času ki a kratkem koristnimi lastn jo več mleka; cvetlice, v razmerom ki daje in potrebe j tisoč letih jajc; krave, svoje želje er v le neka o glede na smo na prim jo po barvi načrtno izbir in živali. Tako seboj razlikuje e psov pa urne rastline , ki se med vzgojil kult nju. Vse pasm pasem psov sto različnih ev ter po vede uhlj in ka a. vzgojili več smrč , volk telesa, tac, nega prednika skup iz dlake, obliki a izvir vrsto, ki spadajo v isto

Pasme psov načrtnim generacij z skozi mnogo ki se danes e kapus, so inske sorte, ine, imenovan i vzgojili rastl , kolerabo in Iz divje rastl i lastnostm ohrovt, zelje in z želenim ačo, brokoli, cvet : križanjem rastl niku našem jedil pojavljajo na

Volk

druge.

la

Kranjska čebe

Zelje

Brstični ohrovt

Brokoli

do Cikasto gove

Kolerabica Cvetača

š Štajerska koko

74

Kapus

sko rablja še gen a izbora upo ija. g umetneg Biotehnolog času se pole v poglavju V novejšem govorili že O tem smo inženirstvo.

Kako uporabljam učbenik

Vpliv človeka na biosfero Povečan učinek tople grede

Za obstoj življenja je voda med najpomembnejšimi naravnimi dobrinami.

Zaradi onesnaževanja pa v njej najdemo vedno več kemijskih, bioloških in fizikalnih onesnažil.

Z avtomobili se lahko pripeljemo skoraj kamor koli, elektrarne nam zagotavljajo elektriko, nas grejejo, tovarne izdelujejo izdelke za našo uporabo, kmetijstvo prideluje hrano ... Brez teh dejavnosti bi vsaj v razvitih državah težko živeli. Po drugi strani pa so to dejavnosti, ki igrajo pomembno vlogo pri spreminjanju podnebja, saj ob njih nastajajo ogromne količine tako imenovanih toplogrednih plinov (npr. vodna para, ogljikov dioksid, metan, dušikov oksid). Ti plini so sicer naravno prisotni v ozračju, brez njih bi bil svet premrzel za življenje, saj bi bila povprečna temperatura kakšnih –18 °C. Ker pa ljudje dodatno prispevamo k njihovemu nastanku in jih proizvajamo preveč, se v zadnjem času ozračje segreva.

Povečane količine hranilnih snovi (nitratov in fosfatov) v vodah so predvsem posledica spiranja gnojil s kmetijskih površin. Pojav imenujemo evtrofikacija. Večje količine hranilnih snovi omogočijo bohotno rast vodnih organizmov, predvsem alg in modrozelenih cepljivk. Ko te odmrejo, se ob bakterijski razgradnji odmrlega organskega materiala porablja kisik, tega pa začne primanjkovati za ostale organizme v vodi. Pomanjkanje kisika lahko vodi do množičnega pogina vodnih organizmov.

Namnožitev alg in modrozelenih cepljivk kot posledica evtrofikacije

Ikona se pojavlja v poglavju Vpliv človeka na biosfero. Ponuja namige in nasvete, kako lahko prispevaš k ohranjanju okolja in narave ter k boljšemu življenju.

Majhne spremembe pomenijo veliko!

Kadar je samočistilnost vodnih ekosistemov presežena, imamo na voljo različne postopke čiščenja. Eden izmed načinov so rastlinske čistilne naprave; v njih se voda čisti s pomočjo močvirskih rastlin, na primer trstike.

Nafta je pomembno onesnažilo v morskih ekosistemih. Z ladijskim prometom in industrijo v morje letno preide povprečno 3,3 milijona ton surove nafte in njenih derivatov. Potencialne ekološke katastrofe pomenijo izlitja nafte iz tankerjev in nesreče na naftnih ploščadih. Tankerji letno prepeljejo več kot 2 milijardi ton nafte. Večja izlitja so imela negativne posledice ne le za morske ptice, kot so njorke, kormorani, morske race in pingvini, temveč tudi za druge, predvsem bentoške organizme (organizmi, ki živijo na morskem dnu) v plitvih delih morij.

Izlitje nafte iz tankerja

Vpliv razlitja nafte na morske organizme

Uporabljaj čim manj detergentov, čistil in drugih izdelkov, ki so nevarni za okolje in organizme. Varčuj z vodo. Med ščetkanjem zob zapiraj vodo. Pri kuhanju uporabljaj primerno velike posode. S preveliko posodo porabiš več vode in energije.

Zanimivost: Dvig temperature za 2–4 ºC na prvi pogled ni velik, a lahko zelo vpliva na življenje na Zemlji. V zadnji ledeni dobi pred približno 11.000 leti je bila povprečna temperatura na Zemlji za okrog pet stopinj nižja od današnje. Za razliko od današnjih razmer je takrat eno tretjino kopnega prekrivala debela plast ledu.

Pri prehodu žarkov kratkih valovnih dolžin (kot je na primer svetloba) skozi atmosfero ob stiku s površjem planeta nastanejo dolgovalovni (infrardeči) žarki, ki segrevajo ozračje. Toplogredni plini v atmosferi prepuščajo kratkovalovne žarke, absorbirajo pa dolgovalovne. Zrak z več toplogrednih plinov absorbira več dolgovalovnih žarkov, zato večji del toplote zastane v atmosferi in Zemljo dodatno ogreva.

Učinek tople grede

Izpusti škodljivih snovi v okolje

Med toplogrednimi plini prevladujeta ogljikov dioksid, ki ga je vse več zaradi kurjenja fosilnih goriv, in metan, ki je posledica dejavnosti v kmetijstvu, delovanja mikroorganizmov ob razgradnji bioloških odpadkov in kurjenja fosilnih goriv.

380

14,4

14,2

temperatura

355

CO2

330

14,0

305

13,8

Kjotski protokol je mednarodni sporazum, s katerim skušajo zmanjšati izpuste ogljikovega dioksida in ostalih toplogrednih plinov, vendar ga večina držav ne izpolnjuje. Vanj je vključena tudi Evropska unija.

280

13,6 1880

CO2 (št. delcev na milijon)

Onesnaževanje voda

Glavni viri onesnaževanja so gospodinjstva (odpadki, ki nastanejo pri pripravi hrane, fekalije, detergenti), industrija (npr. hladilna voda iz termoelektrarn in jedrskih elektrarn, odpadne snovi iz tovarn) in kmetijstvo (pesticidi, umetna gnojila).

povprečna svetovna temperatura (°C)

Za pomoč pri branju in učenju so pomembni pojmi v besedilu odebeljeni.

Vpliv človeka na biosfero

Onesnaževanje voda

1900

1920

1940

1960

1980

2000

Naraščanje koncentracije CO2 in temperature ozračja

138

139

Ilustracije, fotografije, grafi in sheme ti bodo v pomoč pri razumevanju snovi in obravnavanih primerov.

Kratek povzetek snovi Povzetek in ponovitev Povzetek

Izberi pravilne odgovore

Vsi danes živeči organizmi se razlikujejo od prednikov na temelju dedovanja lastnosti in s postopnim spreminjanjem skozi čas. Zaradi mutacij in rekombinacije genov med spolnim razmnoževanjem nekateri osebki znotraj populacije pridobijo lastnosti (alele), ki jim omogočajo prednost pri preživetju in razmnoževanju v določenem okolju. Raznolikosti osebkov znotraj populacije pravimo genetska raznolikost. Ta nastaja naključno, izbor lastnosti (naravni izbor) pa je na neki način usmerjen. To se kaže v tem, da imajo osebki z različnimi lastnostmi glede na trenutne razmere v okolju različno verjetnost (eni večjo, drugi manjšo), da bodo preživeli, se uspešno razmnoževali in svoje gene prenesli na potomce. Za proces evolucije so pomembne le dedne lastnosti. Zaradi sprememb v lastnostih in naravnega izbora tistih lastnosti, ki so v danem okolju primernejše, se skozi številne generacije pri organizmih razvijejo prilagoditve.

1. Na spremembo genskega sklada populacije vpliva A fenotip.

B genotip.

C naravni izbor.

D okolje.

Ključni pojmi Charles Darwin – britanski naravoslovec, ki danes velja za očeta evolucijske teorije. Trdil je, da vse oblike življenja izvirajo iz skupnega prednika in da so razlike, po katerih se danes živeči organizmi razlikujejo od prednikov, nastale na temelju dedovanja lastnosti in s postopnim spreminjanjem skozi čas v spreminjajočih se dejavnikih okolja. evolucija – proces, v katerem se genski zapis populacij iz generacije v generacijo spreminja genetska raznolikost – raznolikost v dednih lastnostih osebkov v populaciji mutacija – sprememba v genotipu, ki je lahko posledica vplivov okolja ali normalnega celičnega delovanja in procesov, ki potekajo v celici naravni izbor – proces, s katerim postajajo dedne lastnosti, ki izboljšajo možnosti za razmnoževanje, pogostejše z vsako naslednjo generacijo. Naravni izbor vodi v prilagajanje osebkov okolju. populacija – skupina osebkov iste vrste, ki živijo na istem prostoru ob istem času, se med seboj lahko razmnožujejo in izmenjujejo genski material tekmovanje – odnos, v katerem osebki med sabo tekmujejo za dobrine v okolju umetni izbor – človekovo načrtno poseganje v križanje, da bi dobil osebke, ki so njemu koristni

Vprašanja za ponovitev osnovnega znanja

2. Živalske pasme ali rastlinske sorte, vzgojene v Sloveniji, imenujemo A avtohtone.

B gensko spremenjene.

C mutirane.

D tujerodne.

Dejavnosti • Pojasni, zakaj za evolucijo niso pomembne lastnosti, ki jih osebek pridobi v življenju.

• Pojasni, na kakšen način mutacije prispevajo k raznolikosti osebkov in zakaj je raznolikost osebkov v populaciji pomembna.

• Neko okolje naseljujejo svetli in temni brezovi pedici in ptice, ki pedice plenijo. Ker je zrak onesnažen, ptice uplenijo več svetlejših pedicev, ki so na temnejši površini bolje vidni. Razmisli, kdo v opisani zgodbi opravlja naravni izbor in med katerimi organizmi poteka boj za obstanek.

• V posodo s premerom 20 cm posadi dvajset želodov (nabereš jih lahko v gozdu). Posodo postavi na okensko polico. Vsak teden zemljo rahlo navlaži (ne preveč). Opazuj rast želodov v mlada drevesa. Redno beleži njihovo rast ali propadanje.

Zapiši, kakšen delež plodov je vzklil. Razmisli, zakaj nekatere rastline zrastejo višje kot druge, nekatere pa propadejo.

Z razdelkom Povzetek in ponovitev se zaključi vsako krajše poglavje, v obsežnejših poglavjih, kot sta Genetika in Evolucija, pa ti razdelki zaključujejo zaokrožene vsebinske sklope.

75

Razlaga ključnih pojmov

Naloge za razmislek in raziskovanje, navodila za izvedbo poskusov …

5

1 Biologija in Biologija – veda o življenju – je naravoslovna veda, ki proučuje razvoj, zgradbo in delovanje živih sistemov in njihovo medsebojno povezanost ter procese v živi naravi od molekularne ravni pa vse do biosfere. Njena spoznanja nam pomagajo razumeti, kdo smo in kaj se dogaja v nas, kaj sploh je življenje in kako lahko obstaja.

Biološka spoznanja so nujna za ohranjanje narave in za varovanje okolja, saj si le tako lahko kot biološka bitja zagotovimo preživetje.

Po drugi strani pa biološka spoznanja bistveno vplivajo na nas in na svet okoli nas: biološko znanje je namreč temelj za druge znanosti in stroke: medicino, veterino, farmacijo, biotehnologijo, agronomijo in živinorejo, gozdarstvo, živilsko industrijo, kriminalistiko …

družba

Ključni pojmi • biologija • temeljna znanost • temeljne raziskave • uporabna znanost • uporabne raziskave • interdisciplinarna znanost • interdisciplinarne raziskave

Biologija in družba Ker je biologija v temelju drugih znanosti in strok, jo uvrščamo med temeljne znanosti. To so znanosti, ki preučujejo in opisujejo temeljne značilnosti in zakonitosti. Namen temeljnih raziskav je pridobivati novo znanje o splošnih zakonitostih ter tako razširjati naše vedenje in razumevanje o predmetu, ki ga temeljna znanost preučuje. Uporabne znanosti pa so tiste, ki izsledke temeljnih znanosti s svojimi raziskavami (uporabne raziskave) poskušajo pretvoriti v uporabne in koristne stvari, ki nam lahko olajšajo in/ali olepšajo vsakdan. Lep primer prenosa znanja iz temeljne znanosti v uporabo je t. i. učinek lotosa.

Izraz biologija je leta 1736 prvi uporabil švedski botanik, zdravnik in zoolog Carl Linnaeus (1707–1778).

Lotos

Učinek lotosa – primer prenosa biološkega znanja v uporabo Biologi so že v sedemdesetih letih 20. stoletja začeli preučevati, kako to, da je površina lotosovih listov suha in čista, čeprav lebdijo na vodni gladini, ki je lahko tudi zelo umazana. Opazili so, da vodne kapljice, ki pridejo v stik s površino lotosovega lista, po njej zdrsnejo in s seboj odnesejo umazanijo.

Delci umazanije tako ne ovirajo prehoda svetlobe do kloroplastov, kjer poteka fotosinteza. Če se to ne bi zgodilo, bi zaradi delcev umazanije lahko prišlo do zmanjšanja fotosinteze. In še eno prednost imajo za rastlino takšni listi, ki se »sami čistijo« – s tem se s površine lista odstranjujejo tudi škodljivi organizmi (npr. glive).

Da bi odkrili, kako se lahko listi lotosa na ta način »sami čistijo«, so znanstveniki pod elektronskim mikroskopom preučevali površino lotosovega lista. Ugotovili so, da je hrapava, značilno oblikovana v »griče« in »doline«; to jih je presenetilo, saj so pričakovali, da bo gladka. Nadaljnja analiza strukture površine lista je razkrila, da je vrhnji sloj lista voščen in da odbija vodo. Vodne kapljice se zaradi lastne površinske napetosti združijo v kroglice, ki ležijo na vrhnjih konicah hrapave površine lista kot fakirji na žebljičasti deski. Ker je sila trenja med površino lista in kapljico zaradi zelo površnega stika majhna, kapljica ob najmanjšem nagibu zdrsi z lista. Če ob zdrsu naleti na drobce umazanije, jih odnese s seboj.

Površina lotosovega lista, kot je vidna z elektronskim mikroskopom Posamezen »grič« meri okoli milijoninko milimetra (= 1 nanometer = 1 nm).

Računalniška simulacija kapljic vode, na katere so se prilepili delci umazanije, na površini lotosovega lista

Učinek lotosa – torej sposobnost, da se površinske plasti »same čistijo« – so znanstveniki odkrili tudi pri drugih rastlinah (zelje, trsje), pa tudi pri živalih (krila kačjega pastirja in metuljev). Z uporabnimi raziskavami so nato vedenje o učinku lotosa prenesli v različne možnosti uporabe – od pršil za kopalnice prek barve za fasade do stekel, ki odbijajo vodo.

8

Biologija in družba

BREZ

Z

Steklo brez učinka lotosa in z njim

Na desni del stekla je bil nanesen premaz, ki omogoča učinek lotosa. Na tem delu stekla tako nastajajo vodne kapljice, ki spolzijo po steklu. Vidljivost skozi ta del stekla je bistveno izboljšana.

Za prenos učinka lotosa v uporabo so strokovnjaki pri razvoju poleg biološkega znanja potrebovali še veliko drugih znanj, med drugim tudi znanje iz kemije in fizike. Raziskave, ki vključujejo različne vede, imenujemo interdisciplinarne raziskave.. V takih raziskavah deluje tim ljudi, ki združuje strokovnjake z različnih področij znanosti.

Znanje in razumevanje s področja biologije je pomembno in nujno potrebno tudi za področje prava, saj kar nekaj zakonov, pravilnikov in uredb ureja dejavnosti in raziskave na biološkem področju. Tak je na primer Zakon o ravnanju z gensko spremenjenimi organizmi (ZRGSO), ki natančno opredeljuje, kaj so gensko spremenjeni organizmi (GSO) in kako z njimi ravnati, ter določa ukrepe za preprečevanje in zmanjševanje možnih škodljivih vplivov na okolje. V zakonu je zlasti velik poudarek na ohranjanju biotske pestrosti in na zdravju ljudi. Zakon ureja tako delo z GSO v zaprtih sistemih (npr. laboratorijih), namerno sproščanje GSO v okolje (npr. zasaditev njive z GSO) kot tudi dajanje GSO ali izdelkov, ki vsebujejo GSO, na trg.

Razvoj biološke znanosti bo v prihodnosti prinesel še nova spoznanja in tehnologije, tako da bo biološko znanje vse bolj pomembno kot temelj za različne družbene dejavnosti in za sprejemanje utemeljenih osebnih in družbenih odločitev, tako na nacionalni kot na mednarodni ravni; med njimi je tudi oblikovanje in sprejemanje novih predpisov in zakonov, ki bodo posegali na biološko področje (aktivno državljanstvo).

9

Bionika – področje, kjer se srečujeta biologija in tehnika O naravi lahko rečemo, da ji je v evoluciji uspelo izdelati kar nekaj osupljivih inženirskih rešitev. In te rešitve poskušajo strokovnjaki za bioniko prenesti v človeško tehniko vsakdana. Ime bionika je sestavljenka iz dveh izrazov – »biologija« in »tehnika«.. Gre za interdisciplinarno področje, ki biologijo povezuje z inženirskimi znanostmi, arhitekturo in matematiko.

Izraz bionika je leta 1958 prvi uporabil Jack E. Steele, ameriški letalski oficir, ki je deloval kot raziskovalec na področju, kjer sta se stikali biologija in tehnika. A za prvega bionika na svetu velja italijanski umetnik Leonardo da Vinci, ki je skonstruiral letalno napravo na podlagi ptičjih kril. Imenoval jo je ornitopter. Pripravil je tudi prve osnutke za helikopter. A ne z eno ne z drugo napravo da Vinciju ni uspelo poleteti.

Leonardo da Vinci (1452–1519)

Otto Lilienthal (1848–1896)

Model da Vincijeve letalne naprave

Da Vincijeva risba osnutka helikopterja

Resnično je občutek ptice v zraku doživel šele Nemec Otto Lilienthal, ki je na podlagi študij štorkljinega krila izdelal svojo zračno pripravo. Kasneje je izdelal še več različnih letalnih priprav in danes velja za pionirja na področju letalstva.

Slika študije štorkljinega krila iz leta 1889 objavljene Lilienthalove knjige o ptičjem letu kot temelju umetnosti letenja

Lilienthal preizkuša eno izmed svojih letalnih priprav

Tudi danes narava s svojimi rešitvami navdihuje konstruktorje letal, pa tudi številne druge, na primer konstruktorje v avtomobilski industriji in ladjedelništvu (npr. aerodinamične oblike, površinske strukture po vzoru različnih živali, ki zmanjšajo trenje), oblikovalce orodja (npr. vzor za zmeraj ostre zobce na orodjih so bili zobje glodavcev, ki so sestavljeni iz dveh različno trdih materialov in se ob uporabi sami ostrijo), oblikovalce oblačil (npr. zaščitne obleke po zgledu oklepa pasavca) ter mnoge druge.

Namen bionike ni v natančnem kopiranju narave, ampak v tem, da načela narave razumemo in jih vzamemo kot navdih za inovacije, ki jih je mogoče uporabiti v vsakdanu in v trajnostnem razvoju.

10