Umfassende Übersicht zur theoretischen Biologie für Studierende und Lehrende.
Der renommierte Tierphysiologe Heinz Penzlin bespricht in einem umfassenden Überblick die Einzigartigkeit lebendiger Systeme in unserer Welt. Bestimmte Stoffe und ein thermodynamisch offener Charakter der Systeme fernab vom Gleichgewicht sind zwar notwendige, aber noch keineswegs hinreichende Bedingungen für die Existenz von „Leben“. Lebendige Systeme unterscheiden sich von anorganischen nicht darin, dass sie eine andere Physik und Chemie oder einen zusätzlichen „Faktor“ besitzen, sondern darin, dass sie eine interne Organisation verkörpern und selbsttätig aufrechterhalten, die nicht nur umfangreiche Stoff- und Energieumsätze, sondern auch komplexe Informationstransfers erfordert.
Gegenstand dieser Übersicht zu den Grundlagen der Theoretischen Biologie sind die Prinzipien und Gesetzmäßigkeiten, die alle Lebewesen - trotz ihrer enormen Formenvielfalt – gleichermaßen kennzeichnen.
/ AUS DEM INHALT: / / /
1 Individualität 1
1.1 Der Lebensbegriff und die Biologie 3
1.2 Die animistische Weltsicht 6
1.3 Die Entdeckung des Organischen: ARISTOTELES 7
1.4 Der cartesianische Schnitt und seine Folgen 9
1.5 Lebendiges ist allgegenwärtig 13
1.6 Omne vivum e vivo 14
1.7 Das teleologische Denken 17
1.8 Das Faktum des Zweckmäßigen 21
1.9 Der Ursprung des Zweckmäßigen 25
1.10 Die Teleonomie und Zielgerichtetheit 27
1.11 Die Frage nach dem "Wozu" 29
1.12 Teleonomie und Kybernetik 30
1.13 Der ontologische Reduktionismus (Physikalismus) 34
1.14 Die Konzepte einer Lebenskraft (Vitalismus) 42
Literatur 46
2 Zelle 51
2.1 Die Zelle als Elementarorganismus 52
2.2 Molekulartheorien des Lebens 54
2.3 Die Plasmamembran trennt innen und außen 58
2.4 Zwei Zelltypen 63
2.5 Die "Minimalzelle" 67
2.6 Synthetische Biologie 69
2.7 Omnis cellula e cellula 71
2.8 Der vielzellige Organismus 76
2.9 Bei Pflanzen herrschen besondere Bedingungen 80
2.10 Viren sind keine Organismen 81
Literatur 84
3 Evolution 89
3.1 Die biologische Art (Biospezies) 90
3.2 Diversität - wie viele Arten? 93
3.3 Darwins Theorie .' 99
3.4 Darwinismus und Evolutionismus 102
3.5 Evolution hat kein Ziel 105
3.6 Die "moderne Synthese" 110
3.7 Die natürliche Selektion als allgemeines Prinzip 112
3.8 Die Artbildung (Speziation) 116
3.9 DieNeutralisten-Selektionisten-Kontroverse 121
3.10 Präbiotische Entstehung organischer Bausteine 123
3.11 Eine primordiale RNA-Welt? 127
3.12 Individualisierung: Ursprung einer Proto-Zelle 129
3.13 Der Ursprung der eukaryotischen Zelle 132
3.14 Der universelle Stammbaum der Organismen 137
Literatur 140
4 Dynamik 149
4.1 Organismen existieren nur bei ständiger Selbsterneuerung 150
4.2 Der stationäre Zustand 152
4.3 Selbsterneuerungsraten 156
4.4 Entropie und Ordnung 159
4.5 Entropie und Leben 161
4.6 Systeme unter gleichgewichtsfernen Bedingungen 164
4.7 Dissipative Strukturen 168
4.8 Biologische dissipative Strukturen 171
4.9 Konservative Strukturen 174
Literatur 178
5 Energetik 183
5.1 Ernährungsstrategien 184
5.2 Lebewesen ernähren sich von freier Enthalpie 188
5.3 Der Energieerhaltungssatz 190
5.4 Energiebilanzen 193
5.5 Die biologische Oxidation und die Elektronen-Carrier 196
5.6 Das ATP als "universelle Energiewährung" 198
5.7 Glykolyse: Substratkettenphosphorylierung 203
5.8 Citratzyklus und Atmungskette 205
5.9 ATP-Synthase: oxidative Phosphorylierung 209
5.10 Licht als primäre Energiequelle: Photophosphorylierung 211
Literatur 218
6 Organisation 221
6.1 Der Metabolismus als Daseinsweise der Organismen 223
6.2 Der Metabolismus als Interaktom 227
6.3 Erscheinungen der Cryptobiose 231
6.4 Das Wasser 233
6.5 Die Proteine als die "intelligenten" Moleküle 237
6.6 Der Metabolismus ist organisiert 241
6.7 Molekulare Komplementarität 244
6.8 Ohne Enzyme geht es nicht 247
6.9 Der Metabolismus ist reguliert 252
6.10 Allosterische Enzyme 255
6.11 Schrittmacherreaktionen 258
6.12 Der Metabolismus erfordert Strukturen 260
Literatur 264
7 Information 269
7.1 Die molekularbiologische Revolution und die neue Begrifflichkeit 270
7.2 Signal, Nachricht und Information 273
7.3 Shannons mathematische Theorie der Kommunikation 277
7.4 Information und Entropie 280
7.5 Die Interzelluläre Kommunikation 284
7.6 Signaltransduktion durch membranständige Rezeptorproteine 287
7.7 Intrazelluläre Signalkaskaden 292
7.8 Steuerung und Vernetzung der Signalkaskaden 298
7.9 Der genetische "Informationstransfer" und die Embryogenese 300
Literatur 301
8 Spezifität 305
8.1 Proteine bedürfen zu ihrer Neubildung einer Matrize 306
8.2 DNA als Träger genetischer Spezifität 307
8.3 Die Replikation der DNA 310
8.4 Die Ribonucleinsäuren (RNAs) 311
8.5 Die Transkription und ihre Kontrolle 315
8.6 Der genetische Code 320
8.7 Die Protein-Biosynthese (Translation) 323
8.8 Die Struktur des Genoms 328
8.9 Das Genom als interaktives Netzwerk 333
8.10 Das zentrale molekularbiologische Dogma 336
Literatur 338
9 Formbildung 341
9.1 Epigenese vs. Präformation 342
9.2 Auf dem Wege zu einer Theorie der Entwicklung 346
9.3 Entwicklung ist progressives, koordinatives Zellverhalten 348
9.4 Furchung 351
9.5 Gastrulation 357
9.6 Determination 359
9.7 Differenzierung und die Frage ihrer Reversibilität 363
9.8 Asymmetrische Zellteilung - Mosaikentwicklung 367
9.9 Abhängige Differenzierung: Induktion 371
9.10 Regionalisierung durch stoffliche Gradienten 374
9.11 Die homöotischen Selektorgene 378
9.12 Programmierter Zelltod (Apoptose) 383
9.13 Das Beispiel Dictyostelium discoideum 384
9.14 Ex DNA omnia?. 387
Literatur 389
10 Autonomie 395
10.1 Das Paradigma der Selbstorganisation 396
10.2 Der Schichtenaufbau der realen Welt 399
10.3 "Leben" als emergente Erscheinung 402
10.4 Biologie und Physik - Grenzen des Theorien-Reduktionismus 405
10.5 Biologie als autonome Wissenschaft 408
10.6 Wissenschaft und Erkenntnis 411
10.7 Wissenschaft und Weltanschauung 415
10.8 Versuch eines Resümees 418
Literatur 421
Sachverzeichnis 425
Personenverzeichnis 433