Schauen Sie hinter die Kulissen von Mutter Natur. Tauchen Sie ein in die faszinierende Welt der Pflanzen, Tiere, Bakterien und Co. Erfahren Sie von Rene Fester Kratz und Donna Rae Siegfried, wie die Photosynthese abläuft, was bei der Zellteilung passiert, wie ein Ökosystem funktioniert und vieles mehr. Lassen Sie sich die Grundlagen der Genetik und Evolutionslehre erklären und bestaunen Sie die wichtigsten Entdeckungen in der Biologie. Sie werden sehen: Die Wissenschaft des Lebens ist eine spannende Sache!
"Rene Fester Kratz lehrt Zell- und Mikrobiologie und bildet zukünftige Lehrer aus.
Über die Autorin7
Über die Überarbeiterin 7
Einleitung23
Über dieses Buch 23
Formale Regelungen in diesem Buch 23
Was Sie nicht lesen müssen 24
Was Sie von diesem Buch erwarten können 24
Wie dieses Buch aufgebaut ist 25
Teil I: Grundlagen der Biologie 25
Teil II: Zellvermehrung und Genetik Das Thema Sex aus Sicht des Biologen 25
Teil III: Die Welt ist klein und vernetzt 26
Teil IV: Struktur und Funktion tierischen Lebens Unmengen verschiedener Systeme 26
Teil V: Struktur und Funktion des pflanzlichen Lebens Es ist nicht leicht, grün zu sein 26
Teil VI: Der Top-Ten-Teil 27
Symbole, die Sie durch das Buch begleiten 27
Wegweiser durch dieses Buch 27
Teil I Grundlagen Der Biologie 29
Kapitel 1 Die Erforschung der belebten Welt31
Am Anfang steht immer die Zelle 32
Leben erzeugt Leben: Reproduktion und Genetik 32
Der Zusammenhang zwischen Ökosystemen und Evolution 33
Einblicke in die Anatomie und Physiologie der Tiere 34
Der Vergleich zwischen Pflanzen und Menschen 35
Kapitel 2 Die Erforschung des Lebens37
Die belebte Natur: Warum Biologen das Leben untersuchen und wie sie es definieren 37
Beobachtungen als Schlüssel zum Verständnis der Welt 40
Einführung in die wissenschaftliche Arbeit 41
Versuchsplanung 44
Der fortwährende Austausch neuer Ideen in der Wissenschaft 49
Auffinden wissenschaftlicher Informationen 50
Wissenschaftliche Fachzeitschriften: Strenge Maßstäbe für die Publikation sichern die Qualität 51
Lehrbücher: Informationsquelle für Studenten 52
Die Boulevardpresse: Vorsicht vor falschen Informationen 52
Das Internet: Eine Fülle von Informationen, aber ohne Gewähr für Richtigkeit 53
Kapitel 3 Die Chemie des Lebens55
Warum es wichtig ist, etwas über die Materie zu wissen 55
Die Unterscheidung zwischen Atomen, Elementen und Isotopen 56
Elemente - Die chemischen Grundbestandteile 57
Moleküle, Verbindungen und Bindungen 61
Säuren und Basen - Was sich chemisch dahinter verbirgt 62
Die pH-Skala - Ein »p«raktisches »H«ilfsmittel 62
Puffer - immer um Ausgleich bemüht 64
Moleküle mit einem Grundgerüst aus Kohlenstoff: Die Grundlage allen Lebens 64
Was ist das Besondere an »natürlichen« Zuckern? 66
Die Lebensgrundlage: Proteine 68
Die Steuerelemente: Nukleinsäuren 70
Strukturelement, Energielieferant und mehr: Lipide 73
Kapitel 4 Die lebende Zelle77
Die Zelle ein Überblick 77
Ein Einblick in die Welt der Prokaryoten 79
Der Aufbau eukaryotischer Zellen 80
Zellen und Organellen 82
Die Plasmamembran: Zusammenhalt muss sein 83
Das Flüssig-Mosaik-Modell 83
Stofftransport durch die Plasmamembran 85
Passive Transportvorgänge 85
Aktive Transportvorgänge 87
Das Zytoskelett Stütze der Zelle 87
Der Zellkern die Kontrollinstanz 88
Die Ribosomen Werkbank für den Proteinaufbau 89
Das endoplasmatische Retikulum die Fabrik der Zelle 89
Der Golgi-Apparat die Packstation der Zelle 90
Lysosomen die Müllabfuhr der Zelle 90
Peroxisomen die Entgifter der Zelle 90
Mitochondrien die Kraftwerke der Zelle 91
Chloroplasten Energieumwandler, die nicht jede Zelle hat 91
Enzyme Starthilfe für Reaktionen 92
Enzyme verändern sich nicht 93
..., sondern verringern die Aktivierungsenergie 94
Cofaktoren und Coenzyme Helfer der Enzyme 95
Die Kontrolle von Enzymen durch hemmende Rückkopplung 95
Kapitel 5 Energie als Bestandteil des Lebens97
Wo Energie überall eine Rolle spielt 97
Die Regeln der Energie 98
Die Umwandlung von Molekülen 99
Energieübertragung mittels ATP 99
Nahrungsaufnahme zur Versorgung mit Material und Energie 101
Nahrungssuche und Nahrungserzeugung 101
Photosynthese: Nahrungserzeugung aus Sonnenlicht, Kohlenstoffdioxid und Wasser 103
Energieumwandlung Nutzung der Sonne als Energiequelle 104
Die Verbindung von Stoffen und Energie 105
Zellatmung: Energiegewinn durch Nahrungsaufspaltung mithilfe von Sauerstoff 106
Aufspaltung der Nahrung 107
Energiespeicherung in Form von ATP 108
Energie im Körper 110
Teil II Zellvermehrung Und Genetik Das Thema Sex Aus Sicht Des Biologen 113
Kapitel 6 Teilen, um zu erobern: Die Zellteilung 115
Vermehrung: Sicherung des Fortbestands 115
Willkommen bei der DNA-Vervielfältigung 117
Zellteilung: Die Ablösung von Altem durch Neues 120
Interphase: Zeit, sich zu ordnen 121
Mitose: Gerecht teilen unter Geschwistern 122
Die vier Abschnitte der Mitose 123
Der Verbleib der Tochterkerne: Zytokinese als Fortbewegungsmittel 124
Meiose: Vielfalt durch »den kleinen Unterschied« 126
Meiose I 129
Meiose II 130
Wie die geschlechtliche Vermehrung zur genetischen Vielfalt beiträgt 131
Mutationen 131
Crossing-over 132
Unabhängige Zuordnung 132
Befruchtung 132
Ausbleibende Trennung 133
Die Geschlechtschromosomen 135
Kapitel 7 Zu Ehren von Mendel: Die Grundlagen der Genetik 137
Ursachen der Einzigartigkeit: erbliche Merkmale und Faktoren, die sie beeinflussen 137
Versuche mit Erbsen: Die mendelschen Vererbungsregeln 140
Reinzucht der Elterngeneration 140
Die Untersuchung der Nachkommen: F1- und F2-Generationen 141
Ein Überblick über Mendels Ergebnisse 141
Genetische Fachbegriffe 142
Kreuzungszucht 144
Die genetische Forschung beim Menschen 146
Das Zeichnen von Stammbäumen 147
Die Untersuchung der Art der Vererbung 149
Schlussfolgerungen für Merkmale 150
Kapitel 8 Das Buch des Lebens: DNA und Proteine151
Proteine erzeugen Merkmale, und DNA erzeugt Proteine 151
Der Weg von der DNA über die RNA zum Protein: Der Kernsatz der molekularen Biologie 152
Das Abschreiben der Botschaft der DNA: Transkription 153
Die abschließenden Arbeiten: mRNA-Prozessierung 156
Die Übersetzung des genetischen Codes: Translation 158
Fehler und ihre Folgen: Die Bedeutung von Mutationen 163
Kapitel 9 Die Arbeit mit dem genetischen Code: DNA-Technologie171
Die Bandbreite der DNA-Technologie 172
Klonierung Teil 1: DNA mithilfe von Enzymen spezifisch schneiden 172
Klonierung Teil 2: Das Verbinden von DNA aus unterschiedlicher Herkunft 173
Die Trennung von Molekülen durch Gelelektrophorese 175
Das Kopieren von DNA mittels PCR 176
Das Lesen von Genen: DNA-Sequenzierung 178
Die Entschlüsselung des menschlichen Genoms 179
Genetisch veränderte Organismen 182
Argumente für die Nutzung von GVO 182
Bedenken bei der Nutzung von GVO 183
Teil III Die Welt Ist Klein Und Vernetzt 187
Kapitel 10 Erkundung der belebten Welt: Biodiversität und Klassifikation189
Biodiversität: Die Stärke der biologischen Vielfalt und Unterschiedlichkeit 189
Die Bedeutung der Biodiversität 190
Die Bedrohung der Biodiversität durch menschliches Handeln 191
Die Aussterben von Arten 192
Grundpfeiler von Lebensgemeinschaften 193
Indikatoren 193
Der Erhalt der Biodiversität 194
Das Leben bewusst wahrnehmen 195
Ruhmlose Helden: Die Bakterien 195
Bakterienähnlich und doch anders: Die Archaeen 196
Vertraute Lebensformen: Die Eukaryoten 196
Der Baum des Lebens: Das Klassifikationssystem der Lebewesen 198
Verwandtschaftsbeziehungen und Domänen 200
Die Einteilung des Lebens in immer kleinere Gruppen 201
Bedeutungsvolle Namensgebung 203
Kapitel 11 Das Zusammenleben von Organismen205
Ökosysteme bringen alles zusammen 205
Biome: Lebensgemeinschaften 206
Freund oder Feind: Wechselbeziehungen zwischen den Arten 208
Die Untersuchung von Populationen 209
Die Methoden der Populationsökologie 209
Populationsdichte 209
Dispersion 210
Populationsdynamik 211
Überlebensrate und Überlebensmuster 211
Das Wachstum von Populationen 214
Das biotische Potenzial 214
Faktoren, die das Wachstum von Populationen beeinflussen 215
Die Aufnahmefähigkeit eines Lebensraums 216
Wachstumskurven 216
Die Erdbevölkerung oder menschliche Population 217
Das explosionsartige Wachstum der menschlichen Population 217
Das demografische Übergangsmodell 219
Energie- und Stoffkreisläufe in einem Ökosystem 220
Der Fluss der Energie 222
Energetische Grundregeln 222
Die Energiepyramide 224
Stoffkreisläufe in Ökosystemen 225
Der hydrologische Kreislauf 226
Der Kohlenstoffkreislauf 227
Der Phosphorkreislauf 228
Der Stickstoffkreislauf 229
Kapitel 12 Die Entstehung von Arten in einer Welt im Wandel233
Die Herkunft des Lebens ein Blick in die Geschichte 234
Wie Charles Darwin jahrhundertealte Annahmen über das Leben auf der Erde hinterfragte 235
Was wir alles den Vögeln zu verdanken haben 235
Darwins Theorie der biologischen Evolution 236
Die natürliche Selektion 237
Natürliche und künstliche Selektion im Vergleich 237
Die Bedingungen, unter denen natürlichen Selektion stattfindet 238
Die vier Arten der natürlichen Selektion 239
Belege für die biologische Evolution 241
Biochemie 241
Vergleichende Anatomie 241
Geografische Verteilung von Arten 243
Molekularbiologie 244
Fossile Funde 244
Beobachtungen 245
Datierung mithilfe von Radioisotopen 245
Widerstreit der Meinungen: Biologische Evolution versus Kreationismus 246
Die Evolution des Menschen 249
Fossile Funde 249
Spurensuche in der DNA 252
Das große Gehirn von Homo sapiens 253
Teil IV Struktur Und Funktion Des Tierischen Lebens Unmengen Verschiedener Systeme 255
Kapitel 13 Die Prinzipien der Physiologie257
Physiologische Untersuchungen auf allen Ebenen des Lebens 257
Die Grundlagen der Physiologie 259
Die Evolution zur perfekten Form 259
Abstimmung der Körperfunktionen zum Erhalt der Homeostase 259
Die Übermittlung von Informationen über Plasmamembranen hinweg 261
Die Steuerung von Aufnahme und Abgabe 262
Kapitel 14 Bewegend: Skelett- und Muskelsysteme 263
Fortbewegung nach Art der Tiere 263
Die Arten von Skelettsystemen 264
Die Teile des Wirbeltierskeletts 264
Knochen ist nicht gleich Knochen 266
Knochenbrüche 267
Gelenkig durch Gelenke 267
Die Bedeutung der Muskeln 268
Muskelgewebe und Muskelphysiologie 269
Muskelkontraktion 270
Kapitel 15 Atmungssystem und Kreislaufsystem 273
Gasaustausch: Wie Tiere »atmen« 273
Gasaustausch über das Integument 274
Kiemen 275
Tracheensysteme 275
Lungen 276
Was beim Atmen geschieht 277
Das Prinzip der Diffusion 278
Der Blutkreislauf: Nährstoffanlieferung und Abfallbeseitigung 279
Offene Kreislaufsysteme 279
Geschlossene Kreislaufsysteme 280
Einfache Formen von Herzen 280
Herz und Kreislaufsystem beim Wurm 280
Herz und Kreislaufsystem beim Fisch 281
Das menschliche Herz-Kreislauf-System 281
Der Herzzyklus 284
Der Weg des Bluts durch den Körper 285
Der Lungenkreislauf: Anreicherung des Bluts mit Sauerstoff 286
Der Körperkreislauf: Verteilung des sauerstoffreichen Bluts 286
Austauschvorgänge im Bereich der Kapillaren 287
Zeitgeber der Herzaktivität 288
Blut: Saft des Lebens 289
Feste Bestandteile des Bluts 289
Rote Blutkörperchen 290
Weiße Blutkörperchen 290
Blutplättchen 291
Das Blutplasma 291
Die Blutgerinnung 292
Kapitel 16 Die Verdauungs- und Ausscheidungssysteme von Tieren293
Die Aufnahme und Zerlegung der Nahrung 293
Das Verdauungssystem: Was hineingelangt und was herauskommt 295
Unvollständiger und vollständiger Verdauungstrakt 295
Kontinuierliche und diskontinuierliche Nahrungsaufnahme 296
Das menschliche Verdauungssystem 297
Der Mund: Nahrungsaufnahme bedeutet harte Arbeit 297
Der Magen: Vorgänge im Sauren 298
Der Dünndarm: ein langer und verschlungener Weg 299
Die Nährstoffaufnahme 300
Der Nährstofftransport im Körper 301
Die Steuerung des Glukosespiegels im Blut 302
Die Zusammenstellung einer Mahlzeit 302
Kohlenhydrate: Zielobjekte vieler Essgelüste 303
Proteine: Ketten werden aufgebrochen, um anschließend neue Ketten aufbauen zu können 304
Fette: Maß zu halten, fällt manchem schwer 306
Mineralien und Vitamine: Helfer von Enzymen 307
Die Ausscheidung von Stoffen beim Menschen 308
Die Ausscheidung fester Abfallstoffe durch den Dickdarm 308
Die Ausscheidung stickstoffhaltiger Abfallstoffe durch die Nieren 309
Kapitel 17 Das menschliche Abwehrsystem 313
Erfreuliche und weniger erfreuliche Begegnungen mit Mikroben 314
Bakterien als Stütze der Gesundheit 314
Bakterien als Feinde der Gesundheit 314
Viren als Feinde der Gesundheit 315
Die angeborene Abwehr des Menschen 317
Der wirksamste Schutz des Körpers: Haut und Schleimhäute 318
Klein, aber mächtig: Abwehrmoleküle 319
Professionelle Mikrobensucher: dendritische Zellen 320
Immer hungrig nach Eindringlingen: Phagozyten 320
Schadensbegrenzung: Entzündung 321
Die Filterwirkung des Lymphsystems 321
Die erworbene Abwehr des Menschen 323
Immer dienstbereit: T-Helferzellen 324
Immer auf Wanderschaft: B-Zellen und Antikörper 324
Die Killer unter den Zellen: Zytotoxische T-Zellen 325
Unterstützung des Abwehrsystems 326
Antibiotika zur Abtötung von Bakterien 326
Virale Hilfe bei der Bakterienbekämpfung 327
Virenbekämpfung mit antiviralen Medikamenten 328
Auswirkungen des Alterns auf das Immunsystem 332
Kapitel 18 Das Nervensystem und das Hormonsystem333
Der komplizierte Aufbau des Nervensystems 333
Die Unterschiede zwischen ZNS und PNS 334
Die Struktur von Nervenzellen 336
Die Signalverarbeitung durch Nervenzellen 337
Reflexe: Handeln, ohne nachzudenken 338
Das Gehirn und die fünf Sinne 338
Der Geruchssinn 340
Der Geschmackssinn 340
Das Gehör 341
Das Sehvermögen 341
Das Gefühl 342
Die Ausbreitung von Nervenimpulsen 343
Die Reizung einer Nervenzelle 343
Die Reizübermittlung zwischen Nervenzellen 345
Das Hormonsystem 347
Die Wirkung von Hormonen 347
Die allgemeinen Aufgaben von Hormonen 349
Kapitel 19 Fortpflanzung bei Tieren351
Ungeschlechtliche Vermehrung 351
Geschlechtliche Vermehrung 352
Die Gameten 353
Spermatogenese: Die Erzeugung von Zellen, die sich schwimmend fortbewegen 353
Oogenese: Die Erzeugung von Eizellen 354
Das Paarungsverhalten und andere Vorbereitungen für den großen Moment 355
Paarungszeiten 356
Die Suche nach einem Paarungspartner 356
Der Fortpflanzungszyklus des Menschen 357
Die Erzeugung von Nachkommen beim Menschen 360
Das menschliche Fortpflanzungssystem 361
Der Geschlechtsverkehr 361
Orgasmus 363
Befruchtung 363
Die Fortpflanzung bei Tieren 364
Die menschliche Individualentwicklung 366
Von einer einzelnen Zelle zur Blastozyste 366
Die Embryonalentwicklung 368
Die Fetalentwicklung und Geburt 369
Differenzierung, Individualentwicklung und Determination 369
Die Fähigkeit, zu jeder beliebigen Zelle werden zu können 370
Faktoren, die Differenzierung und Individualentwicklung beeinflussen 371
Geschlechtsdifferenzierung beim Menschen 373
Die männliche Geschlechtsentwicklung 374
Die weibliche Geschlechtsentwicklung 374
Störungen der Geschlechtsentwicklung 374
Teil V Struktur Und Funktion Des Pflanzlichen Lebens Es Ist Nicht Leicht, Grün Zu Sein 377
Kapitel 20 Das Leben einer Pflanze 379
Die Struktur von Pflanzen 379
Pflanzengewebe 380
Die Pflanzenarten 381
Krautige und holzige Sprossachsen 382
Die Versorgung mit dem, was zum Wachstum benötigt wird: Material und Energie 384
Ungeschlechtliche Vermehrung bei Pflanzen 385
Geschlechtliche Vermehrung bei Pflanzen 385
Das Leben einer Pflanze 386
Die Teile einer Blüte 388
Die Bestäubung und Befruchtung bei Pflanzen 388
Von der Zygote zum Embryo 390
Samen als Schutz für den Pflanzenembryo 390
Kapitel 21 Einblicke in die Pflanzenphysiologie391
Der Transport von Nährstoffen, Flüssigkeiten und Zucker in Pflanzen 391
Die Nährstoffe, die Pflanzen zum Überleben brauchen 392
Der Aufwärtstransport von Wasser und Nährstoffen aus dem Boden 393
Die Bewegung von Zucker durch das Phloem 394
Die Kontrolle von Wasserverlusten 396
Pflanzenhormone als Botenstoffe 397
Teil VI Der Top-Ten-Teil 399
Kapitel 22 Zehn großartige Entdeckungen der Biologie401
Die Aufklärung der Grundregeln der modernen Genetik 401
Die Theorie der natürlichen Selektion 402
Die Entdeckung des ersten Antibiotikums: Penicillin 402
Der Pocken-Schutz des Menschen 403
Die Aufklärung der DNA-Struktur 403
Die Aufklärung und Bekämpfung von Erbdefekten 404
Die Entdeckung der Blutgruppen 404
Archaea faszinierende Einzeller aus der Urzeit 405
Die Entdeckung infektiöser Proteine Prionen und Rinderwahnsinn (BSE) 405
DNA-Vervielfältigung durch PCR 406
Kapitel 23 Zehn Wege, auf denen Biologie Ihr Leben beeinflusst 409
Die Versorgung mit Nahrung 409
Die Versorgung mit sauberem Wasser 410
Die Nutzung fossiler Brennstoffe 410
Mikrobielle Enzyme im Waschpulver 411
Die Entstehung Antibiotika-resistenter Bakterien 411
Das Aussterben von Arten 412
Biologie + Technik = Bionik 412
Grüne Gentechnik: Transgene Pflanzen 413
Medizinische Gentechnik und Gene Pharming 414
Impfobst und Impfgemüse Schluckimpfung einmal anders 414
Stichwortverzeichnis 415
