Biologie für Dummies

"Rene Fester Kratz lehrt Zell- und Mikrobiologie und bildet zukünftige Lehrer aus.

• Über die Autorin 7Über die Überarbeiterin 7Einleitung 23Über dieses Buch 23Formale Regelungen in diesem Buch 23Was Sie nicht lesen müssen 24Was Sie von diesem Buch erwarten können 24Wie dieses Buch aufgebaut ist 25Teil I: Grundlagen der Biologie 25Teil II: Zellvermehrung und Genetik – Das Thema Sex aus Sicht des Biologen 25Teil III: Die Welt ist klein und vernetzt 26Teil IV: Struktur und Funktion tierischen Lebens – Unmengen verschiedener Systeme 26Teil V: Struktur und Funktion des pflanzlichen Lebens – Es ist nicht leicht, grün zu sein 26Teil VI: Der Top-Ten-Teil 27Symbole, die Sie durch das Buch begleiten 27Wegweiser durch dieses Buch 27Teil I Grundlagen Der Biologie 29Kapitel 1 Die Erforschung der belebten Welt 31Am Anfang steht immer die Zelle 32Leben erzeugt Leben: Reproduktion und Genetik 32Der Zusammenhang zwischen Ökosystemen und Evolution 33Einblicke in die Anatomie und Physiologie der Tiere 34Der Vergleich zwischen Pflanzen und Menschen 35Kapitel 2 Die Erforschung des Lebens 37Die belebte Natur: Warum Biologen das Leben untersuchen und wie sie es definieren 37Beobachtungen als Schlüssel zum Verständnis der Welt 40Einführung in die wissenschaftliche Arbeit 41Versuchsplanung 44Der fortwährende Austausch neuer Ideen in der Wissenschaft 49Auffinden wissenschaftlicher Informationen 50Wissenschaftliche Fachzeitschriften: Strenge Maßstäbe für die Publikation sichern die Qualität 51Lehrbücher: Informationsquelle für Studenten 52Die Boulevardpresse: Vorsicht vor falschen Informationen 52Das Internet: Eine Fülle von Informationen, aber ohne Gewähr für Richtigkeit 53Kapitel 3 Die Chemie des Lebens 55Warum es wichtig ist, etwas über die Materie zu wissen 55Die Unterscheidung zwischen Atomen, Elementen und Isotopen 56Elemente - Die chemischen Grundbestandteile 57Moleküle, Verbindungen und Bindungen 61Säuren und Basen - Was sich chemisch dahinter verbirgt 62Die pH-Skala - Ein »p«raktisches »H«ilfsmittel 62Puffer - immer um Ausgleich bemüht 64Moleküle mit einem Grundgerüst aus Kohlenstoff: Die Grundlage allen Lebens 64Was ist das Besondere an »natürlichen« Zuckern? 66Die Lebensgrundlage: Proteine 68Die Steuerelemente: Nukleinsäuren 70Strukturelement, Energielieferant und mehr: Lipide 73Kapitel 4 Die lebende Zelle 77Die Zelle – ein Überblick 77Ein Einblick in die Welt der Prokaryoten 79Der Aufbau eukaryotischer Zellen 80Zellen und Organellen 82Die Plasmamembran: Zusammenhalt muss sein 83Das Flüssig-Mosaik-Modell 83Stofftransport durch die Plasmamembran 85Passive Transportvorgänge 85Aktive Transportvorgänge 87Das Zytoskelett – Stütze der Zelle 87Der Zellkern – die Kontrollinstanz 88Die Ribosomen – Werkbank für den Proteinaufbau 89Das endoplasmatische Retikulum – die Fabrik der Zelle 89Der Golgi-Apparat – die Packstation der Zelle 90Lysosomen – die Müllabfuhr der Zelle 90Peroxisomen – die Entgifter der Zelle 90Mitochondrien – die Kraftwerke der Zelle 91Chloroplasten – Energieumwandler, die nicht jede Zelle hat 91Enzyme – Starthilfe für Reaktionen 92Enzyme verändern sich nicht … 93..., sondern verringern die Aktivierungsenergie 94Cofaktoren und Coenzyme – Helfer der Enzyme 95Die Kontrolle von Enzymen durch hemmende Rückkopplung 95Kapitel 5 Energie als Bestandteil des Lebens 97Wo Energie überall eine Rolle spielt 97Die Regeln der Energie 98Die Umwandlung von Molekülen 99Energieübertragung mittels ATP 99Nahrungsaufnahme zur Versorgung mit Material und Energie 101Nahrungssuche und Nahrungserzeugung 101Photosynthese: Nahrungserzeugung aus Sonnenlicht, Kohlenstoffdioxid und Wasser 103Energieumwandlung – Nutzung der Sonne als Energiequelle 104Die Verbindung von Stoffen und Energie 105Zellatmung: Energiegewinn durch Nahrungsaufspaltung mithilfe von Sauerstoff 106Aufspaltung der Nahrung 107Energiespeicherung in Form von ATP 108Energie im Körper 110Teil II Zellvermehrung Und Genetik – Das Thema Sex Aus Sicht Des Biologen 113Kapitel 6 Teilen, um zu erobern: Die Zellteilung 115Vermehrung: Sicherung des Fortbestands 115Willkommen bei der DNA-Vervielfältigung 117Zellteilung: Die Ablösung von Altem durch Neues 120Interphase: Zeit, sich zu ordnen 121Mitose: Gerecht teilen unter Geschwistern 122Die vier Abschnitte der Mitose 123Der Verbleib der Tochterkerne: Zytokinese als Fortbewegungsmittel 124Meiose: Vielfalt durch »den kleinen Unterschied« 126Meiose I 129Meiose II 130Wie die geschlechtliche Vermehrung zur genetischen Vielfalt beiträgt 131Mutationen 131Crossing-over 132Unabhängige Zuordnung 132Befruchtung 132Ausbleibende Trennung 133Die Geschlechtschromosomen 135Kapitel 7 Zu Ehren von Mendel: Die Grundlagen der Genetik 137Ursachen der Einzigartigkeit: erbliche Merkmale und Faktoren, die sie beeinflussen 137Versuche mit Erbsen: Die mendelschen Vererbungsregeln 140Reinzucht der Elterngeneration 140Die Untersuchung der Nachkommen: F1- und F2-Generationen 141Ein Überblick über Mendels Ergebnisse 141Genetische Fachbegriffe 142Kreuzungszucht 144Die genetische Forschung beim Menschen 146Das Zeichnen von Stammbäumen 147Die Untersuchung der Art der Vererbung 149Schlussfolgerungen für Merkmale 150Kapitel 8 Das Buch des Lebens: DNA und Proteine 151Proteine erzeugen Merkmale, und DNA erzeugt Proteine 151Der Weg von der DNA über die RNA zum Protein: Der Kernsatz der molekularen Biologie 152Das Abschreiben der Botschaft der DNA: Transkription 153Die abschließenden Arbeiten: mRNA-Prozessierung 156Die Übersetzung des genetischen Codes: Translation 158Fehler und ihre Folgen: Die Bedeutung von Mutationen 163Kapitel 9 Die Arbeit mit dem genetischen Code: DNA-Technologie 171Die Bandbreite der DNA-Technologie 172Klonierung Teil 1: DNA mithilfe von Enzymen spezifisch schneiden 172Klonierung Teil 2: Das Verbinden von DNA aus unterschiedlicher Herkunft 173Die Trennung von Molekülen durch Gelelektrophorese 175Das Kopieren von DNA mittels PCR 176Das Lesen von Genen: DNA-Sequenzierung 178Die Entschlüsselung des menschlichen Genoms 179Genetisch veränderte Organismen 182Argumente für die Nutzung von GVO 182Bedenken bei der Nutzung von GVO 183Teil III Die Welt Ist Klein Und Vernetzt 187Kapitel 10 Erkundung der belebten Welt: Biodiversität und Klassifikation 189Biodiversität: Die Stärke der biologischen Vielfalt und Unterschiedlichkeit 189Die Bedeutung der Biodiversität 190Die Bedrohung der Biodiversität durch menschliches Handeln 191Die Aussterben von Arten 192Grundpfeiler von Lebensgemeinschaften 193Indikatoren 193Der Erhalt der Biodiversität 194Das Leben bewusst wahrnehmen 195Ruhmlose Helden: Die Bakterien 195Bakterienähnlich und doch anders: Die Archaeen 196Vertraute Lebensformen: Die Eukaryoten 196Der Baum des Lebens: Das Klassifikationssystem der Lebewesen 198Verwandtschaftsbeziehungen und Domänen 200Die Einteilung des Lebens in immer kleinere Gruppen 201Bedeutungsvolle Namensgebung 203Kapitel 11 Das Zusammenleben von Organismen 205Ökosysteme bringen alles zusammen 205Biome: Lebensgemeinschaften 206Freund oder Feind: Wechselbeziehungen zwischen den Arten 208Die Untersuchung von Populationen 209Die Methoden der Populationsökologie 209Populationsdichte 209Dispersion 210Populationsdynamik 211Überlebensrate und Überlebensmuster 211Das Wachstum von Populationen 214Das biotische Potenzial 214Faktoren, die das Wachstum von Populationen beeinflussen 215Die Aufnahmefähigkeit eines Lebensraums 216Wachstumskurven 216Die Erdbevölkerung oder menschliche Population 217Das explosionsartige Wachstum der menschlichen Population 217Das demografische Übergangsmodell 219Energie- und Stoffkreisläufe in einem Ökosystem 220Der Fluss der Energie 222Energetische Grundregeln 222Die Energiepyramide 224Stoffkreisläufe in Ökosystemen 225Der hydrologische Kreislauf 226Der Kohlenstoffkreislauf 227Der Phosphorkreislauf 228Der Stickstoffkreislauf 229Kapitel 12 Die Entstehung von Arten in einer Welt im Wandel 233Die Herkunft des Lebens – ein Blick in die Geschichte 234Wie Charles Darwin jahrhundertealte Annahmen über das Leben auf der Erde hinterfragte 235Was wir alles den Vögeln zu verdanken haben 235Darwins Theorie der biologischen Evolution 236Die natürliche Selektion 237Natürliche und künstliche Selektion im Vergleich 237Die Bedingungen, unter denen natürlichen Selektion stattfindet 238Die vier Arten der natürlichen Selektion 239Belege für die biologische Evolution 241Biochemie 241Vergleichende Anatomie 241Geografische Verteilung von Arten 243Molekularbiologie 244Fossile Funde 244Beobachtungen 245Datierung mithilfe von Radioisotopen 245Widerstreit der Meinungen: Biologische Evolution versus Kreationismus 246Die Evolution des Menschen 249Fossile Funde 249Spurensuche in der DNA 252Das große Gehirn von Homo sapiens 253Teil IV Struktur Und Funktion Des Tierischen Lebens – Unmengen Verschiedener Systeme 255Kapitel 13 Die Prinzipien der Physiologie 257Physiologische Untersuchungen auf allen Ebenen des Lebens 257Die Grundlagen der Physiologie 259Die Evolution zur perfekten Form 259Abstimmung der Körperfunktionen zum Erhalt der Homeostase 259Die Übermittlung von Informationen über Plasmamembranen hinweg 261Die Steuerung von Aufnahme und Abgabe 262Kapitel 14 Bewegend: Skelett- und Muskelsysteme 263Fortbewegung nach Art der Tiere 263Die Arten von Skelettsystemen 264Die Teile des Wirbeltierskeletts 264Knochen ist nicht gleich Knochen 266Knochenbrüche 267Gelenkig durch Gelenke 267Die Bedeutung der Muskeln 268Muskelgewebe und Muskelphysiologie 269Muskelkontraktion 270Kapitel 15 Atmungssystem und Kreislaufsystem 273Gasaustausch: Wie Tiere »atmen« 273Gasaustausch über das Integument 274Kiemen 275Tracheensysteme 275Lungen 276Was beim Atmen geschieht 277Das Prinzip der Diffusion 278Der Blutkreislauf: Nährstoffanlieferung und Abfallbeseitigung 279Offene Kreislaufsysteme 279Geschlossene Kreislaufsysteme 280Einfache Formen von Herzen 280Herz und Kreislaufsystem beim Wurm 280Herz und Kreislaufsystem beim Fisch 281Das menschliche Herz-Kreislauf-System 281Der Herzzyklus 284Der Weg des Bluts durch den Körper 285Der Lungenkreislauf: Anreicherung des Bluts mit Sauerstoff 286Der Körperkreislauf: Verteilung des sauerstoffreichen Bluts 286Austauschvorgänge im Bereich der Kapillaren 287Zeitgeber der Herzaktivität 288Blut: Saft des Lebens 289Feste Bestandteile des Bluts 289Rote Blutkörperchen 290Weiße Blutkörperchen 290Blutplättchen 291Das Blutplasma 291Die Blutgerinnung 292Kapitel 16 Die Verdauungs- und Ausscheidungssysteme von Tieren 293Die Aufnahme und Zerlegung der Nahrung 293Das Verdauungssystem: Was hineingelangt und was herauskommt 295Unvollständiger und vollständiger Verdauungstrakt 295Kontinuierliche und diskontinuierliche Nahrungsaufnahme 296Das menschliche Verdauungssystem 297Der Mund: Nahrungsaufnahme bedeutet harte Arbeit 297Der Magen: Vorgänge im Sauren 298Der Dünndarm: ein langer und verschlungener Weg 299Die Nährstoffaufnahme 300Der Nährstofftransport im Körper 301Die Steuerung des Glukosespiegels im Blut 302Die Zusammenstellung einer Mahlzeit 302Kohlenhydrate: Zielobjekte vieler Essgelüste 303Proteine: Ketten werden aufgebrochen, um anschließend neue Ketten aufbauen zu können 304Fette: Maß zu halten, fällt manchem schwer 306Mineralien und Vitamine: Helfer von Enzymen 307Die Ausscheidung von Stoffen beim Menschen 308Die Ausscheidung fester Abfallstoffe durch den Dickdarm 308Die Ausscheidung stickstoffhaltiger Abfallstoffe durch die Nieren 309Kapitel 17 Das menschliche Abwehrsystem 313Erfreuliche und weniger erfreuliche Begegnungen mit Mikroben 314Bakterien als Stütze der Gesundheit 314Bakterien als Feinde der Gesundheit 314Viren als Feinde der Gesundheit 315Die angeborene Abwehr des Menschen 317Der wirksamste Schutz des Körpers: Haut und Schleimhäute 318Klein, aber mächtig: Abwehrmoleküle 319Professionelle Mikrobensucher: dendritische Zellen 320Immer hungrig nach Eindringlingen: Phagozyten 320Schadensbegrenzung: Entzündung 321Die Filterwirkung des Lymphsystems 321Die erworbene Abwehr des Menschen 323Immer dienstbereit: T-Helferzellen 324Immer auf Wanderschaft: B-Zellen und Antikörper 324Die Killer unter den Zellen: Zytotoxische T-Zellen 325Unterstützung des Abwehrsystems 326Antibiotika zur Abtötung von Bakterien 326Virale Hilfe bei der Bakterienbekämpfung 327Virenbekämpfung mit antiviralen Medikamenten 328Auswirkungen des Alterns auf das Immunsystem 332Kapitel 18 Das Nervensystem und das Hormonsystem 333Der komplizierte Aufbau des Nervensystems 333Die Unterschiede zwischen ZNS und PNS 334Die Struktur von Nervenzellen 336Die Signalverarbeitung durch Nervenzellen 337Reflexe: Handeln, ohne nachzudenken 338Das Gehirn und die fünf Sinne 338Der Geruchssinn 340Der Geschmackssinn 340Das Gehör 341Das Sehvermögen 341Das Gefühl 342Die Ausbreitung von Nervenimpulsen 343Die Reizung einer Nervenzelle 343Die Reizübermittlung zwischen Nervenzellen 345Das Hormonsystem 347Die Wirkung von Hormonen 347Die allgemeinen Aufgaben von Hormonen 349Kapitel 19 Fortpflanzung bei Tieren 351Ungeschlechtliche Vermehrung 351Geschlechtliche Vermehrung 352Die Gameten 353Spermatogenese: Die Erzeugung von Zellen, die sich schwimmend fortbewegen 353Oogenese: Die Erzeugung von Eizellen 354Das Paarungsverhalten und andere Vorbereitungen für den großen Moment 355Paarungszeiten 356Die Suche nach einem Paarungspartner 356Der Fortpflanzungszyklus des Menschen 357Die Erzeugung von Nachkommen beim Menschen 360Das menschliche Fortpflanzungssystem 361Der Geschlechtsverkehr 361Orgasmus 363Befruchtung 363Die Fortpflanzung bei Tieren 364Die menschliche Individualentwicklung 366Von einer einzelnen Zelle zur Blastozyste 366Die Embryonalentwicklung 368Die Fetalentwicklung und Geburt 369Differenzierung, Individualentwicklung und Determination 369Die Fähigkeit, zu jeder beliebigen Zelle werden zu können 370Faktoren, die Differenzierung und Individualentwicklung beeinflussen 371Geschlechtsdifferenzierung beim Menschen 373Die männliche Geschlechtsentwicklung 374Die weibliche Geschlechtsentwicklung 374Störungen der Geschlechtsentwicklung 374Teil V Struktur Und Funktion Des Pflanzlichen Lebens – Es Ist Nicht Leicht, Grün Zu Sein 377Kapitel 20 Das Leben einer Pflanze 379Die Struktur von Pflanzen 379Pflanzengewebe 380Die Pflanzenarten 381Krautige und holzige Sprossachsen 382Die Versorgung mit dem, was zum Wachstum benötigt wird: Material und Energie 384Ungeschlechtliche Vermehrung bei Pflanzen 385Geschlechtliche Vermehrung bei Pflanzen 385Das Leben einer Pflanze 386Die Teile einer Blüte 388Die Bestäubung und Befruchtung bei Pflanzen 388Von der Zygote zum Embryo 390Samen als Schutz für den Pflanzenembryo 390Kapitel 21 Einblicke in die Pflanzenphysiologie 391Der Transport von Nährstoffen, Flüssigkeiten und Zucker in Pflanzen 391Die Nährstoffe, die Pflanzen zum Überleben brauchen 392Der Aufwärtstransport von Wasser und Nährstoffen aus dem Boden 393Die Bewegung von Zucker durch das Phloem 394Die Kontrolle von Wasserverlusten 396Pflanzenhormone als Botenstoffe 397Teil VI Der Top-Ten-Teil 399Kapitel 22 Zehn großartige Entdeckungen der Biologie 401Die Aufklärung der Grundregeln der modernen Genetik 401Die Theorie der natürlichen Selektion 402Die Entdeckung des ersten Antibiotikums: Penicillin 402Der Pocken-Schutz des Menschen 403Die Aufklärung der DNA-Struktur 403Die Aufklärung und Bekämpfung von Erbdefekten 404Die Entdeckung der Blutgruppen 404Archaea – faszinierende Einzeller aus der Urzeit 405Die Entdeckung infektiöser Proteine – Prionen und Rinderwahnsinn (BSE) 405DNA-Vervielfältigung durch PCR 406Kapitel 23 Zehn Wege, auf denen Biologie Ihr Leben beeinflusst 409Die Versorgung mit Nahrung 409Die Versorgung mit sauberem Wasser 410Die Nutzung fossiler Brennstoffe 410Mikrobielle Enzyme im Waschpulver 411Die Entstehung Antibiotika-resistenter Bakterien 411Das Aussterben von Arten 412Biologie + Technik = Bionik 412Grüne Gentechnik: Transgene Pflanzen 413Medizinische Gentechnik und Gene Pharming 414Impfobst und Impfgemüse – Schluckimpfung einmal anders 414Stichwortverzeichnis 415