Das Nachschlagewerk aus der Reihe „Basiswissen Schule“ umfasst alle Inhalte des Biologieunterrichts der Sekundarstufe II.
Angefangen mit den Zielen und Methoden der Biologie werden in einzelnen Kapiteln die Teilbereiche des Faches behandelt: von den Grundlagen des Lebens über die Neurobiologie, Genetik und Fortpflanzung bis hin zur Evolutions- und Verhaltensbiologie und Ökologie.
[...] zur optimalen Vorbereitung auf das Abitur.
/ AUS DEM INHALT: / / /
1.1 Das "biologische Zeitalter" 10
1.1.1 Die Biologie bestimmt unser Leben 10
1.1.2 Alle Lebewesen haben gemeinsame Kennzeichen 11
1.1.3 Lebensprozesse finden auf verschiedenen Ebenen statt 12
1.2 Die Entwicklung der Biologie als Wissenschaft 14
1.2.1 Griechische Naturphilosophen waren die ersten Naturwissenschaftler 14
1.2.2 Renaissance - die Wiedergeburt der Naturwissenschaften in Europa 15
1.2.3 Seit der Aufklärung geht man den Phänomenen auf den Grund 16
1.2.4 Linné liefert ein Ordnungssystem für die biologische Vielfalt 18
1.2.5 Darwins Evolutionstheorie erklärt die biologische Vielfalt 19
1.2.6 Lebensprozesse lassen sich auf molekularer Ebene erklären 21
1.2.7 Die Wechselwirkungen der Biosphäre werden erforscht 23
1.3 Biowissenschaften 24
1.3.1 Die Biowissenschaften werden in viele Teildisziplinen unterteilt 24
1.3.2 Die Biologie gründet auf speziellen Denk- und Arbeitsweisen 25
1.3.3 Andere Naturwissenschaften liefern Grundlagen für biologische Forschung 43
1.3.4 Zwischen der Naturwissenschaft Biologie und den Geisteswissenschaften gibt es viele Verbindungen 44
1.3.5 Aus Biologie und Nachbardisziplinen sind Brückenwissenschaften entstanden 45
2.1 Kohlenstoff - das Element des Lebens 48
2.1.1 Chemische Gesetze bestimmen das Leben 48
2.1.2 Diamant und Nanoröhrchen - Kohlenstoff ist vielgestaltig 50
2.1.3 Die Vielfalt der Kohlenstoffverbindungen ermöglicht das Leben 51
2.2 Wasser - das Medium des Lebens 55
2.2.1 Das Wassermolekül ist ein Dipol 55
2.2.2 Wassermoleküle können sich in Ionen aufspalten 58
2.3 Makromoleküle - der Anfang der Vielfalt 59
2.3.1 Proteine sind die vielgestaltigsten Makromoleküle 59
2.3.2 Kohlenhydrate sind Energiespeicher und Baustoffe 64
2.3.3 Lipide sind nicht wasserlöslich 68
2.3.4 Nucleinsäuren sind die Träger der genetischen Information 72
2.3.5 Porphyrine und Terpene sind andere bedeutende Biomoleküle 74
2.4 Zellen und Zellbestandteile 78
2.4.1 Zellen sind die Grundbausteine der Lebewesen 78
2.4.2 Membranen grenzen ab und schaffen Räume 80
2.4.3 Fädige Strukturen stabilisieren und bewegen 84
2.4.4 Procyten sind die Zellen der Prokaryoten 85
2.4.5 Eucyten enthalten Kerne und Organellen 88
2.5 Von Zellen zu Geweben und Organen 97
2.5.1 Zellen entstehen durch Teilung aus Zellen 97
2.5.2 Aus Einzellern werden Vielzeller 100
2.5.3 Vielzeller haben differenzierte Zellen 100
3.1 Energieumsatz bei Stoffwechselvorgängen 106
3.1.1 Lebewesen brauchen Energie und Baustoffe 106
3.1.2 Organismen leben von freier Energie 107
3.1.3 ATP ist ein universeller Energieüberträger 109
3.1.4 Der Energieumsatz lässtsich mit Kalorimetern ermitteln . 110
3.2 Enzyme - die Katalysatoren im Organismus 111
3.2.1 Enzyme beseitigen Barrieren 111
3.2.2 Enzym und Substrat bilden einen Komplex 112
3.2.3 Verschiedene Bedingungen beeinflussen die Enzymaktivität 113
3.3 Abbauender Stoffwechsel 116
3.3.1 Die Zellatmung setzt Energie frei 116
3.3.2 Gärungen sind anaerober Nährstoffabbau 121
3.4 Aufbauender Stoffwechsel 122
3.4.1 Die Fotosynthese ist die Grundlage des Lebens 122
3.4.2 Chemosynthese nutzt Energie chemischer Reaktionen 128
3.4.3 Heterotrophe Assimilation nutzt organische Nährstoffe .129
3.4.4 Lebewesen können chemische Energie speichern 130
3.5 Stofftransport bei Pflanzen 132
3.5.1 Pflanzen nutzen Stoffe aus der Luft und aus dem Boden 132
3.5.2 Wurzeln nehmen Wasser und Mineralsalze auf 134
3.5.3 Wasser- und lonentransport beruhen auf einem Durchflusssystem 136
3.5.4 Spaltöffnungen regeln die Wassertranspiration 137
3.5.5 Organische Substanzen werden in Siebzellen transportiert 138
3.6 Verdauung, Atmung und Stofftransport bei Tieren 139
3.6.1 Nährstoffaufnahme setzt Verdauung voraus 139
3.6.2 Kompakte Tierkörper brauchen Atmungsorgane 144
3.6.3 Bei Tieren sorgt ein Kreislaufsystem für raschen Transport 145
3.6.4 Ausscheidungsorgane entsorgen Schadstoffe 148
4.1 Erregung und Erregungsleitung
4.1.1 Erregungen sind an Membranpotenziale gebunden 152
4.1.2 Umweltreize können Algen-und Pflanzenzellen erregen 153
4.1.3 Tiere haben für Erregung spezialisierte Zellen 154
4.1.4 Der Bau der Nervenzelle bestimmt ihre Leitungsgeschwindigkeit 158
4.1.5 Erregungsübertragung zwischen Zellen erfolgt über Synapsen 159
4.1.6 Erregungsübertragung ermöglicht Reaktion auf Umweltreize 161
4.2 Sinnesorgane 162
4.2.1 Sinnesorgane sind die Tore zur Umwelt 162
4.2.2 Der Lichtsinn reagiert auf elektromagnetische Wellen 164
4.2.3 Der Schallsinn nimmt Druckschwankungen wahr 166
4.2.4 Der Gleichgewichtssinn reagiert auf Lage und Bewegung 167
4.2.5 Die Haut ist das größte Sinnesorgan 168
4.2.6 Geruchs- und Geschmackssinne reagieren auf chemische Stoffe 169
4.2.7 Elektrischen Sinn und Magnetsinn hat nicht jeder 169
4.3 Informationsverarbeitung und -speicherung 170
4.3.1 Nervensysteme von Wirbellosen (Invertebraten) 170
4.3.2 Nervensystem der Wirbeltiere (Vertebraten) 171
4.3.3 Gedächtnis, Sprache, Bewusstsein 175
4.3.4 Im Schlaf ist die Wahrnehmung der Umwelt reduziert 177
4.3.5 Psychoaktive Stoffe beeinflussen die Nervenfunktionen 178
4.4 Muskel und Bewegung 181
4.4.1 Muskelzellen sind auf Bewegung spezialisiert 182
4.4.2 Viele Motoneuronen steuern die Muskeln 185
4.5 Hormone 186
4.5.1 Hormone sind chemische Signale 186
4.5.2 Nerven- und Hormonsystem wirken zusammen 187
4.5.3 Die Metamorphose der Insekten ist hormongesteuert 190
4.5.4 Phytohormone sind Pflanzenhormone 190
4.5.5 Pheromone sind Signalstoffe zwischen verschiedenen Individuen 191
5.1 Molekulare Grundlagen der Vererbung 194
5.1.1 Nucleinsäuren tragen die genetische Information 194
5.1.2 DNA-Replikation ist die Voraussetzung für Vererbung 198
5.1.3 Die DNA-Sequenz wird in Aminosäuresequenzen übersetzt 201
5.1.4 Die Genaktivität wird reguliert 205
5.1.5 Trotz gleicher Gene gibt es Unterschiede 209
5.1.6 Mutationen können die Gene verändern 211
5.2 Vererbungsregeln und ihre Anwendung 217
5.2.1 Ein Erbsenzähler entdeckte die Vererbungsregeln 217
5.2.2 Die Gene liegen in den Chromosomen 220
5.2.3 Auch für Menschen gelten die Vererbungsregeln 222
5.2.4 Erbkrankheiten sind oft auf Mutationen zurückzuführen 226
5.2.5 Chromosomenaberrationen führen zu komplexen Veränderungen 228
5.3 Gentechnik 232
5.3.1 Gentechnik basiert auf gezielter genetischer Veränderung 232
5.3.2 Verschiedene Methoden sind Voraussetzungen für Gentechnik 238
5.3.3 Transgene Organismen können vielseitig genutzt werden 244
5.3.4 Gentechnik ermöglicht Genomanalysen 246
5.3.5 Gentherapie soll helfen, Erbkrankheiten zu heilen 248
6.1 Fortpflanzung 252
6.1.1 Fortpflanzung ist oft mit Vermehrung verbunden 252
6.1.2 Ungeschlechtliche Fortpflanzung beruht auf Mitosen 252
6.1.3 Geschlechtliche Fortpflanzung beinhaltet Befruchtung und Méiose 253
6.2 Niedere Organismen 255
6.2.1 Bei Prokaryoten sind Vermehrung und Genaustausch nicht gekoppelt 255
6.2.2 Protisten haben unterschiedliche Fortpflanzungsweisen 256
6.2.3 Pilze haben oft komplizierte Fortpflanzungssysteme 258
6.3 Steuerung der Entwicklung bei Pflanzen und Tieren 259
6.3.1 Zygoten differenzieren sich zu vielzelligen Lebewesen 259
6.3.2 Pflanzen entwickeln sich aus Meristemen 260
6.3.3 Genschalter steuern die Entwicklung der Tiere 262
6.3.4 Die Keimesentwicklung des Menschen endet mit der Geburt 269
6.4 Reproduktionstechnologie 271
6.4.1 Pflanzen lassen sich aus isolierten Zellen regenerieren 271
6.4.2 Auch Tiere lassen sich klonen 272
6.4.3 Die Reproduktionstechnologie hat auch medizinische Bedeutung 273
7.1 Gesundheit und Krankheit 276
7.2 Infektionskrankheiten des Menschen 278
7.2.1 Infektionskrankheiten werden durch Krankheitserreger verursacht 278
7.2.2 Prionen - Moleküle können anstecken 280
7.2.3 Viren können Zellen umprogrammieren 281
7.2.4 Bakterien können zerstören und vergiften 284
7.2.5 Pilze befallen vor allem Haut und Schleimhäute 286
7.2.6 Malaria wird von einem Protisten verursacht 287
7.2.7 Parasitische Tiere können Krankheiten verursachen und übertragen 289
7.3 Immunreaktion 291
7.3.1 Die unspezifische Immunabwehr bildet Barrieren gegen Krankheitserreger 291
7.3.2 Die spezifische Immunreaktion entwickelt sich im Kontakt mit Erregern 294
7.3.3 Impfungen aktivieren das Immunsystem 300
7.3.4 Das Immunsystem kann sich gegen den eigenen Körper richten 302
7.3.5 Allergien entstehen durch eine Überreaktion des Immunsystems 303
7.4 Pflanzliche Abwehrsysteme 306
7.4.1 Pflanzen können sich mechanisch und chemisch wehren 306
7.4.2 Der Pflanzenschutz nutzt die Abwehrsysteme der Pflanzen 307
8.1 Zur Geschichte des Evolutionsgedankens 310
8.1.1 Die Evolutionstheorie hatte geistige Vorläufer 310
8.1.2 Leben ist aus unbelebter Materie entstanden 315
8.2 Indizien für die Evolution der Organismen 319
8.2.1 Molekularbiologie und Biochemie sprechen für einen gemeinsamen Ursprung der Lebewesen 319
8.2.2 Fossilien sind Zeugnisse der Stammesgeschichte 323
8.2.3 Übergangsformen belegen mögliche Verwandtschaften 325
8.2.4 Lebende Fossilien gewähren Einblick in die vergangenen Erdepochen 326
8.2.5 Die Keimesentwicklung gibt Hinweise auf die Stammesentwicklung 326
8.2.6 Homologien und Analogien können durch die Evolution erklärt werden 327
8.2.7 Funktionslose Strukturen lassen sich stammesgeschichtlich erklären 329
8.3 Evolutionsfaktoren und ihre Wirkung 332
8.3.1 Die Synthetische Theorie der Evolution stützt sich auf Populationsgenetik und Ökologie 332
8.3.2 Die Evolutionstheorie wird weiterentwickelt 335
8.3.3 Einige Vorstellungen stehen im Widerspruch zur Synthetischen Theorie 337
8.4 Symbiogenese 338
8.4.1 Leben heißt Zusammenleben 338
8.4.2 Lebewesen konkurrieren und kooperieren 339
8.4.3 Eukaryoten entstanden durch Endosymbiose 346
8.5 Stammesgeschichte und Vielfalt der Lebewesen 349
8.5.1 Genetische Veränderungen prägen den Evolutionsverlauf in Populationen 349
8.5.2 Die Stammbaumforschung untersucht die Verwandtschaft der Lebewesen 352
8.6 Gliederung der Vielfalt (Systematik) 356
8.6.1 Die Art ist die Grundeinheit des Systems 356
8.6.2 Domäne Archaea - Erinnerungen an die Urerde? 361
8.6.3 Domäne Bacteria - Allgegenwärtige Alleskönner 362
8.6.4 Domäne Eukarya - Neue Qualitäten durch Symbiose 363
8.6.5 Reich Plantae - Festgewachsene Sonnenkraftwerke 365
8.6.6 Reich Fungi- Fädig und auf organische Nährstoffe angewiesen 372
8.6.7 Reich Animalia - Hungrig und beweglich 376 Überblick 384
8.7 Evolution des Menschen 385
8.7.1 Der Mensch gehört zu den Primaten 385
8.7.2 Fossilien helfen, die Evolution des Menschen zu rekonstruieren 388
8.7.3 Gibt es Menschenrassen? 393
8.7.4 Die Kulturevolution bestimmt die Entwicklung der Menschheit 395
9.1 Ziele und Methoden der Verhaltensbiologie 398
9.1.1 Die Verhaltensbiologie ist sehr vielschichtig 398
9.1.2 Die Verhaltensbiologie untersucht das individuelle Verhalten 400
9.1.3 Verhalten lässt sich katalogisieren 403
9.1.4 Kenntnisse über Verhaltensweisen lassen sich in der Praxis nutzen 405
9.2 Entwicklung des Verhaltens 407
9.2.1 Verhaltensentwicklung wird von Genen und Umwelt geprägt 407
9.2.2 Jungtiere besitzen spezifische Verhaltensweisen 408 Überblick 409
9.3 Mechanismen des Verhaltens 410
9.3.1 Bewegungen sind koordiniert 410
9.3.2 Einige Verhaltensweisen sind angeboren 410
9.3.3 Es gibt eine Vielfalt von Lernformen 413
9.4 Angepasstheit des Verhaltens 417
9.4.1 Angepasstes Verhalten steigert den Reproduktionserfolg 417
9.4.2 Kommunikation ermöglicht gegenseitige Verhaltensbeeinflussung 419
9.4.3 Soziale Strukturen bieten Vorteile 420
9.4.4 Konflikte bewirken besondere Verhaltensweisen 422
9.4.5 Fortpflanzungsverhalten verbessert den Fortpflanzungserfolg 424
9.4.6 Ist die Sonderstellung des Menschen eine überholte Vorstellung? 427
10.1 Lebewesen in ihrer Umwelt 430
10.1.1 Umweltfaktoren begrenzen die Lebensfähigkeit 430
10.1.2 Abiotische Umweltfaktoren sind Einwirkungen der unbelebten Natur 431
10.1.3 Biotischen Umweltfaktoren gehen von anderen Lebewesen aus 435
10.2 Aufbau der Biosphäre 438
10.2.1 Der Energiefluss durch die Biosphäre ermöglicht die Stoffkreisläufe 438
10.2.2 Ökosysteme sind die Funktionseinheiten der Biosphäre 446
10.2.3 Ökosysteme entwickeln und verändern sich 450
10.2.4 Wälder sind typische Ökosysteme Mitteleuropas 452
10.2.5 Seen sind gut abgegrenzte Ökosysteme 454
10.3 Populationsökologie 458
10.3.1 Populationen wachsen und schrumpfen 458
10.3.2 Populationen unterscheiden sich im Altersaufbau 460
10.3.3 Die Umwelt reguliert die Populationsdichte 461
10.4 Mensch und Biosphäre 464
10.4.1 Wie lange kann die Weltbevölkerung wachsen? 464
10.4.2 Natürliche Ressourcen sind begrenzt 466
10.4.3 Abfallstoffe belasten Luft, Wasser und Boden 468
10.4.4 Abfälle können verringert werden 471
10.5 Natur- und Umweltschutz 474
10.5.1 Natur und Umwelt müssen planmäßig geschützt werden 474
10.5.2 Der Erhalt der Biodiversität ist primäres Naturschutzziel 475
10.5.3 Wirksamer Natur- und Umweltschutz benötigt Gesetze 477
Register 483
Bildquellenverzeichnis 496