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