Die Entstehung der Vielfalt des Lebens auf der Erde ist eng verbunden mit ihrer geologischen Entwicklung. Jede Doppelseite ist in Textinformation auf der linken und visuelle Darstellung auf der rechten Hälfte gegliedert.
Dieses inspirierende und motivierende Lehrbuch zeichnet fächerübergreifend ein beeindruckendes Gesamtbild der biologischen Vielfalt. Spannende Aspekte der Evolution der Erde und des Lebens werden durch interdisziplinäre Verknüpfung geowissenschaftlicher und biowissenschaftlicher Aspekte aus einer ganz neuen Perspektive anschaulich vermittelt. Der Schwerpunkt liegt hierbei – unter Einbeziehung aktuellster wissenschaftlicher Erkenntnisse – auf dem Verständnis von Konzepten und Mechanismen.
Dieses Buch richtet sich an Studierende der Bio- und Geowissenschaften und an alle an der Vielfalt des Lebens interessierten Leser. Das innovative Lehrbuchkonzept regt – gleichzeitig als Lesebuch, Bilderbuch und Lexikon der organismischen Biologie – sowohl Anfänger als auch Fortgeschrittene zu einem visuellen und intuitiven Lernen an. Jede Doppelseite bietet ein in sich geschlossenes, anschaulich bebildertes Kapitel mit themenbezogenem Glossar und weiterführenden Verweisen. Für Dozenten und Lehrer, für Schule und Hochschule bietet dieses Buch ein reichhaltiges Nachschlagewerk und einen umfassenden Fundus an didaktisch durchdachten und lernfreundlich illustrierten Lehrmaterialien.
Der Inhalt reicht
* von der Entstehung der Erde über die geowissenschaftlichen Rahmenbedingungen und die Verknüpfung zwischen biologischer und geologischer Evolution bis zur Entstehung des Menschen* von grundlegenden Mechanismen der Entstehung und Erhaltung der Diversität bis zur globalen Verteilung der heutigen Biodiversität* von den Anfängen der biologischen Systematik in der griechischen Philosophie und der Bibel über die darwinsche Evolution und die Struktur und Funktion von Arten und Organismen bis zu den modernen Erkenntnissen der Megasystematik und Phylogenie.Mit diesem einzigartigen Konzept verschafft dieses Lehrbuch einen soliden Überblick über die Erdgeschichte und Biodiversität. Die Verknüpfung der verschiedenen Fachdisziplinen fördert das Verständnis übergeordneter Prinzipien und naturwissenschaftlicher Zusammenhänge.
Prof. Dr. Jens Boenigk und Dr. Sabina Wodniok sind Dozenten für Biodiversität und Botanik an der Universität Duisburg-Essen.
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1 Einleitung 1
1.1 Wie benutze ich dieses Buch? 2
1.2 Biodiversität 4
1.3 Leben 6
1.4 Die Art 8
2 Erdgeschichte 11
2.1 Geowissenschaftliche Grundlagen 12
2.1.1 Bau und Entstehung der Erde 14
2.1.1.1 Schalenbau der Erde 16
2.1.1.2 Plattentektonik 18
2.1.2 Gesteinsbildende Prozesse 20
2.1.2.1 Magmatismus und magmatische Gesteine 22
2.1.2.2 Verwitterung, Erosion, Sedimentation und Sedimentgesteine 24
2.1.2.3 Carbonatgleichgewicht und Carbonate 26
2.1.3 Erdzeitalter 28
2.2 Präkambrium 30
2.2.1 Archaikum 32
2.2.1.1 Chemische Evolution und Entstehung des Lebens 34
2.2.1.2 RNA-Welt-Hypothese und Zellentstehung im Archaikum 36
2.2.1.3 Kohlenstoffmetabolismus im Archaikum: Gärung 38
2.2.1.4 Evolution der Photoautotrophie im Archaikum: Energetik der anoxygenen und oxygenen Photosynthese 40
2.2.1.5 Evolution der Photoautotrophie im Archaikum: Kompartimentierung 42
2.2.2 Proterozoikum 44
2.2.2.1 Biogene und geochemische Rückkopplung der proterozoischen Sauerstoffevolution 46
2.2.2.2 Klimatische Folgen der Sauerstoffevolution: die huronische Vereisung (2,4-2,1 Mrd Jahre) 48
2.2.2.3 Metabolische Folgen der Sauerstoffevolution: cytotoxische Wirkung 50
2.2.2.4 Metabolische Folgen der Sauerstoffevolution: aerobe Atmung 52
2.2.2.5 Entstehung der eukaryotischen Zelle im Mesoproterozoikum 54
2.2.2.6 Entstehung eukaryotischer Algen im Mesoproterozoikum 56
2.2.2.7 Die "langweilige Milliarde" (1,85-0,85 Mrd Jahre) 58
2.2.2.8 Evolution der komplexen Vielzelligkeit im Neoproterozoikum 60
2.2.2.9 Die neoproterozoischen Vereisungen (0,85-0,72 Mrd Jahre) 62
2.3 Phanerozoikum 64
2.3.1 Überblick über das Phanerozoikum 66
2.3.1.1 Plattentektonik und Klimaentwicklung des Phanerozoikums 68
2.3.1.2 Fossillagerstätten 70
2.3.1.3 Fossilisation: die Entstehung von Fossilien 72
2.3.1.4 Geochronologie und Stratigraphie 74
2.3.1.5 Benennung und biostratigraphische Definition der Systeme des Phanerozoikums 76
2.3.2 Fossile Biodiversität 78
2.3.2.1 Foraminifera 80
2.3.2.2 Riffbildner 82
2.3.2.3 Cephalopoda 84
2.3.2.4 Benthische Filtrierer. Brachiopoda und Bivalvia 86
2.3.2.5 Trilobita 88
2.3.2.6 Echinodermata 90
2.3.2.7 Graptolithen und Conodonten 92
2.3.2.8 Wirbeltiere 94
2.3.2.9 Landpflanzen 96
2.3.3 Paläozoikum 98
2.3.3.1 Ediacarium und Präkambrium-Phanerozoikum-Grenze 100
2.3.3.2 Evolution von Skelettelementen 102
2.3.3.3 Kambrium 104
2.3.3.4 Ordovizium 106
2.3.3.5 Silur 108
2.3.3.6 Landgänge 110
2.3.3.7 Devon 112
2.3.3.8 Karbon 114
2.3.3.9 Perm 116
2.3.3.10 Entwicklung des Kormus 118
2.3.3.11 Zunehmende Reduktion der haploiden Generation (Gametophyt) 120
2.3.3.12 Zunehmende Dominanz der diploiden Generation (Sporophyt) 122
2.3.4 Mesozoikum 124
2.3.4.1 Trias 126
2.3.4.2 Anpassung der Fortpflanzungsbiologie an das Landleben 128
2.3.4.3 Jura 130
2.3.4.4 Saurier 132
2.3.4.5 Kreide 134
2.3.4.6 Evolution der Bestäubungsbiologie 136
2.3.5 Känozoikum 138
2.3.5.1 Paläogen 140
2.3.5.2 Neogen 142
2.3.5.3 Evolution der C4-Photosynthese 144
2.3.5.4 Physiologische Effizienz der C4- und CAM-Photosynthese 146
2.3.5.5 Quartär 148
2.3.5.6 Die känozoische Eiszeit 150
2.3.5.7 Hominisation 152
2.3.5.8 Zukunft 154
3 Verteilung der heutigen Biodiversität 157
3.1 Grundlagen der biogeographischen Verbreitung von Taxa 158
3.1.1 Artbeschreibung 160
3.1.2 Artkonzepte 162
3.1.3 Molekulare Diversität: Barcoding und OTUs 164
3.1.4 Biodiversitätsindizes 166
3.1.5 Räumliche Verteilung von Biodiversität 168
3.1.6 Grenzen des Artbegriffs: Viren 170
3.1.7 Grenzen des Artbegriffs: Flechten 172
3.2 Verteilung der Biodiversität 174
3.2.1 Muster und Mechanismen 176
3.2.1.1 Hotspots der Biodiversität 178
3.2.1.2 Ökologische Nische 180
3.2.1.3 Mechanismen der Artbildung 182
3.2.1.4 Inselbiogeographie 184
3.2.1.5 Globale Gradienten der Artenvielfalt 186
3.2.1.6 Biogeographie von Mikroorganismen 188
3.2.1.7 Neobiota 190
3.2.1.8 Känozoisches Massensterben 192
3.2.2 Biogeographische Regionen 194
3.2.2.1 Globale Niederschlags- und Temperaturverteilung 196
3.2.2.2 Globale Windsysteme und Klimazonen 198
3.2.2.3 Tundra 200
3.2.2.4 Taiga 202
3.2.2.5 Temperate Wälder 204
3.2.2.6 Temperate Grasländer 206
3.2.2.7 Montane Grasländer und überflutete Grasländer 208
3.2.2.8 Mediterranes Biom 210
3.2.2.9 Temperate und heiße Wüsten 212
3.2.2.10 Subtropische und tropische Grasländer 214
3.2.2.11 Subtropische und tropische Trockenwälder 216
3.2.2.12 Tropische Regenwälder 218
3.2.2.13 Standgewässer 220
3.2.2.14 Fließgewässer 222
3.2.2.15 Ozeane und Meere 224
4 Megasystematik 227
4.1 Grundlagen der Megasystematik 228
4.1.1 Historische und phylogenetische Grundlagen 230
4.1.1.1 Grundlage der modernen Systematik: Carl von Linne 232
4.1.1.2 Grundlage der modernen Phylogenie: Darwin und Pasteur 234
4.1.1.3 Was ist eine Pflanze? 236
4.1.1.4 Was ist ein Tier? 238
4.1.1.5 Was ist ein Pilz? 240
4.1.1.6 Phylogenetische Stammbäume 242
4.1.1.7 Kladogramme und Phylogramme 244
4.1.1.8 Molekulare Oiversität der eukaryotlschen Großgruppen 246
4.1.2 Die drei Domänen 248
4.1.2.1 Bacteria 250
4.2.2.2 Archaea 252
4.1.2.3 Eukarya 254
4.1.2.4 Eukarya: Zelluläre Strukturen 256
4.2 Unikonta (= Amorphea) 258
4.2.1 Holozoa 260
4.2.1.1 Choanomonada 262
4.2.1.2 Porifera 264
4.2.1.3 Placozoa, Cnidaria, Ctenophora 266
4.2.1.4 Protostomia 268
4.1.2.5 Ecdysozoa 270
4.2.1.6 Spiralia 272
4.2.1.7 Deuterostomia 274
4.2.1.6 Gnathostomata 276
4.2.1.9 Amniota 278
4.2.2 Holomycota 280
4.2.2.1 Microsporidia und Chytridiomycota 282
4.2.2.2 Glomeromycota: Arbuskuläre Mykorrhiza-Pilze 284
4.2.2.3 Zygosporenbildende Pilze 286
4.2.2.4 Ascomycota 288
4.2.2.5 Basidiomycota 290
4.2.3 Amoebozoa 292
4.2.3.1 Conosa 294
4.3 Excavata 296
4.3.1 Metamonada 298
4.3.2 Discoba 300
4.3.2.1 Euglenozoa: Euglenida 302
4.3.2.2 Euglenozoa: Kinetoplastea 304
4.4 Archaeplastida 306
4.4.1 Glaucocystophyta 308
4.4.2 Rhodophyta 310
4.4.3 Viridiplantae 312
4.4.3.1 Streptophyta 314
4.4.3.2 Basale Embryophyten: "Moose" 316
4.4.3.3 Rhyniophytina und Lycopodiophytina 318
4.4.3.4 Monilophyten 320
4.4.3.5 Gymnospermen 322
4.4.3.6 Magnoliopsida I: Übersicht 324
4.4.3.7 Basale Magnoliopsida und Monokotyledonae 326
4.4.3.8 Eudikotyledonen I: Rosiden 328
4.4.3.9 Eudikotyledonen II: Ästenden 330
4.5 Rhizaria 332
4.5.1 Cercozoa 334
4.5.2 Retaria 336
4.5.2.1 Foraminifera 338
4.6 Alveolata und Stramenopiles 340
4.6.1 Alveolata 342
4.6.1.1 Ciliophora 344
4.6.1.2 Dinophyta 346
4.6.1.3 Apicomplexa 348
4.6.2 Stramenopiles 350
4.6.2.1 Peronosporomycetes (Oomycetes) 352
4.6.2.2 Phaeophyceae 354
4.6.2.3 Chrysophyceae 356
4.6.2.4 Bacillariophyceae 358
4.7 Hacrobia und incertae sedis Eukaryota 360
4.7.1 Haptophyta 362
4.7.2 Cryptophyta 364
Glossar 367
Abbildungsnachweis 379
Index 387