Inhaltsverzeichnis
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Inhaltsverzeichnis Über die Autorinnen Über die Überarbeiterin Einleitung 7 7 23 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 26 Symbole, die Sie durch das Buch begleiten 27 Wegweiser durch dieses Buch 27 Teil / Grundlagen der Biologie 29 Kapitel 1 Oie Erforschung der belebten Welt 37 Am Anfang steht immer die Zelle Leben erzeugt Leben: Reproduktion und Genetik Der Zusammenhang zwischen Ökosystemen und Evolution Einblicke in die Anatomie und Physiologie der Tiere Der Vergleich zwischen Pflanzen und Menschen Kapitel 2 Oie Erforschung des Lebens Die belebte Natur: Warum Biologen das Leben untersuchen und wie sie es definieren Beobachtungen als Schlüssel zum Verständnis der Welt 31 32 33 33 35 37 37 40 Einführung in die wissenschaftliche Arbeit Versuchsplanung Der fortwährende Austausch neuer Ideen in der Wissenschaft Auffinden wissenschaftlicher Informationen Wissenschaftliche Fachzeitschriften: Strenge Maßstäbe für die Publikation sichern die Qualität Lehrbücher: Informationsquelle für Studenten Die Boulevardpresse: Vorsicht vor falschen Informationen Das Internet: Eine Fülle von Informationen, aber ohne Gewähr für Richtigkeit Kapitel 3 Die Chemie des Lebens Warum es wichtig ist, etwas über die Materie zu wissen Die Unterscheidung zwischen Atomen, Elementen und Isotopen Das Atom - »Bohr«en wir uns gedanklich in die Materie hinein Elemente - Die chemischen Grundbestandteile Isotope - ein wenig Abwechslung muss sein Moleküle, Verbindungen und Bindungen Säuren und Basen - Was sich chemisch dahinter verbirgt Die pH-Skala - Ein »praktisches »H«ilfsmittel Puffer - immer um Ausgleich bemüht Moleküle mit einem Grundgerüst aus Kohlenstoff: Die Grundlage allen Lebens Die Energiequelle: Kohlenhydrate Der Auf- und Abbau von Zuckern Die Umwandlung von Glukose zu Speicherstoffen Die Lebensgrundlage: Proteine Der Aufbau von Proteinen Die wichtigsten Aufgaben von Proteinen Die Steuerelemente: Nukleinsäuren Desoxyribonukleinsäure (DNA) Ribonukleinsäure (RNA) Strukturelement, Energielieferant und mehr: Lipide Kapitel 4 Die lebende Zelle Die Zelle - ein Überblick Ein Einblick in die Welt der Prokaryoten Der Aufbau eukaryotischer Zellen Zellen und Organellen Die Plasmamembran: Zusammenhalt muss sein Das Flüssig-Mosaik-Modell Stofftransport durch die Plasmamembran Das Zytoskelett - Stütze der Zelle Der Zellkern - die Kontrollinstanz 41 43 48 50 50 51 52 52 55 55 56 57 57 60 61 62 63 64 65 65 67 68 69 69 70 71 71 73 73 77 77 79 80 82 83 83 85 87 88 Die Ribosomen - Werkbank für den Proteinaufbau Das endoplasmatische Retikulum - die Fabrik der Zelle Der Golgi-Apparat - die Packstation der Zelle Lysosomen - die Müllabfuhr der Zelle Peroxisomen - die Entgifter der Zelle Mitochondrien - die Kraftwerke der Zelle Chloroplasten - Energieumwandler, die nicht jede Zelle hat Enzyme - Starthilfe für Reaktionen Enzyme verändern sich n ic h t... ..., sondern verringern die Aktivierungsenergie Cofaktoren und Coenzyme - Helfer der Enzyme Die Kontrolle von Enzymen durch hemmende Rückkopplung Kapitel 5 Energie als Bestandteil des Lebens Wo Energie überall eine Rolle spielt Die Regeln der Energie Die Umwandlung von Molekülen Energieübertragung mittels ATP Nahrungsaufnahme zur Versorgung mit Material und Energie Nahrungssuche und Nahrungserzeugung Photosynthese: Nahrungserzeugung aus Sonnenlicht, Kohlenstoffdioxid und Wasser Energieumwandlung - Nutzung der Sonne als Energiequelle Die Verbindung von Stoffen und Energie Zellatmung: Energiegewinn durch Nahrungsaufspaltung mit Hilfe von Sauerstoff Aufspaltung der Nahrung Energiespeicherung in Form von ATP Energie im Körper 88 89 89 90 90 91 91 92 93 94 95 95 97 97 98 99 99 101 101 103 105 105 106 107 109 110 Teil II Zetttfermehrung und Genetik Das Thema Sex aus Sicht des Biologen 113 Kapitel 6 Teilen, um zu erobern; Die Zellteilung 115 Vermehrung: Sicherung des Fortbestandes Willkommen bei der DNA-Vervielfältigung Zellteilung: Die Ablösung von Altem durch Neues Interphase: Zeit, sich zu ordnen Mitose: Gerecht teilen unter Geschwistern 115 116 120 121 122 Die vier Abschnitte der Mitose Der Verbleib der Tochterkerne: Zytokinese als Fortbewegungsmittel Meiose: Vielfalt durch »den kleinen Unterschied« Meiose I Meiose II Wie die geschlechtliche Vermehrung zur genetischen Vielfalt beiträgt Mutationen Crossing-over Unabhängige Zuordnung Befruchtung Ausbleibende Trennung Die Geschlechtschromosomen Kapitel 7 Zu Ehren i/on Mendel: DieGrundlagen der Genetik Ursachen der Einzigartigkeit: erbliche Merkmale und Faktoren, die sie beeinflussen Versuche mit Erbsen: Die Mendel’schen Vererbungsregeln Reinzucht der Elterngeneration Die Untersuchung der Nachkommen: Fl- und F2-Generationen Ein Überblick über Mendels Ergebnisse Genetische Fachbegriffe Kreuzungszucht Die genetische Forschung beim Menschen Das Zeichnen von Stammbäumen Die Untersuchung der Art der Vererbung Schlussfolgerungen für Merkmale Kapitel 8 Das Buch des Lebens: DNA und Proteine Proteine erzeugen Merkmale, und DNA erzeugt Proteine Der Weg von der DNA über die RNA zum Protein: Der Kernsatz der molekularen Biologe Das Abschreiben der Botschaft der DNA: Transkription Die Helfer bei der Transkription Die Vorgänge bei der Transkription Die abschließenden Arbeiten: mRNA-Prozessierung Die Übersetzung des genetischen Codes: Translation Der Nutzen von Codons und Anticodons Die Vorgänge bei der Translation Fehler und ihre Folgen: Die Bedeutung von Mutationen Die Kontrolle der Zelle durch Steuerung der Gene Die Anpassung an Umweltveränderungen Experten durch Differenzierung 123 124 125 129 130 131 131 132 132 132 133 135 137 137 139 140 141 141 142 144 146 146 148 149 151 151 152 153 155 155 156 158 159 160 163 166 166 167 Kapitel 9 Oie Arbeit m it dem genetischen Code: DNA-Technotogie Die Bandbreite der DNA-Technologie Klonierung Teil 1: DNA mit Hilfe von Enzymen spezifisch schneiden Klonierung Teil 2: Das Verbinden von DNA aus unterschiedlicher Herkunft Die Trennung von Molekülen durch Gelelektrophorese Das Kopieren von DNA mittels PCR Das Lesen von Genen: DNA-Sequenzierung Die Entschlüsselung des menschlichen Genoms Genetisch veränderte Organismen Argumente für die Nutzung von GVO Bedenken bei der Nutzung von GVO 171 172 172 173 175 176 178 179 182 182 183 Teil /// Die Wett ist klein und Vernetzt 187 Kapitel 10 Erkundung der belebten Wett: Biodiversität und Klassifikation 189 Biodiversität: Die Stärke der biologischen Vielfalt und Unterschiedlichkeit Die Bedeutung der Biodiversität Die Bedrohung der Biodiversität durch menschliches Handeln Die Aussterben von Arten Grundpfeiler von Lebensgemeinschaften Indikatoren Der Erhalt der Biodiversität Das Leben bewusst wahrnehmen Rühmlose Helden: Die Bakterien Bakterienähnlich und doch anders: Die Archaeen Vertraute Lebensformen: Die Eukaryoten Der Baum des Lebens: Das Klassifikationssystem der Lebewesen Verwandtschaftsbeziehungen und Domänen Die Einteilung des Lebens in immer kleinere Gruppen Bedeutungsvolle Namensgebung Kapitel 11 Das Zusammenleben Von Organismen Ökosysteme bringen alles zusammen Biome: Lebensgemeinschaften Freund oder Feind: Wechselbeziehungen zwischen den Arten Die Untersuchung von Populationen Die Methoden der Populationsökologie Populationsdichte 189 190 190 192 192 193 193 194 195 195 196 198 199 200 203 2 05 205 206 208 209 209 209 Dispersion Populationsdynamik Überlebensrate und Überlebensmuster Das Wachstum von Populationen Das biotische Potenzial Faktoren, die das Wachstum von Populationen beeinflussen Die Aufnahmefähigkeit eines Lebensraumes Wachstumskurven Die Erdbevölkerung oder menschliche Population Das explosionsartige Wachstum der menschlichen Population Das demografische Übergangsmodell Energie- und Stoffkreisläufe in einem Ökosystem Der Fluss der Energie Energetische Grundregeln Die Energiepyramide Stoffkreisläufe in Ökosystemen Der hydrologische Kresilauf Der Kohlenstoffkreislauf Der Phosphorkreislauf Der Stickstoffkreislauf Kapitel 12 Die Entstehung Von Arten in einer Wett im Wandet Die Herkunft des Lebens - ein Blick in die Geschichte Wie Charles Darwin jahrhundertealte Annahmen über das Leben auf der Erde hinterfragte Was wir alles den Vögeln zu verdanken haben Darwins Theorie der biologischen Evolution Die natürliche Selektion Natürliche und künstliche Selektion im Vergleich Die Bedingungen, unter denen natürlichen Selektion stattfindet Die vier Arten der natürlichen Selektion Belege für die biologische Evolution Biochemie Vergleichende Anatomie Geografische Verteilung von Arten Molekularbiologie Fossile Funde Beobachtungen Datierung mit Hilfe von Radioisotopen Widerstreit der Meinungen: Biologische Evolution versus Kreationismus Die Evolution des Menschen Fossile Funde Spurensuche in der DNA Das große Gehirn von Homo sapiens 210 211 211 214 214 215 216 216 217 217 219 220 222 222 224 225 227 227 229 229 233 233 234 235 236 236 237 238 239 240 241 241 242 243 244 244 245 246 248 249 251 252 Teil W Struktur und Funktion des tierischen Lehens Unmengen Verschiedener Systeme 255 Kapitel 13 Oie Prinzipien der Physiologie 257 Physiologische Untersuchungen auf allen Ebenen des Lebens Die Grundlagen der Physiologie Die Evolution zur perfekten Form Abstimmung der Körperfunktionen zum Erhalt der Homeostase Die Übermittlung von Informationen über Plasmamembranen hinweg Die Steuerung von Aufnahme und Abgabe Kapitel 14 Belegend: Skelett - und Muskelsysteme Fortbewegung nach Art der Tiere Die Arten von Skelettsystemen Die Teile des Wirbeltierskelettes Knochen ist nicht gleich Knochen Gelenkig durch Gelenke Die Bedeutung der Muskeln Muskelgewebe und Muskelphysiologie Muskelkontraktion Kapitel 15 Atmungssystem und Kreislaufsystem Gasaustausch: Wie Tiere »atmen« Gasaustausch über das Integument Kiemen Tracheensysteme Lungen Was beim Atmen geschieht Das Prinzip der Diffusion Der Blutkreislauf: Nährstoffanlieferung und Abfallbeseitigung Offene Kreislaufsysteme Geschlossene Kreislaufsysteme Einfache Formen von Herzen Herz und Kreislaufsystem beim Wurm Herz und Kreislaufsystem beim Fisch Das menschliche Herz-Kreislaufsystem Der Herzzyklus 257 259 259 259 261 262 263 263 264 264 266 267 268 269 271 273 273 274 275 275 276 276 279 279 279 280 280 280 281 281 285 Der Weg des Blutes durch den Körper Der Lungenkreislauf: Anreicherung des Blutes mit Sauerstoff Der Körperkreislauf: Verteilung des sauerstoffreichen Blutes Austauschvorgänge im Bereich der Kapillaren Zeitgeber der Herzaktivität Blut: Saft des Lebens Feste Bestandteile des Blutes Rote Blutkörperchen Weiße Blutkörperchen Blutplättchen Das Blutplasma Die Blutgerinnung Kapitel 16 Oie Verdauunqs- und Ausscheidungssysteme (/an Tieren Die Aufnahme und Zerlegung der Nahrung Das Verdauungssystem: Was hinein gelangt und was herauskommt Unvollständiger und vollständiger Verdauungstrakt Kontinuierliche und diskontinuierliche Nahrungsaufnahme Das menschliche Verdauungssystem Der Mund: Nahrungsaufnahme bedeutet harte Arbeit Der Magen: Vorgänge im Sauren Der Dünndarm: ein langer und verschlungener Weg Die Nährstoffaufnahme Der Nährstofftransport im Körper Die Steuerung des Glukosespiegels im Blut Die Zusammenstellung einer Mahlzeit Kohlenhydrate: Zielobjekte vieler Essgelüste Proteine: Ketten werden aufgebrochen, um anschließend neue Ketten aufbauen zu können Fette: Maß zu halten, fällt manchem schwer Mineralien und Vitamine: Helfer von Enzymen Die Ausscheidung von Stoffen beim Menschen Die Ausscheidung fester Abfallstoffe durch den Dickdarm Die Ausscheidung stickstoffhaltiger Abfallstoffe durch die Nieren Kapitel 17 Das menschliche Ahu/ehrsystem Erfreuliche und weniger erfreuliche Begegnungen mit Mikroben Bakterien als Stütze der Gesundheit Bakterien als Feinde der Gesundheit Viren als Feinde der Gesundheit 286 286 286 287 288 289 289 290 290 291 291 292 293 293 295 295 295 296 297 298 298 300 300 301 302 303 303 306 306 307 307 309 313 313 313 314 315 Die angeborene Abwehr des Menschen Der wirksamste Schutz des Körpers: Haut und Schleimhäute Klein, aber mächtig: Abwehrmoleküle Professionelle Mikrobensucher: dendritische Zellen Immer hungrig nach Eindringlingen: Phagozyten Schadensbegrenzung: Entzündung Die Filterwirkung des Lymphsystems Die erworbene Abwehr des Menschen Immer dienstbereit: T-Helferzellen Immer auf Wanderschaft: B-Zellen und Antikörper Die Killer unter den Zellen: Zytotoxische T-Zellen Unterstützung des Abwehrsystems Antibiotika zur Abtötung von Bakterien Virale Hilfe bei der Bakterienbekämpfung Virenbekämpfung mit antiviralen Medikamenten Vorsprung gewinnen durch Impfstoffe Auswirkungen des Alterns auf das Immunsystem Kapitel 18 Das Nervensystem und das Hormonsystem Der komplizierte Aufbau des Nervensystems Die Unterschiede zwischen ZNS und PNS Die Struktur von Nervenzellen Die Signalverarbeitung durch Nervenzellen Reflexe: Handeln ohne nachzudenken Das Gehirn und die fünf Sinne Der Geruchssinn Der Geschmackssinn Das Gehör Das Sehvermögen Das Gefühl Die Ausbreitung von Nervenimpulsen Die Reizung einer Nervenzelle Die Reizübermittlung zwischen Nervenzellen Das Hormonsystem Die Wirkung von Hormonen Die allgemeinen Aufgaben von Hormonen Kapitel 19 Fortpflanzung bei Tieren Ungeschlechtliche Vermehrung Geschlechtliche Vermehrung 317 318 319 320 320 321 321 323 324 325 325 326 326 327 328 329 331 3 33 333 334 336 336 338 338 340 340 341 342 343 343 343 346 347 349 349 353 353 354 Die Gameten Spermatogenese: Die Erzeugung von Zellen, die sich schwimmend fortbewegen Oogenese: Die Erzeugung von Eizellen Das Paarungsverhalten und andere Vorbereitungen für den großen Moment Paarungszeiten Die Suche nach einem Paarungspartner Der Fortpflanzungszyklus des Menschen Die Erzeugung von Nachkommen beim Menschen Das menschliche Fortpflanzungssystem Der Geschlechtsverkehr Orgasmus Befruchtung Die Fortpflanzung bei Tieren Die menschliche Individualentwicklung Von einer einzelnen Zelle zur Blastozyste Die Embryonalentwicklung Die Fetalentwicklung und Geburt Differenzierung, Individualentwicklung und Determination Die Fähigkeit, zu jeder beliebigen Zelle werden zu können Faktoren, die Differenzierung und Individualentwicklung beeinflussen Geschlechtsdifferenzierung beim Menschen Die männliche Geschlechtsentwicklung Die weibliche Geschlechtsentwicklung Störungen der Geschlechtsentwicklung 354 355 356 357 357 358 359 362 363 363 364 365 366 367 368 369 370 371 372 373 374 375 375 376 Teil V Struktur und Funktion des pflanzlichen Lehens Es ist nicht leicht, grün zu sein 377 Kapitel 2 0 bas Leben einer Pflanze 379 Die Struktur von Pflanzen Pflanzengewebe Die Pflanzenarten Krautige und holzige Sprossachsen Die Versorgung mit dem, was zum Wachstum benötigt wird: Material und Energie Ungeschlechtliche Vermehrung bei Pflanzen Geschlechtliche Vermehrung bei Pflanzen Das Leben einer Pflanze Die Teile einer Blüte Die Bestäubung und Befruchtung bei Pflanzen Von der Zygote zum Embryo Samen als Schutz für den Pflanzenembryo 379 379 381 382 384 385 385 385 387 389 389 390 Kapitel 2 1 Einblicke in die Pflanzenphysiotoyie Der Transport von Nährstoffen, Flüssigkeiten und Zucker in Pflanzen Die Nährstoffe, die Pflanzen zum Überleben brauchen Der Aufwärtstransport von Wasser und Nährstoffen aus dem Boden Die Bewegung von Zucker durch das Phloem Die Kontrolle von Wasserverlusten Pflanzenhormone als Botenstoffe 391 391 391 393 394 396 398 vi Teil Oer Top-Ten-Teit 399 Kapitel 22 Zehn großartige Entdeckungen der Biologie 401 Die Aufklärung der Grundregeln der modernen Genetik Die Theorie der natürlichen Selektion Die Entdeckung des ersten Antibiotikums: Penicillin Der Pocken-Schutz des Menschen Die Aufklärung der DNA-Struktur Die Aufklärung und Bekämpfung von Erbdefekten Die Entdeckung der Blutgruppen Archaea - faszinierende Einzeller aus der Urzeit Die Entdeckung infektiöser Proteine - Prionen und Rinderwahnsinn (BSE) DNA-Vervielfältigung durch PCR Kapitel 23 Zehn Wege, a u f denen Biologie Ihr Leben beeinflusst Die Versorgung mit Nahrung Die Versorgung mit sauberem Wasser Die Nutzung fossiler Brennstoffe Mikrobielle Enzyme im Waschpulver Die Entstehung Antibiotika-resistenter Bakterien Das Aussterben von Arten Biologie + Technik - Bionik Grüne Gentechnik: Transgene Pflanzen Medizinische Gentechnik und Gene Pharming Impfobst und Impfgemüse - Schluckimpfung einmal anders Stichwortverzeichnis 401 401 402 402 403 403 404 404 405 406 h07 407 408 408 409 409 410 410 411 411 412 hl3
