Spannende Fragen aus Alltag und gegenwärtiger Forschung sind der Ausgangspunkt für einen Überblick über die Tier- und Humanphysiologie. Die Autoren führen grundlegend in die Physiologie von Mensch und Tier ein. Alle physiologischen Themen werden einführend und verständlich behandelt und didaktisch durchdacht illustriert. In gesonderten Boxen werden die physikalischen Grundlagen zusammenfassend dargestellt oder interessante Randthemen behandelt, die kein anderes Lehrbuch anspricht, wie „Aberglaube und Erfahrung in den Ernährungswissenschaften“ oder „Geist und Seele – nichts als Chemie und Physik?“
Die 5. Auflage wurde gründlich überarbeitet und auf den neusten Stand gebracht. Alle Abbildungen sind jetzt vierfarbig. Eine weitere Neuerung ist eine Sammlung detaillierter Anleitungen zu Praktikumsversuchen, die an Schulen ebenso wie an Universitätsinstituten durchgeführt werden können.
/ AUS DEM INHALT: / / /
1 Energie und Leben I 1
1.1 Energie, von der Sonne gespendet, speist alles pflanzliche, tierisches und menschliches Leben 1
1.2 Arbeit kontra Wärme 5
1.3 Entropie und Leben 8
1.4 Die "freie Energie G" 10
1.5 Lebewesen als offene Systeme und der Fähigkeit zur Selbstorganisation 15
1.6 Wirkungsgrade und ihre ökonomischen und ökologischen Konsequenzen 19
2 Leben und Energie II 27
2.1 Grundlegende Prozesse des zentralen Energiestoffwechsels der eukaryotischen Zelle 27
2.2 Start im Cytosol: die Glykolyse 35
2.3 Citratzyklus, Atmungskette und ATP-Großproduktion 38
2.4 Die verschiedenen Energiespeicher und ihr besonderer Nutzen 43
2.5 Energieverwertung I: ATP-getriebene Motoren 44
2.6 Energieverwertung II: Transport von Substanzen durch Membranen 48
2.7 Quantitative Energieumsätze im Individuum 54
3 Ernährung 65
3.1 Was die Nahrung enthalten muss 65
3.2 Fettsäuren: essentielle, erwünschte, unerwünschte 72
3.3 Wozu Vitamine notwendig sind 75
3.4 Tierische kontra pflanzliche Kost : Was ist Wissenschaft, was außerwissenschaftliche Einstellung? 80
3.5 Die Körpergrundarchitektur eines Lebewesens spiegelt seine Strategie wider , sich die lebensnotwendige Nahrung zu beschaffen 83
3.6 Das Einschleusen und der Transport der Nahrung 84
3.7 Der Verdauungstrakt als Fließbandstraße mit funktioneller Gliederung: ein kurzer Überblick 86
3.8 Die Salzsäure des Magens 89
3.9 Schutz vor Selbstverdauung und Regelung der Verdauungsprozesse und Arbeitsabläufe 90
3.10 Enzyme und sonstige Hilfsmittel zur Erschließung der Nahrung 91
3.11 Resorption und Abtransport 103
3.12 Regelung der Nahrungsaufnahme 108
4 Die Leber und die zentrale interne Grundversorgung 115
4.1 Die Leber als Versorgungs-, Handels- und Entsorgungszentrale des Körpers 115
4.2 Erste Hauptfunktion der Leber ist die Bereitstellung des Blutzuckers 118
4.3 "Blutfette" und andere Lipide 119
4.4 Regelung der Abgabe und Aufnahme von Blutzucker und Blutfetten über die Hormone Insulin und Glucagon 123
4.5 Blutproteine und Hormone als Produkte der Leber 127
4.6 Cholesterin, seine Abkömmlinge und der enterohepatische Kreislauf 127
4.7 Exkretorische und Entgiftungsfunktionen der Leber 130
5 Entsorgung und Wasserhaushalt 135
5.1 Stickstoffentsorgung und extrarenale Exkretion 135
5.2 Die expliziten Exkretionsorgane der Lehrtradition 143
5.3 Die Nieren der Säuger/des Menschen 143
5.4 Die Regelung der Nierenfunktion 166
6 Immunologie und die Entsorgung großer Abfallprodukte 173
6.1 Blut und die Entsorgung gealteter Zellen 173
6.2 Angeborene Abwehrsysteme auf der Basis eines in der Evolution erworbenen Wissens 175
6.3 Das lernfähige Immunsystem der Vertebraten 181
6.4 Das Generieren von Vielfalt bei der Erzeugung der Antigen-erkennenden Rezeptoren und der Antikörper 184
6.5 Funktionen der Antikörper 189
6.6 T-Zellen, MHC und Antigenpräsentation 192
6.7 Verstärkereffekte und lang anhaltende Immunität 200
6.8 Lernen von "Selbst oder Fremd" und Immuntoleranz 203
6.9 Entzündungen, Allergien und hemmender Einfluss von Stresshormonen 206
6.10 Aus der Praxis des Labors: monoklonale Antikörper und Immunfluoreszenz 207
7 Physiologie der Erythrocyten und Atemorgane 211
7.1 Was "Atmung" meinen kann 211
7.2 Diffusion und Konvektion der Atemgase 211
7.3 Hämoglobin, Myoglobin und andere Sauerstoffspeicher 217
7.4 Funktion der Erythrocyten bei der Beseitigung des Kohlendioxids 224
7.5 Atemorgane und ihre Ventilation 225
7.6 Atem- und sonstige Probleme beim Tauchen 229
7.7 Atemnöte und Höhenkrankheit im Gebirge 237
8 Der Kreislauf 241
8.1 Verteilerflüssigkeiten vermitteln zwischen Außenwelt und Innenwelt und dienen als Spediteure im Körper 241
8.2 Einkreissystem der Fische versus Zweikreissystem der Säuger 243
8.3 Im Zentrum steht das Herz 246
8.4 Die Steuerung der Blutströme 247
8.5 "Blutdruck" und der weite Weg durch den Körper 250
8.6 Blutgerinnung, oder wie man Blutgefäße abdichtet 256
8.7 Wasserkreislauf zwischen Blutkapillaren und Gewebe und das Lymphdrainagesystem 258
9 Koordination von Körperfunktionen und vegetatives Nervensystem 261
9.1 Regelkreis-Automaten und ihre Kontrolle durch das autonome, vegetative Nervensystem 261
9.2 Das autonome, vegetative Nervensystem als Regelund Steuerzentrale 267
9.3 Regelkreise für Atmung, Kreislauf, Blutdruck 272
9.4 Neurovegetative Steuerung durch Sympathicus und Parasympathikus 274
9.5 Thermoregulation 279
10 Hormonale Steuerung und Signaltransduktion 289
10.1 Hormonale versus neuronale Signalübermittlung - Eigentümlichkeiten, Definitionen 289
10.2 Koppelung von Zentralnervensystem und Hormonsystem 295
10.3 Das Hormonsystem des Menschen II: Periphere Hormonquellen (ohne Gonaden) 305
10.4 Signaltransduktion: Die Umcodierung einer externen Botschaft in zellinterne Signale 314
10.5 Genregulatorische und andere Funktionen der Steroidhormone und von Thyroxin 323
10.6 Das Hormonsystem des Menschen III: Die Steuerung der Sexualentwicklung , des Menstruationszyklus und der Schwangerschaft 325
10.7 Hormonsysteme der Metamorphose 334
11 Bioelektrische Signale 345
11.1 Wie eine elektrische Membranspannung entsteht357
11.2 Ionenkanäle zur Veränderung einer Membranspannung 366
11.3 Fernleitung von Information über Aktionspotentiale 371
12 Synapsen 381
12.1 Gap junctions als elektrische Synapsen 381
12.2 Chemische Synapsen: Informationsübertragung mittels Transmitter 383
12.3 Konkrete Transmitter 386
12.4 Auffangen des Transmitters an der postsynaptischen Membran und Reaktion der Empfängerzelle 388
12.5 Die Synapse als Ort der Datenverarbeitung und der Integration verschiedener Stimuli 391
13 Muskelmotoren, EKG und elektrische Organe 401
13.1 Die Arbeitsweise einer Muskelfaser 402
13.2 Elektromechanische Koppelung: die Auslösung einer Kontraktion 410
13.3 Der Muskel als Organ: Kooperative Leistungen 413
13.4 Steuerung der Motorik über Dehnungssensoren 417
13.5 Funktionelle Spezialisierung und Energiequelle 421
13.6 Das Herz: sein Schrittmacher und sein EKG 431
13.7 Die elektrischen Organe der elektrischen Fische 435
14 Allgemeine Sinnesphysiologie, gefühlte Welt und Körperwahrnehmung 441
14.1 Von der Physik bis zur Psyche: Reiz, Erregung, Wahrnehmung 441
14.2 Prinzipien der Codierung 447
14.3 Psychophysische Korrelate 455
14.4 Somatosensorik : die durch Mechano-, Thermo- und Nozizeptoren der Haut vermittelte Sensibilität unseres Körpers 458
14.5 Mentale Perzeption: konstruierte Welt und Erfahrung unseres eigenen Körpers 460
15 Mechanische Sinne I 463
15.1 Vielfalt der mechanischen Sinne; im Zentrum stehen Kanalproteine 463
15.2 Mechanische Sinne zur Kontrolle des Körpers und zur Detektion von Objekten in Dunkelheit und Stille 464
15.3 Vielfalt mechanosensorischer Messgeräte am Beispiel der Sensillen der Insekten und anderer wirbelloser Tiere 466
15.4 Schwerkraftmesser und Gleichgewichtssinn 469
15.5 Die erstaunliche Nesselzelle 473
15.6 "Haar"-Sinneszellen und Neuromasten der Wirbeltiere 474
15.7 Das Labyrinth des Innenohrs: Dreh- und Schwerkraftund Gleichgewichtssinn 478
15.8 Einfluss der Dreh- und Gleichgewichtssinne auf das Sehen 483
16 Das Gehör 487
16.1 Unser Gehör: seine Bedeutung und unglaubliche Empfindlichkeit 487
16.2 Schwierige Untersuchungen, Modelle 494
16.3 Die Übertragung des Schalls ins Innenohr 495
16.4 Tonhöhen-Unterscheidung (Frequenzanalyse) 502
16.5 Zur Perzeption: Tonotopie und Lokalisation einer Schallquelle 509
16.6 Hören und Ultraschallortung bei Tieren 512
17 Chemische Sinne 523
17.1 Bedeutung und erste Übersicht 523
17.2 Der Geruchsinn des Riechepithels 526
17.3 Das Vomeronasale Organ VNO (Jacobson-Organ) 530
17.4 Der Geschmackssinn 533
17.5 Das chemosensorische Trigeminussystem 538
17.6 Geruch- und Geschmacksinn bei Tieren 541
18 Wahrnehmung elektrischer und magnetischer Felder; Infrarotortung 547
18.1 Elektrorezeption 547
18.2 Orientierung im Magnetfeld der Erde 552
18.3 Infrarotortung 559
19 Der Sehsinn 563
19.1 Der Primärvorgang: vom Licht bis zum Rezeptorpotential 565
19.2 Abbildung: Vorbedingung für Muster- und Bewegungssehen 574
19.3 Farbensehen und erste Verarbeitung optischer Information in der Retina 584
19.4 Datenverarbeitung in der Retina 597
19.5 Erstaunliche Vielfalt der Lichtsinnesorgane, Aspekte der Evolution 605
19.6 Die Welt mit anderen Augen sehen: das Insektenauge 611
20 Zur Funktion des Gehirns 621
20.1 Vom Auge zur gesehenen Welt 621
20.2 Wahrnehmungspsychologie: von den Daten bis zum Bewusstsein 636
20.3 Sprache: Sprachverständnis und Sprechvermögen 646
21 Lernen, Gedächtnis, prägende Erfahrung 657
21.1 Gedächtnisformen, Erinnerung aus Sicht der Neuropsychologie 657
21.2 Lokalisation von Gedächtnisleistungen im Gehirn des Säugers 662
21.3 Zelluläre und molekulare Mechanismen von Lernen und Gedächtnisbildung 664
21.4 Entwicklungsprägende Erfahrung 678
22 Verhalten 681
22.1 Selbsterzeugte Lichtsignale 681
22.2 Chemische Signale: Pheromone 690
22.3 Pheromone im Staat der Bienen 695
22.4 Orientierung und Tanzsprache der Bienen 696
22.5 Fernorientierung und Navigation 703
23 Biologische Rhythmen und innere Uhren 713
23.1 Circadiane Tagesrhythmik 713
23.2 Die molekulare Grundkonstruktion der circadianen Uhr 717
23.3 Zentraluhren 721
23.4 Schlafen und Wachen 727
23.5 Stoppuhren und Taktgeber 728
23.6 Langzeitrhythmen 729
23.7 Mond- und Gezeitenrhythmen 733
23.8 Zu den endogenen Mechanismen der Langzeitzyklen 738
24 Ökophysiologie: Anpassungen an extreme und wechselnde Lebensräume 743
24.1 Leben und Überleben in der Kälte 743
24.2 Anpassung an extreme Hitze 752
24.3 Anpassungen an Sauerstoffarmut 754
24.4 In der Tiefsee 759
24.5 Wechsel von Salzwasser zu Süßwasser und umgekehrt 762
24.6 Wechsel von Land zu Wasser und umgekehrt: Beispiel Amphibien 766
24.7 Wechsel der Lebensweise: freier Vagabund oder sesshaft 767
Maßeinheiten und einige Standardwerte der Physiologie 771
Praktikumsversuche 777
Weiterführende Literatur 789
Literatur 815
Stichwortverzeichnis 819