Biologie - Biologie -

Vorwort Kapitel 1 Einführung: Schlüsselthemen der Biologie 1.1 Theorien und Konzepte verbinden die Disziplinen der Biologie 1.1.1 Evolution, der große, die gesamte Biologie überspannende Bogen 1.1.2 In der biologischen Hierarchie gibt es verschiedene Organisationsebenen 1.1.3 Organismen interagieren mit ihrer Umwelt und tauschen dabei Materie und Energie aus 1.1.4 Die Biologie hat es mit Strukturen und Funktionen zu tun 1.1.5 Zellen sind die grundlegenden Struktur- und Funktionseinheiten eines Lebewesens 1.1.6 Die Kontinuität des Lebens beruht auf vererbbarer Information in Form von DNA 1.1.7 Biologische Systeme werden über Rückkopplungsmechanismen reguliert 1.2 Einheitlichkeit und Vielfalt der Organismen sind das Ergebnis der Evolution 1.2.1 Ordnung in die Vielfalt der Lebewesen bringen 1.2.2 Charles Darwin und die Theorie der natürlichen Selektion 1.2.3 Der Stammbaum des Lebens 1.3 Naturwissenschaftler verwenden unterschiedliche Methoden 1.3.1 Biologie als empirische Wissenschaft 1.3.2 Theoretische Wissenschaft 1.3.3 Grenzen der Wissenschaft 1.3.4 Die Rolle von Modellen in der Naturwissenschaft 1.3.5 Naturwissenschaft, Technik und Gesellschaft Kapitel 2 Chemische Grundlagen der Biologie 2.1 Materie besteht aus chemischen Elementen, die in reiner Form und in Form chemischer Verbindungen vorkommen 2.1.1 Chemische Elemente und chemische Verbindungen 2.1.2 Chemische Elemente, die essenziell für das Leben sind 2.2 Die Eigenschaften eines chemischen Elementes hängen vom Aufbau seiner Atome ab 2.2.1 Subatomare Teilchen 2.2.2 Ordnungszahl und Massenzahl 2.2.3 Isotope 2.2.4 Die Energieniveaus von Elektronen 2.2.5 Elektronenverteilung und chemische Eigenschaften 2.2.6 Atomorbitale 2.3 Bildung und Eigenschaften von Molekülen hängen von den chemischen Bindungen zwischen den Atomen ab 2.3.1 Die Kovalenzbindung 2.3.2 Die lonenbindung 2.3.3 Schwache, nicht kovalente Bindungstypen 2.3.4 Molekülform und Molekülfunktion 2.4 Chemische Reaktionen führen zur Bildung und Auflösung von chemischen Bindungen Kapitel 3 Wasser als Grundstoff für Leben 3.1 Vier Eigenschaften des Wassers tragen dazu bei, dass die Erde für das Leben ein geeigneter Ort ist 3.1.1 Kohäsion 3.1.2 Ausgleich von Temperaturunterschieden 3.1.3 Aufschwimmendes Eis als Garant für den Lebensraum Wasser 3 14 Des Lebens Lösungsmittel 3.2 Die Säure-/Base-Bedingungen beeinflussen lebende Organismen 3.2.1 Effekte einer pH-Wertveränderung Kapitel 4 Kohlenstoff und die molekulare Vielfalt des Lebens 4.1 Die organische Chemie befasst sich mit dem Studium von Verbindungen des Kohlenstoffs 4.2 Kohlenstoffgerüste erlauben die Bildung vielgestaltiger Moleküle 4.2.1 Die Bindungsbildung des Kohlenstoffs 4.2.2 Molekulare Vielfalt durch Variation des Kohlenstoffgerüstes 4.3 Eine kleine Anzahl funktioneller Gruppen bildet den Schlüssel zur Funktion von Biomolekülen Kapitel 5 Struktur und Funktion biologischer Makromoleküle 5.1 Makromoleküle sind aus Monomeren aufgebaute Polymere 5.1.1 Synthese und Abbau von Polymeren 5.1.2 Die Vielfalt der Polymere 5.2 Kohlenhydrate dienen als Energiequelle und Baumaterial 5.2.1 Zucker 5.2.2 Polysaccharide 5.3 Lipide: Eine heterogene Gruppe hydrophober Moleküle 5.3.1 Fette 5.3.2 Phospholipide 5.3.3 Steroide 5.4 Proteine: Funktionsvielfalt durch Strukturvielfalt 5.4.1 Polypeptide 5.4.2 Proteinstruktur und Proteinfunktion 5.5 Nudeinsäuren speichern und übertragen die Erbinformation Kapitel 6 Die Struktur von Zellen 6.1 Untersuchung von Zellen mittels Mikroskopie und Biochemie 6.1.1 Mikroskopie 6.1.2 Zellfraktionierung 6.2 Eukaryotische Zellen sind kompartimentiert 6.2.1 Vergleich prokaryotischer mit eukaryotischen Zellen 6.2.2 Die eukaryotische Zelle im Überblick 6.3 Die genetischen Anweisungen einer eukaryotischen Zelle sind im Zellkern codiert und werden von den Ribosomen umgesetzt 6.3.1 Der Zellkern: Die Informationszentrale der Zelle 6.3.2 Ribosomen: Die Proteinfabriken der Zelle 6.4 Das Endomembransystem der Zelle: Regulation und Teil des Stoffwechsels 6.4.1 Das endoplasmatische Reticulum: Die biosynthetische Fabrik 6.4.2 Der Golgi-Apparat: Fracht- und Umbauzentrum 6.4.3 Lysosomen: Kompartimente der Verdauung 6.4.4 Vakuolen: Vielseitige Mehrzweckorganellen 6.5 Mitochondrien und Chloroplasten: Kraftwerke der Zelle 6.5.1 Mitochondrien: Umwandlung chemischer Energie 6.5.2 Chloroplasten: Umwandlung von Lichtenergie 6.5.3 Peroxisomen: Weitere Oxidationen 6.6 Das Cytoskelett: Organisation von Struktur und Aktivität 6.6.1 Funktionen des Cytoskeletts: Stütze, Motilität und Regulation 6.6.2 Cytoskelettkomponenten 6.7 Zell-Zell-Kommunikation 6.7.1 Pflanzenzellwände 6.7.2 Die extrazelluläre Matrix tierischer Zellen 6.7.3 Zell-Zell-Verbindungen (interzelluläre Verbindungen)6.7.4 Die Zelle: Kleinste Einheit des Lebens Kapitel 7 Struktur und Funktion biologischer Membranen 7.1 Zelluläre Membranen bilden ein flüssiges Mosaik aus Lipiden und Proteinen 7.1.1 Membranmodelle in der wissenschaftlichen Forschung 7.1.2 Die Fluidität von Membranen 7.1.3 Membranproteine und ihre Funktionen 7.1.4 Die Rolle von Kohlenhydraten bei der Zell-Zell-Erkennung 7.1.5 Synthese und topologische Asymmetrie von Membranen 7.2 Die Membranstruktur bedingt selektive Permeabilität 7.2.1 Die Permeabilität der Lipiddoppelschicht 7.2.2 Transportproteine 7.3 Passiver Transport: Diffusion durch eine Membran ohne Energiezufuhr 7.3.1 Osmotische Effekte und die Wasserbalance 7.3.2 Erleichterte Diffusion: Protein-gestützter passiver Transport 7.4 Aktiver Transport: Gelöste Stoffe werden gegen ihr Konzentrationsgefälle unter Energieverbrauch transportiert 7.4.1 Der Energiebedarf des aktiven Transports 7.4.2 Wie lonenpumpen das Membranpotenzial aufrechterhalten 7.4.3 Cotransport: Gekoppelter Transport durch ein Membranprotein 7.5 Massentransport durch die Plasmamembran per Exo- und Endocytose 7.5.1 Exocytose 7.5.2 Endocytose Kapitel 8 Konzepte des Stoffwechsels 8.1 Stoffwechsel: Umwandlung von Stoffen und Energie nach den Gesetzen der Thermodynamik 8.1.1 Die biochemischen Prozesse sind in Stoffwechselpfaden organisiert 8.1.2 Energieformen 8.1.3 Die Gesetze der Energietransformation 8.2 Die Spontaneität einer Reaktion hängt von der Änderung ihrer freien Enthalpie ab 8.2.1 Die Änderung der freien Enthalpie (AG)8.2.2 Freie Enthalpie, Stabilität und chemisches Gleichgewicht 8.2.3 Freie Enthalpie und Stoffwechsel 8.3 ATP ermöglicht Zellarbeit durch die Kopplung von exergonen an endergone Reaktionen 8.3.1 Struktur und Hydrolyse von ATP 8.3.2 Wie ATP Arbeit leistet 8.3.3 Die Regeneration des ATP 8.4 Enzyme beschleunigen chemische Reaktionen durch das Absenken von Energiebarrieren 8.4.1 Die Aktivierungshürde 8.4.2 Wie Enzyme die Aktivierungsenergie senken 8.4.3 Die Substratspezifität von Enzymen 8.4.4 Katalyse im aktiven Zentrum des Enzyms 8.4.5 Die Abhängigkeit der Enzymaktivität von Umgebungsbedingungen 8.5 Steuerung des Stoffwechsels durch Regulation der Enzymaktivität 8.5.1 Allosterische Regulation von Enzymen 8.5.2 Die spezifische Lokalisation von Enzymen in der Zelle Kapitel 9 Zellatmung: Die Gewinnung chemischer Energie 9.1 Der katabole Stoffwechsel liefert Energie durch die Oxidation organischer Brennstoffe 9.1.1 Katabole Stoffwechselwege und die ATP-Produktion 9.1.2 Redoxreaktionen: Oxidation und Reduktion 9.1.3 Die Stadien der Zellatmung: Eine Vorschau 9.2 Die Glycolyse oxidiert Glucose zu Pyruvat, wobei Energie frei wird 9.3 Der Citratzyklus vervollständigt die energieliefernde Oxidation organischer Moleküle 9.4 Ein chemiosmotischer Prozess koppelt den Elektronentransport an die ATP-Synthese 9.4.1 Der Elektronentransport-Pfad 9.4.2 Energiekopplung durch einen chemiosmotischen Mechanismus 9.4.3 Eine Bilanzierung der ATP-Produktion durch die Zellatmung 9.5 Durch Gärung und anaerobe Atmung können Zellen auch ohne Sauerstoff ATP synthetisieren 9.5.1 Formen der Gärung 9.5.2 Ein Vergleich von Gärung und aerober Atmung 9.5.3 Die Bedeutung der Glycolyse im Rahmen der Evolution 9.6 Die Glycolyse und der Citratzyklus sind mit vielen anderen Stoffwechselwegen verknüpft 9.6.1 Die Vielseitigkeit des Katabolismus 9.6.2 Biosynthesen (anabole Stoffwechselwege)9.6.3 Die Regulation der Zellatmung durch Rückkopplungsmechanismen Kapitel 10 Photosynthese 10.1 Die Photosynthese wandelt Lichtenergie in chemische Energie um 10.1.1 Chloroplasten: Die Orte der Photosynthese in Pflanzen 10.1.2 Der Weg einzelner Atome im Verlauf der Photosynthese: Wissenschaftliche Forschung 10.1.3 Die Wasseroxidation 10.1.4 Zwei Stadien der Photosynthese: Eine Vorschau 10.2 Die Lichtreaktionen wandeln Sonnenenergie in chemische Energie in Form von ATP und NADPH um 10.2.1 Die Natur des Lichtes 10.2.2 Photosynthesepigmente: Die Lichtrezeptoren 10.2.3 Anregung von Chlorophyll durch Licht 10.2.4 Photosystem = Reaktionszentrum + Lichtsammelkomplex 10.2.5 Der lineare Elektronenfluss 10.2.6 Der zyklische Elektronenfluss 10.2.7 Der chemiosmotische Prozess in Chloroplasten und Mitochondrien im Vergleich 10.3 Der Calvin-Zyklus verbraucht ATP und NADPH, um CO2 in Zucker umzuwandeln 10.4 In heißen, trockenen Klimazonen haben sich alternative Mechanismen der Kohlenstofffixierung herausgebildet 10.4.1 Die Photorespiration: Ein Überbleibsel der Evolution?10.4.2 C4-Pflanzen 10.4.3 CAM-Pflanzen 10.4.4 Die Bedeutung der Photosynthese: Eine Rückschau Kapitel 11 Zelluläre Kommunikation 11.1 Externe Signale werden in intrazelluläre Antworten umgewandelt 11.1.1 Evolution der zellulären Signalverarbeitung 11.1.2 Die drei Stadien der zellulären Signaltransduktion 11.1.3 Niedermolekulare Moleküle und Ionen als sekundäre Botenstoffe 11.1.4 Zyklisches AMP 11.2 Die Apoptose (programmierter Zelltod) geht mit der Integration mehrerer Signaltransduktionswege einher 11.2.1 Apoptose beim Fadenwurm Caenorhabditis elegans 11.2.2 Apoptotische Signalwege und die Signale, die sie aktivieren Kapitel 12 Der Zellzyklus 12.1 Aus der Zellteilung gehen genetisch identische Tochterzellen hervor 12.1.1 Die Organisation des genetischen Materials in der Zelle 12.1.2 Die Verteilung der Chromosomen bei der eukaryotischen Zellteilung 12.2 Der Wechsel von Mitose und Interphase im Zellzyklus 12.2.1 Die Phasen des Zellzyklus 12.2.2 Der Spindelapparat 12.2.3 Die Evolution der Mitose 12.3 Der eukaryotische Zellzyklus wird durch ein molekulares Kontrollsystem gesteuert 12.3.1 Der Verlust der Zellzyklus-Kontrolle bei Krebszellen Kapitel 13 Meiose und geschlechtliche Fortpflanzung 13.1 Gene werden mit den Chromosomen von den Eltern an ihre Nachkommen weitergegeben 13.1.1 Die Vererbung von Genen 13.1.2 Ein Vergleich von geschlechtlicher und ungeschlechtlicher Fortpflanzung 13.2 Befruchtung und Meiose wechseln sich beim geschlechtlichen Generationswechsel ab 13.2.1 Die Chromosomensätze menschlicher Zellen 13.2.2 Die Vielfalt der Lebenszyklen bei der geschlechtlichen Fortpflanzung 13.3 In der Meiose wird der diploide auf einen haploiden Chromosomensatz reduziert 13.3.1 Die Meiosestadien 13.3.2 Mitose und Meiose im Vergleich 13.4 Die geschlechtliche Fortpflanzung erhöht die genetische Variabilität - ein wichtiger Motor der Evolution 13.4.1 Ursprung der genetischen Variabilität unter Nachkommen 13.4.2 Die Bedeutung der genetischen Variabilität von Populationen für die Evolution Kapitel 14 Mendel und das Genkonzept 14.1 Das wissenschaftliche Vorgehen von Mendel führte zu den Gesetzen der Vererbung 14.1.1 Mendels quantitativ-experimenteller Ansatz 14.1.2 Die Spaltungsregel (Zweite Mendel’sche Regel)14.1.3 Die Unabhängigkeitsregel (Dritte Mendel'sche Regel)14.2 Die Mendel'schen Regeln sind oft unzureichend, um beobachtete Erbgänge zu erklären 14.2.1 Die Erweiterung der Mendel'schen Regeln bei einzelnen Genen 14.2.2 Die Erweiterung der Mendel'schen Regeln bei mehr als einem Gen 14.2.3 Gene und Erziehung: Der Einfluss der Umwelt auf den Phänotyp 14.3 Viele Merkmale des Menschen werden nach den Mendel'schen Regeln vererbt 14.3.1 Die Analyse von Stammbäumen 14.3.2 Rezessive Erbkrankheiten 14.3.3 Dominante Erbkrankheiten 14.3.4 Multifaktorielle Krankheiten 14.3.5 Genetische Untersuchungen und Beratung Kapitel 15 Chromosomen bilden die Grundlage der Vererbung 15.1 Die Chromosomen bilden die strukturelle Grundlage der Mendel'schen Vererbung 15.1.1 Thomas Hunt Morgans Versuchsergebnisse: Das wissenschaftliche Vorgehen 15.2 Die Vererbung geschlechtsgebundener Gene 15.2.1 Die Geschlechtschromosomen 15.2.2 Die Vererbung geschlechtsgebundener Gene 15.3 Abweichungen in der Chromosomenzahl oder -Struktur verursachen einige bekannte Erbkrankheiten 15.3.1 Abweichende Chromosomenzahlen 15.3.2 Abweichende Chromosomenstrukturen 15.3.3 Menschliche Erbkrankheiten, die auf Veränderungen in der Chromosomenzahl oder -Struktur zurückzuführen sind 15.4 Von der Chromosomentheorie abweichende Erbgänge 16.1 Die DNA ist die Erbsubstanz 16.1.1 Die Suche nach der Erbsubstanz: Wissenschaftliche Forschung 16.1.2 Ein Strukturmodell der DNA: Wissenschaftliche Forschung 16.2 Viele Proteine kooperieren bei der Replikation und Reparatur der DNA 16.2.1 Das Grundprinzip: Basenpaarung mit einem Matrizenstrang 16.2.2 Die molekularen Mechanismen der DNA-Replikation 16.2.3 Korrekturlesen und DNA-Reparatur 16.2.4 Die Replikation der Enden linearer DNA-Moleküle 16.3 Ein Chromosom besteht aus einem mit Proteinen verpackten DNA-Molekül Kapitel 17 Vom Gen zum Protein 17.1 Die Verbindung von Genen und Proteinen über Transkription und Translation 17.1.1 Die Grundlagen der Transkription und Translation 17.1.2 Der genetische Code 17.2 Transkription - die DNA-abhängige RNA-Synthese: Eine nähere Betrachtung 17.2.1 Die molekularen Komponenten des Transkriptionsapparates 17.2.2 Synthese eines RNA-Transkriptes 17.3 Eukaryotische Zellen modifizieren mRNA-Moleküle nach der Transkription 17.3.1 Veränderung der Enden einer eukaryotischen mRNA 17.3.2 Mosaikgene und RNA-Spleißen 17.4 Translation - die RNA-abhängige Polypeptidsynthese: Eine nähere Betrachtung 17.4.1 Die molekularen Komponenten des Translationsapparates 17.4.2 Die Biosynthese von Polypeptiden 17.4.3 Vom Polypeptid zum funktionsfähigen Protein 17.5 Punktmutationen können die Struktur und Funktion eines Proteins beeinflussen 17.5.1 Formen der Punktmutation 17.5.2 Mutagene 17.6 Das Genkonzept gilt universell für alle Lebewesen, nicht aber die Mechanismen der Genexpression 17.6.1 Ein Vergleich der Genexpression bei Bakterien, Archaeen und Eukaryonten 17.6.2 Was ist ein Gen? Eine neue Betrachtung Kapitel 18 Regulation der Genexpression 18.1 Bakterien reagieren auf wechselnde Umweltbedingungen häufig mit Transkriptionsveränderungen 18.1. Das Operon-Konzept 18.1.2 Reprimierbare und induzierbare Operone: Zwei Formen der negativen Regulation der Genexpression 18.2 Die Expression eukaryotischer Gene kann auf verschiedenen Stufen reguliert werden 18.2.1 Differenzielle Genexpression 18.2.2 Regulation der Chromatinstruktur 18.2.3 Ein genetisches Programm für die Embryonalentwicklung 18.2.4 Musterbildung zur Festlegung des Körperbaus 18.3 Krebs entsteht durch genetische Veränderungen, die den Zellzyklus deregulieren 18.3.1 Gene und Krebs 18.3.2 Genetische Veranlagung und andere krebsfördernde Faktoren Kapitel 19 Viren 19.1 Ein Virus besteht aus einer von einer Proteinhülle eingeschlossenen Nudeinsäure 19.1.1 Der Aufbau von Viren 19.2 Viren vermehren sich nur in Wirtszellen 19.2.1 Grundlagen der Virenvermehrung 19.2.2 Die Phagenvermehrung Kapitel 20 Biotechnologie 20.1 Die DNA-Klonierung liefert viele Kopien eines Gens oder anderer DNA-Abschnitte 20.1.1 DNA-Klonierung und ihre Anwendungen: Ein Überblick 20.1.2 Der Einsatz von Restriktionsendonudeasen zur Herstellung rekombinanter DNA 20.1.3 Die Klonierung eines eukaryotischen Gens in einem bakteriellen Plasmid 20.1.4 Die in vitro-Amplifikation von DNA: Polymerasekettenreaktion (PCR)20.2 Die Gentechnik erlaubt die Untersuchung der Sequenz, der Expression und der Funktion eines Gens 20.2.1 Gelelektrophorese und Southern-Blotting 20.2.2 DNA-Sequenzierung 20.2.3 Genexpressionsanalyse 20.3 Die Klonierung von Organismen zur Bereitstellung von Stammzellen für die Forschung und andere Anwendungen 20.3.1 Tierische Stammzellen 20.4 Gentechnische Anwendungen beeinflussen unser Leben 20.4.1 Medizinische Anwendungen 20.4.2 Genetische Profile in der Gerichtsmedizin 20.4.3 Gentechnologie: Sicherheitsbedenken und ethische Fragen Kapitel 21 Genome und ihre I Evolution 21.1 Neue Ansätze zur schnelleren Genomsequenzierung 21.1.1 Der Dreistufenansatz der Genomsequenzierung 21.1.2 Die Schrotschussmethode zur Genomsequenzierung 21.2 Genomanalyse mithilfe der Bioinformatik 21.2.1 Zentralisierte Ressourcen zur Analyse von Genomsequenzen 21.2.2 Das Aufspüren proteincodierender Gene in DNA-Sequenzen 21.2.3 Untersuchungen von Genen und ihren Produkten in komplexen Systemen 21.3 Genome unterscheiden sich in der Größe und der Zahl der Gene sowie in der Gendichte 21.3.1 Genomgröße 21.3.2 Genzahl 21.3.3 Gendichte und nicht codierende DNA 21.4 Eukaryotische Vielzeller besitzen viel nicht codierende DNA und viele Multigenfamilien 21.4.1 Transponierbare Elemente und verwandte Sequenzen 21.4.2 Andere repetitive DNA-Sequenzen 21.4.3 Gene und Multigenfamilien 21.5 Genomevolution durch Duplikation, Umlagerung und Mutation der DNA 21.5.1 Duplikation ganzer Chromosomensätze 21.5.2 Veränderungen der Chromosomenstruktur 21.5.3 Duplication und Divergenz einzelner Gene 21.6 Ein Vergleich von Genomsequenzen 21.6.1 Vergleich von Entwicklungsprozessen Kapitel 22 Evolutionstheorie: Die darwinistische Sicht des Lebens 22.1 Die Darwin'sche Theorie widersprach der traditionellen Ansicht, die Erde sei jung und von unveränderlichen Arten bewohnt 22.1.1 Scala naturae und die Klassifikation der Arten 22.1.2 Vorstellungen über die Veränderungen von Organismen im Lauf der Zeit 22.1.3 Lamarcks Evolutionstheorie 22.2.1 Darwins Feldforschung 22.2.2 Die Entstehung der Arten 22.3 Die Evolutionstheorie wird durch eine Vielzahl wissenschaftlicher Befunde gestützt 22.3.1 Direkte Beobachtungen evolutiver Veränderungen 22.3.2 Fossilbelege 22.3.3 Homologie Kapitel 23 Die Evolution von Populationen 23.1 Mutation und sexuelle Fortpflanzung sorgen für die genetische Variabilität, die Evolution möglich macht 23.1.1 Genetische Variabilität 23.1.2 Mutation 23.1.3 Sexuelle Fortpflanzung und Rekombination 23.2 Mithilfe der Hardy-Weinberg-Gleichung lässt sich herausfinden, ob in einer Population Evolution stattfindet 23.2.1 Genpool und Alleifrequenzen 23.2.2 Das Hardy-Weinberg-Gesetz 23.3 Natürliche Selektion, genetische Drift und luss können die Allelfrequenzen in einer lation verändern 23.3.1 Natürliche Selektion 23.3.2 Genetische Drift 23.3.3 Genfluss 23.4 Die natürliche Selektion ist der einzige Mechanismus, der auf Dauer für eine adaptive Evolution sorgt 23.4.1 Eine nähere Analyse der natürlichen Selektion 23.4.2 Die Schlüsselrolle der natürlichen Selektion bei der adaptiven Evolution 23.4.3 Sexuelle Selektion 23.4.4 Erhaltung der genetischen Variabilität 23.4.5 Warum die natürliche Selektion keine „perfekten" Organismen hervorbringen kann Kapitel 24 Die Entstehung der Arten 24.1 Das biologische Artkonzept betont die reproduktiven Isolationsmechanismen 24.1.1 Das biologische Artkonzept 24.1.2 Weitere alternative Artkonzepte 24.2 Artbildung mit und ohne geografische Isolation 24.2.1 Allopatrische Artbildung 24.2.2 Sympatrische Artbildung 24.3 Hybridzonen ermöglichen die Analyse von Faktoren, die zur reproduktiven Isolation führen 24.3.1 Evolutionsprozesse in Hybridzonen 24.3.2 Zeitliche Entwicklung von Hybridzonen 24.4 Artbildung kann schnell oder langsam erfolgen und aus Veränderungen weniger oder vieler Gene resultieren 24.4.1 Der zeitliche Verlauf der Artbildung 24.4.2 Die Genetik der Artbildung 24.4.3 Von der Artbildung zur Makroevolution Kapitel 25 Vergangene Welten 25.1 Die Bedingungen auf der jungen Erde ermöglichten die Entstehung des Lebens 25.1.1 Synthese organischer Verbindungen zu Beginn der Erdentwicklung 25.1.2 Abiotische Synthese von Makromolekülen 25.1.3 Protobionten 25.1.4 Selbst replizierende RNA und die Anfänge der natürlichen Selektion 25.2 Fossilfunde dokumentieren die Geschichte des Lebens 25.2.1 Die Fossilfunde 25.2.2 Datierung von Gesteinen und Fossilien 25.2.3 Die Entstehung neuer Organismengruppen 25.3 Schlüsselereignisse in der Evolution sind die Entstehung der Organismen und die Besiedlung des Festlands 25.3.1 Die ersten einzelligen Organismen 25.3.2 Der Ursprung der Vielzelligkeit 25.3.3 Die Besiedlung des Festlands 25.4 Aufstieg und Niedergang dominanter Gruppen in Zusammenhang mit Kontinentaldrift, Massenaussterben und adaptiver Radiation 25.4.1 Kontinentaldrift 25.4.2 Massenaussterben 25.4.3 Adaptive Radiationen 25.5 Veränderungen im Körperbau können durch Änderungen in der Sequenz und Regulation von Entwicklungsgenen entstehen 25.5.1 Evolutionäre Effekte von Entwicklungsgenen 25.5.2 Evolution von Entwicklungsprozessen 25.6 Evolution ist nicht zielorientiert 25.6.1 Evolutionäre Neuerungen 25.6.2 Evolutionäre Trends Kapitel 26 Der phylogenetische Stammbaum der Lebewesen 26.1 Phylogenie als Spiegelbild stammesgeschicht-licher Verwandtschaftsbeziehungen 26.1.1 Die binominale Nomenklatur 26.1.2 Hierarchische Klassifikation 26.1.3 Der Zusammenhang zwischen Klassifikation und Phylogenie 26.1.4 Was sagen phylogenetische Stammbäume aus?26.2 Die Ableitung der Stammesgeschichte aus morphologischen und molekularbiologischen Befunden 26.2.1 Morphologische und molekulare Homologien 26.2.2 Homologie und Analogie 26.2.3 Bewertung molekularer Homologien 26.3 Die Rekonstruktion phylogenetischer Stammbäume anhand gemeinsamer Merkmale 26.3.1 Kladistik 26.3.2 Phylogenetische Stammbäume mit proportionaler Länge der Äste 26.3.3 Maximale Parsimonie und maximale Wahrscheinlichkeit 26.4 Das Genom als Beleg für die evolutive Vergangenheit eines Lebewesens 26.5 Mit molekularen Uhren kann man den zeitlichen Ablauf der Evolution verfolgen 26.6 Neue Befunde und die Weiterentwicklung unserer Kenntnisse über den Stammbaum der Organismen Kapitel 27 Bacteria und Archaea 27.1 Das Erfolgsrezept der Prokaryonten: Strukturelle und funktionelle Anpassungen 27.1.1 Zelloberflächenstrukturen 27.1.2 Beweglichkeit 27.1.3 Innerer Aufbau und Genomorganisation 27.1.4 Fortpflanzung und Anpassung 27.2 Schnelle Vermehrung, Mutation und Neukombination von Genen als Ursache der genetischen Vielfalt von Prokaryonten 27.2.1 Schnelle Vermehrung und Mutation 27.2.2 Neukombination von Genen 27.3 Die Evolution vielfältiger Anpassungen in der Ernährung und im Stoffwechsel von Prokaryonten 27.3.1 Die Rolle des Sauerstoffs im Stoffwechsel 27.3.2 Stickstoff-Stoffwechsel 27.4 Die Phylogenie der Prokaryonten, aufgeklärt mit molekularer Systematik 27.5 Die entscheidende Bedeutung der Prokaryonten für die Biosphäre 27.5.1 Chemisches Recycling 27.5.2 Wechselwirkungen mit anderen Organismen 27.6 Schädliche und nützliche Auswirkungen der Prokaryonten auf den Menschen 27.6.1 Bakterielle Krankheitserreger 27.6.2 Prokaryonten in Forschung und Technik Kapitel 28 Protisten 28.1 Die meisten Eukaryonten sind Einzeller 28.1.1 Struktur- und Funktionsvielfalt bei Protisten 28.1.2 Endosymbiose in der Evolution der Eukaryonten 28.1.3 Die fünf Übergruppen der Eukaryonten 28.2 Protisten als wichtige Komponenten ökologischer Wechselbeziehungen 28.2.1 Symbiontische und parasitische Protisten 28.2.2 Photosynthetisch aktive Protisten 29.1 Die Entstehung der Landpflanzen aus Grünalgen 29.1.1 Morphologische und molekularbiologische Befunde 29.1.2 Schlüsselinnovationen bei Landpflanzen 29.1.3 Ursprung und Radiation der Landpflanzen 29.2 Moose haben einen vom Gametophyten dominierten Lebenszyklus 29.3 Die ersten hochwüchsigen Pflanzen:Farne und andere samenlose Gefäßpflanzen 29.3.1 Merkmale der Gefäßpflanzen 29.3.2 Klassifikation der samenlosen Gefäßpflanzen (Pteridophyten, Farngewächse)Kapitel 30 Die Vielfalt der Pflanzen II: Evolution der Samenpflanzen 30.1 Samen und Pollen: Schlüsselanpassungen an das Landleben 30.1.1 Vorteile reduzierter Gametophyten 30.1.2 Heterosporie ist bei Samenpflanzen die Regel 30.1.3 Samenanlagen und die Produktion der Eizellen 30.1.4 Pollen und die Bildung von Spermazellen 30.1.5 Der Vorteil von Samen in der Evolution der Landpflanzen 30.2 Die Zapfen der Gymnospermen tragen „nackte", direkt zugängliche Samenanlagen 30.3 Die wichtigsten Weiterentwicklungen der Angiospermen sind Blüten und Früchte 30.3.1 Merkmale der Angiospermen 30.3.2 Die Vielfalt der Angiospermen Kapitel 31 Pilze 31.1 Pilze sind heterotroph und nehmen ihre Nährstoffe durch Absorption auf 31.1.1 Ernährung und Ökologie 31.1.2 Körperbau 31.2 Pilze bilden während der geschlechtlichen oder der ungeschlechtlichen Vermehrung Sporen 31.3 Die zentrale Bedeutung der Pilze für ökologische Wechselbeziehungen 31.3.1 Pilze als Mutualisten 31.3.2 Pilze als Krankheitserreger 31.3.3 Der praktische Nutzen von Pilzen Kapitel 32 Eine Einführung in die Diversität und Evolution der Metazoa 32.1 Metazoa sind vielzellige heterotrophe Eukaryonten mit Geweben, die sich aus embryonalen Keimblättern entwickeln 32.1.1 Ernährungsweise 32.1.2 Zellstruktur und Zellspezialisierung 32.1.3 Fortpflanzung und Entwicklung 32.2 Metazoa lassen sich über „Baupläne" beschreiben 32.2.1 Symmetrie 32.2.2 Gewebe 32.2.3 Leibeshöhlen 32.2.4 Proterostome und deuterostome Entwicklung 32.3 Aus den molekularen Daten erwachsen neue Erkenntnisse über die Phylogenie Kapitel 33 Wirbellose Tiere 33.1 Schwämme sind Tiere ohne echte Gewebe 33.2 Cnidaria bilden eine phylogenetisch alte Metazoen gruppe 33.3 Lophotrochozoa, ein Taxon, das anhand molekularer Daten identifiziert wurde, weist das breiteste Spektrum aller Baupläne im Tierreich auf 33.3.1 Plathelminthes 33.3.2 Rotatoria (Rotifera)33.3.3 Mollusca (Weichtiere)33.3.4 Annelida (Ringelwürmer)33.4 Ecdysozoa sind die artenreichste Tiergruppe 33.4.1 Nematoda (Fadenwürmer)33.4.2 Arthropoda (Gliederfüßer)33.5 Echinodermata und Chordata sind Deuterostomia 33.5.1 Echinodermata (Stachelhäuter)33.5.2 Chordata (Chordatiere)Kapitel 34 Wirbeltiere 34.1 Chordaten haben eine Chorda dorsalis und ein dorsales Neuralrohr 34.2 Gnathostomata sind Wirbeltiere, die einen Kiefer haben 34.2.1 Chondrichthyes (Knorpelfische: Haie, Rochen und Verwandte)34.2.2 Actinopterygii und Sarcopterygii (Strahlenflosser und Fleischflosser)34.3 Tetrapoda sind Osteognathostomata, die Laufbeine haben 34.3.1 Abgeleitete Tetrapodenmerkmale 34.3.2 Lissamphibia (Amphibien)34.4 Amniota sind Tetrapoda, bei denen ein für das Landleben angepasstes Eistadium entstanden ist 34.4.1 Abgeleitete Amniotenmerkmale 34.4.2 Sauropsida 34.5 Mammalia sind Amnioten, die behaart sind und Milch produzieren 34.5.1 Abgeleitete Säugetiermerkmale 34.5.2 Frühevolution der Säugetiere 34.5.3 Monotremata (Kloakentiere)34.5.4 Marsupialia (Beuteltiere)34.5.5 Eutheria (Placentatiere)34.6 Menschen sind Säugetiere, die ein großes Gehirn haben und sich auf zwei Beinen fortbewegen 34.6.1 Abgeleitete menschliche Merkmale 34.6.2 Die ersten Homininen 34.6.3 Die Australopithecinen 34.6.4 Zweibeinigkeit (Bipedie)34.6.5 Werkzeuggebrauch 34.6.6 Frühe Vertreter der Gattung Homo 34.6.7 Die Neandertaler 34.6.8 Homo sapiens Kapitel 35 Blütenpflanzen: Struktur, Wachstum, Entwicklung 35.1 Bau und Funktion des Pflanzenkörpers - die Anatomie von Organen, Geweben und Zellen 35.1.1 Die drei Grundorgane der Blütenpflanze: Wurzel, Spross und Blatt 35.1.2 Abschlussgewebe, Leitgewebe und Grundgewebe 35.1.3 Grundtypen der Pflanzenzelle 35.2 Meristeme bilden Zellen für neue Organe 35.3 Primäres Wachstum ist verantwortlich für die Längenzunahme von Wurzel und Sprossachse 35.3.1 Primäres Wachstum der Wurzel 35.3.2 Primäres Wachstum des Sprosses 35.4 Sekundäres Dickenwachstum vergrößert bei verholzten Pflanzen den Umfang von Sprossachse und Wurzel 35.4.1 Cambium und sekundäres Leitgewebe 35.4.2 Das Korkcambium und die Bildung des Periderms 35.5 Wachstum, Morphogenese und Differenzierung formen den Pflanzenkörper 35.5.1 Die Molekularbiologie revolutioniert die Pflanzenwissenschaften 35.5.2 Wachstum - Zellteilung und Zellstreckung 35.5.3 Morphogenese und Musterbildung 35.5.4 Genexpression und Kontrolle der Zelldifferenzierung 35.5.5 Einfluss der Zellposition auf die weitere Entwicklung 35.5.6 Veränderte Entwicklungsprozesse durch Phasenwechsel 35.5.7 Genetische Kontrolle der Blütenentwicklung Kapitel 36 Stoffaufnahme und Stofftransport bei Gefäßpflanzen 36.1 Landpflanzen nehmen Stoffe sowohl oberirdisch als auch unterirdisch auf 36.1.1 Aufbau der Sprossachse und Lichtabsorption 36.1.2 Wurzelaufbau und die Aufnahme von Wasser und Mineralstoffen 36.2 Transport durch Kurzstrecken-Diffusion oder aktiven Transport sowie durch Langstrecken-Massenströmung 36.2.1 Diffusion und aktiver Transport von gelösten Stoffen 36.2.2 Diffusion von Wasser (Osmose)36.2.3 Drei Haupttransportwege 36.2.4 Massenströmung beim Langstreckentransport 36.3 Wasser und Mineralstoffe werden von der Wurzel zum Spross transportiert 36.3.1 Aufnahme von Wasser und Mineralstoffen in die Wurzelzellen 36.3.2 Transport von Wasser und Mineralstoffen ins Xylem 36.3.3 Massenströmung wird durch negativen Druck im Xylem angetrieben 36.3.4 Das Steigen des Xylemsafts durch Massenströmung: Zusammenfassung 36.4 Stomata sind an der Regulierung der Transpirationsrate beteiligt 36.4.1 Stomata als wichtigster Ort des Wasserverlusts 36.4.2 Mechanismen der Spaltöffnungsbewegung 36.4.3 Reize für die Spaltöffnungsbewegung 36.4.4 Auswirkungen der Transpiration auf Welken und Blatttemperatur 36.4.5 Anpassungen, die den Wasserverlust durch Verdunstung vermindern 36.5 Zuckertransport erfolgt vom Produktionsort -den Blättern - zum Verbrauchs- oder Speicherort 36.5.1 Zuckertransport 36.5.2 Massenströmung durch positiven Druck -Assimilattransport bei Angiospermen 36.6 Der Symplast - ein dynamisches System 36.6.1 Plasmodesmen -ständig wechselnde Strukturen 36.6.2 Elektrisches „Signaling" im Phloem 36.6.3 Das Phloem - eine „Datenautobahn"Kapitel 37 Boden und Pflanzenernährung 37.1 Boden - eine lebende, jedoch endliche Ressource 37.1.1 Bodenart 37.1.2 Zusammensetzung des Oberbodens 37.1.3 Bodenschutz und nachhaltige Landwirtschaft 37.2 Pflanzen benötigen für ihren Lebenszyklus essenzielle Nährelemente 37.2.1 Makro- und Mikronährelemente 37.2.2 Symptome des Nährstoffmangels 37.2.3 Verbesserung der Pflanzenernährung durch Gentechnik 37.3 Zur Pflanzenernährung tragen auch andere Organismen bei 37.3.1 Bodenbakterien und Pflanzenernährung 37.3.2 Pilze und Pflanzenernährung 37.3.3 Epiphyten, parasitische Pflanzen und carnivore Pflanzen Kapitel 38 Fortpflanzung und Biotechnologie bei Angiospermen 38.1 Blüten, doppelte Befruchtung und Früchte: Besonderheiten im Entwicklungszyklus der Angiospermen 38.1.1 Doppelte Befruchtung 38.2 Sexuelle und asexuelle Fortpflanzung bei Angiospermen 38.2.1 Mechanismen der asexuellen (vegetativen) Fortpflanzung 38.2.2 Vor- und Nachteile von sexueller und asexueller Fortpflanzung 38.2.3 Mechanismen zur Verhinderung der Selbstbestäubung 38.2.4 Vegetative Vermehrung und Landwirtschaft 38.3 Der Mensch verändert die Nutzpflanzen durch Züchtung und Gentechnik 38.3.1 Pflanzenzüchtung 38.3.2 Biotechnologie und Gentechnik bei Pflanzen 38.3.3 Kontroverse Pflanzenbiotechnologie Kapitel 39 Pflanzenreaktionen auf innere und äußere Signale 39.1 Signaltransduktionswege - die Verbindung zwischen Perzeption und Antwort 39.1.1 Perzeption (Erkennung)39.1.2 Transduktion (Übertragung)39.1.3 Antwort 39.2 Pflanzenhormone koordinieren Wachstum, Entwicklung und Reizantworten 19.2.1 Übersicht über die Phytohormone 59.3 Pflanzen brauchen Licht 39.3.1 Blaulicht-Photorezeptoren 39.3.2 Phytochrome als Photorezeptoren 39.3.3 Biologische Uhren und circadiane Rhythmik 39.3.4 Die Wirkung des Lichts auf die biologische Uhr 39.3.5 Photoperiodismus und Anpassungen an Jahreszeiten 39.4 Pflanzen reagieren, abgesehen von Licht, auf viele weitere Reize 39.4.1 Schwerkraft 39.4.2 Mechanische Reize 39.4.3 Umweltstress 39.5 Reaktionen der Pflanze auf Herbivoren und Pathogene 39.5.1 Verteidigungsstrategien gegen Herbivoren 39.5.2 Verteidigungsstrategien gegen Pathogene Kapitel 40 Grundprinzipien tierischer Form und Funktion 40.1 Form und Funktion sind bei Tieren auf allen Organisationsebenen eng miteinander korreliert 40.1.1 Physikalische Gesetze beeinflussen die Größe und Gestalt von Tieren 40.1.2 Austausch mit der Umgebung 40.1.3 Hierarchische Organisation der Körperbaupläne 40.1.4 Koordination und Kontrolle 40.2 Regulation des inneren Milieus 40.2.1 Regulierer und Konformer 40.2.2 Homöostase 40.3 Einfluss von Form, Funktion und Verhalten auf homöostatische Prozesse 40.3.1 Endothermie und Ektothermie 40.3.2 Gleichgewicht zwischen Wärmeabgabe und Wärmeaufnahme 40.3.3 Physiologischer Thermostat 40.4 Energiebedarf eines Tieres in Abhängigkeit von Größe, Aktivität und Umwelt 40.4.1 Bereitstellung und Nutzung von Energie 40.4.2 Quantifizierung des Energieverbrauchs 40.4.3 Faktoren, die die Stoffwechselrate beeinflussen 40.4.4 Torpor und Energiesparen Kapitel 41 Hormone und das endokrine System 41.1 Signalmoleküle, ihre Bindung an die Rezeptoren und die von ihnen ausgelösten spezifischen Reaktionswege 41.1.2 Chemische Klassen von Hormonen 41.1.3 Reaktionswege in den Zellen 41.1.4 Mehrfachwirkungen von Hormonen 41.1.5 Signalübertragung durch lokale Regulatoren 41.2 Negative Rückkopplung und antagonistische Hormonpaare: Zwei verbreitete Merkmale des endokrinen Systems 41.2.1 Einfache Hormonmechanismen 41.2.2 Die Steuerung des Blutglucosespiegels durch Insulin und Glucagon 41.3 Physiologische Regulation bei Tieren durch getrennte und gemeinsame Wirkungen von Hormon- und Nervensystem Kapitel 42 Die Ernährung der Tiere 42.1 Die Nahrung der Tiere muss die Versorgung mit chemischer Energie, organischen Molekülen und essenziellen Nährstoffen gewährleisten 42.2 Die wichtigsten Stadien der Nährstoffverarbeitung: Nahrungsaufnahme, Verdauung, Resorption und Ausscheidung 42.3 Spezialisierte Organe für die verschiedenen Stadien der Nahrungsverarbeitung im Verdauungssystem der Säugetiere 42.3.1 Mundhöhle, Schlund und Speiseröhre 42.3.2 Verdauung im Magen 42.3.3 Verdauung im Dünndarm 42.3.4 Resorption im Dünndarm 42.3.5 Resorption im Dickdarm 42.4 Ernährung und die evolutive Anpassung der Verdauungssysteme von Wirbeltieren 42.4.1 Anpassung der Zähne 42.4.2 Anpassungen von Magen und Darm 42.4.3 Anpassungen durch Symbiose 42.5 Homöostasemechanismen und Energiehaushalt Kapitel 43 Kreislauf und Gasaustausch 43.1 Kreislaufsysteme verknüpfen alle Zellen des Körpers mit Austauschflächen 43.1.1 Offene und geschlossene Kreislaufsysteme 43.1.2 Die Organisation von Kreislaufsystemen bei Wirbeltieren 43.2 Koordinierte Kontraktionszyklen des Herzens treiben den doppelten Kreislauf bei Säugern an 43.2.1 Der Säugerkreislauf 43.2.2 Das Säugerherz: Eine nähere Betrachtung 43.3 Blutdruck und Blutfluss spiegeln Bau und Anordnung der Blutgefäße wider 43.3.1 Bau und Funktion von Blutgefäßen 43.3.2 Blutdruck 43.4 Blutbestandteile und ihre Funktion bei Stoffaustausch, Transport und Abwehr 43.5 Gasaustausch erfolgt an spezialisierten respiratorischen Oberflächen 43.5.1 Kiemen bei wasserlebenden Tieren 43.5.2 Tracheensysteme bei Insekten 43.5.3 Lungen 43.6 Atmung: Ventilation der Lunge 43.6.1 Atmung bei Säugern 43.6.2 Atmung bei Vögeln 43.7 Anpassungen an den Gasaustausch: Respiratorische Proteine binden und transportieren Atemgase Kapitel 44 Das Immunsystem 44.1 Das angeborene Immunsystem basiert auf der Erkennung gemeinsamer Muster von Krankheitserregern 44.2 Erworbene Immunität, Lymphocyten-rezeptoren und spezifische Erkennung von Krankheitserregern 44.3 Erworbene Immunität und die Abwehr von Infektionen in Körperzellen und Körperflüssigkeiten 44.3.1 Helfer-T-Zellen: Reaktion auf nahezu alle Antigene 44.3.2 Cytotoxische T-Zellen: Abwehr gegen intrazelluläre Erreger 44.3.3 B-Zellen: Abwehr gegen extrazelluläre Krankheitserreger 44.3.4 Aktive und passive Immunisierung 44.3.5 Immunologische Abstoßung 44.4 Störungen des Immunsystems 44.4.1 Übermäßige, gegen körpereigene Strukturen gerichtete und verminderte Immunreaktionen 44.4.2 Strategien der Krankheitserreger zur Umgehung der erworbenen Immunabwehr Kapitel 45 Osmoregulation und Exkretion 45.1 Osmoregulation: Gleichgewicht zwischen Aufnahme und Abgabe von Wasser und den darin gelösten Stoffen 45.1.1 Osmose und Osmolarität 45.1.2 Osmotische Herausforderungen 45.2 Die stickstoffhaltigen Exkretionsprodukte eines Tieres 45.3 Exkretionssysteme sind tubuläre Systeme 45.3.1 Exkretionsprozesse 45.3.2 Bau der Säugerniere 45.4 Das Nephron: Schrittweise Verarbeitung des Ultrafiltrats 45.5 Hormonelle Regelkreise verknüpfen Nierenfunktion, Wasserhaushalt und Blutdruck Kapitel 46 Fortpflanzung der Tiere 46.1 Sexuelle und asexuelle Fortpflanzung im Tierreich 46.2 Keimzellenproduktion und -transport mittels Fortpflanzungsorganen 46.2.1 Das weibliche Fortpflanzungssystem 46.2.2 Das männliche Fortpflanzungssystem 46.2.3 Die sexuelle Reaktion des Menschen 46.3 Fortpflanzungsregulierung bei Säugern: Ein komplexes Zusammenspiel von Hormonen 46.3.1 Hormonelle Kontrolle des männlichen Fortpflanzungssystems 46.3.2 Der weibliche Fortpflanzungszyklus 46.4 Bei placentalen Säugern findet die gesamte Embryonalentwicklung im Uterus statt 46.4.1 Empfängnis, Embryonalentwicklung und Geburt 46.4.2 Empfängnisverhütung und Abtreibung Kapitel 47 Entwicklung der Tiere 47.1 Nach der Befruchtung schreitet die Embryonalentwicklung durch Furchung, Gastrulation und Organogenese fort 47.1.1 Furchung 47.1.2 Gastrulation 47.1.3 Organogenese 47.2 Das Schicksal von sich entwickelnden Zellen ist von ihrer Vorgeschichte und induktiven Signalen abhängig 47.2.1 Anlagepläne 47.2.2 Entstehung zellulärer Asymmetrien 47.2.3 Festlegung des Zellschicksals und Musterbildung durch induktive Signale Kapitel 48 Neurone, Synapsen» und Signalgebung 48.1 Neuronale Organisation und Struktur als Spiegel der Funktion bei der Informationsübermittlung 48.1.1 Einführung in die Informationsverarbeitung 48.1.2 Neuronale Struktur und Funktion 48.2 Aufrechterhaltung des Ruhepotenzials eines Neurons durch lonenpumpen und lonenkanäle 48.3 Axonale Fortleitung von Aktionspotenzialen 48.3.1 Erzeugung von Aktionspotenzialen 48.3.2 Erzeugung von Aktionspotenzialen:Eine nähere Betrachtung 48.3.3 Fortleitung von Aktionspotenzialen 48.4 Synapsen als Kontaktstellen zwischen Neuronen 48.4.1 Erzeugung postsynaptischer Potenziale 48.4.2 Summation postsynaptischer Potenziale 48.4.3 Modulation der synaptischen Übertragung 48.4.4 Neurotransmitter Kapitel 49 Nervensysteme 49.1 Nervensysteme bestehen aus Neuronen-schaltkreisen und unterstützenden Zellen 49.1.1 Organisation des Wirbeltiernervensystems 49.1.2 Das periphere Nervensystem 49.2 Regionale Spezialisierung des Wirbeltiergehirns 49.2.1 Der Hirnstamm 49.2.2 Das Kleinhirn (Cerebellum)49.2.3 Das Zwischenhirn (Diencephalon)49.2.4 Das Großhirn (Cerebrum)49.3 Die Großhirnrinde: Kontrolle von Willkürbewegungen und kognitiven Funktionen 49.3.1 Informationsverarbeitung in der Großhirnrinde 49.3.2 Sprache und Sprechen 49.3.3 Lateralisierung corticaler Funktionen 49.3.4 Emotionen 49.3.5 Bewusstsein 49.4 Gedächtnis und Lernen als Folge von Veränderungen der synaptischen Verbindungen 49.4.1 Neuronale Plastizität 49.4.2 Gedächtnis und Lernen 49.4.3 Langzeitpotenzierung Kapitel 50 Sensorische und motorische Mechanismen 50.1 Sensorische Rezeptoren: Umwandlung von Reizenergie und Signalübermittlung an das Zentralnervensystem 50.1.1 Sensorische Bahnen 50.1.2 Sensorische Rezeptortypen 50.2 Mechanorezeptoren nehmen Flüssigkeitsoder Partikelbewegungen wahr 50.3. Geschmacks- und Geruchssinn basieren auf ähnlichen Sinneszellsätzen 50.3.1 Der Geschmackssinn bei Säugern 50.3.2 Der Geruchssinn des Menschen 50.4 Im ganzen Tierreich basiert das Sehen auf ähnlichen Mechanismen 50.4.1 Sehen bei Wirbellosen 50.4.2 Das Sehsystem von Wirbeltieren 50.5 Muskelkontraktion erfordert die Interaktion von Muskelproteinen 50.5.1 Die Skelettmuskulatur von Wirbeltieren 50.5.2 Andere Muskeltypen 50.6 Das Skelettsystem wandelt Muskelkontraktion in Fortbewegung um Kapitel Tierisches Verhalten 51.1 Bestimmte sensorische Eingangssignale können sowohl einfaches als auch komplexes Verhalten auslösen 51.1.1 Festgelegte Reaktionsmuster 51.1.2 Gerichtete Bewegung 51.1.3 Verhaltensbiologische Rhythmen 51.1.4 Signalgebung und Kommunikation bei Tieren 51.2 Lernen: Spezifische Verknüpfung von Erfahrung und Verhalten 51.2.1 Habituation 51.2.2 Prägung 51.2.3 Assoziatives Lernen 51.2.4 Kognition und Problemlösung 51.3 Genetische Ausstattung und Umwelt tragen zur Verhaltensentwicklung bei 51.3.1 Erfahrung und Verhalten 51.3.2 Regulatorgene und Verhalten 51.4. Verhaltensweisen lassen sich durch Selektion auf Überleben und Fortpflanzungserfolg eines Individuums erklären 51.4.2 Paarungsverhalten und Partnerwahl 51.5. Gesamtfitness kann die Evolution von altruistischem Sozialverhalten erklären 51.5.1 Altruismus 51.5.2 Gesamtfitness Kapitel 52 Ökologie und die Biosphäre: Eine Einführung 52.1.1 Der Zusammenhang zwischen Ökologie und Evolutionsbiologie 52.1.2 Ökologie und Umweltschutz 52.2 Die Wechselbeziehungen zwischen Organismen und ihrer Umwelt bestimmen ihre Verbreitung und Häufigkeit 52.2.1 Ausbreitung und Verbreitung 52.2.2 Verhalten und Habitatselektion 52.2.3 Biotische Faktoren 52.2.4 Abiotische Faktoren 52.2.5 Klima 52.3 Aquatische Biome: Vielfältige und dynamische Systeme, die den größten Teil der Erdoberfläche einnehmen 52.3.1 Struktur aquatischer Biome 52.4 Klima und unvorhersagbare Umweltveränderungen bestimmen die Struktur und Verbreitung der terrestrischen Biome 52.4.1 Makroklima und terrestrische Biome 52.4.2 Allgemeine Eigenschaften terrestrischer Biome und die Bedeutung von Störungen 52.5 Pflanzengesellschaften sind Grundbausteine der Vegetation'52.5.1 Abgrenzung von Pflanzenbeständen nach Charakterarten und regelmäßig wiederkehrenden Artenverbindungen Kapitel 53 Populationsökologie 53.1 Dynamische Prozesse und ihr Einfluss auf die Individuendichte, Individuenverteilung und Demografie von Populationen 53.1.1 Individuendichte und Verteilungsmuster 53.1.2 Demografie 53.2 Wichtige Phasen im Lebenszyklus einer Organismenart als Produkt der natürlichen Selektion 53.2.1 Evolution und die Vielfalt von Lebenszyklen 53.2.2 „Kompromisse" und Lebenszyklus 53.3 Exponentielles Wachstum: Ein Modell für Populationen in einer idealen, unbegrenzten Umwelt 53.3.1 Pro-Kopf-Zunahme 53.3.2 Exponentielles Wachstum 53.4 Das logistische Wachstumsmodell: Langsameres Populationswachstum bei Annäherung an die Umweltkapazität 53.4.1 Das logistische Wachstumsmodell 53.4.2 Das logistische Modell und natürliche Populationen 53.4.3 Logistisches Modell und Lebenszyklus 53.5 Dichteabhängige Einflüsse auf das Populationswachstum 53.5.1 Populationsveränderungen und Individuendichte 53.5.2 Dichteabhängige Regulation von Populationen 53.5.3 Populationsdynamik 53.6 Die menschliche Bevölkerung:Kein exponentielles Wachstum mehr, aber immer noch ein steiler Anstieg 53.6.1 Die Erdbevölkerung Kapitel 54 Ökologie der Lebensgemeinschaften 54.1 Wechselbeziehungen zwischen Organismen: Positiv, negativ oder neutral 54.1.1 Interspezifische Konkurrenz 54.1.2 Prädation 54.1.3 Parasitismus 54.1.4 Herbivorie 54.1.5 Mutualismus 54.1.6 Parabiose und Kommensalismus 54.1.7 Metabiose 54.2 Der Einfluss von dominanten Arten und Schlüsselarten auf die Struktur von Lebensgemeinschaften 54.2.1 Artendiversität 54.2.2 Trophische Strukturen 54.2.3 Arten mit einer großen Bedeutung für die Lebensgemeinschaft 54.3 Der Einfluss von Störungen auf Artendiversität und Artenzusammensetzung 54.3.1 Sukzession Kapitel 55 Ökosysteme 55.1 Der Energiehaushalt und die biogeochemischen Kreisläufe von Ökosystemen 55.1.1 Energieerhaltung 55.1.2 Erhaltung der Masse 55.1.3 Energie, Masse und Trophieebenen 55.2 Energie und andere limitierende Faktoren der Primärproduktion der Ökosysteme 55.2.1 Energiebilanzen von Ökosystemen 55.2.2 Primärproduktion in aquatischen Ökosystemen 55.2.3 Primärproduktion in terrestrischen Ökosystemen 55.3 Energietransfer zwischen Trophieebenen: Effizienz meist unter zehn Prozent 55.3.1 Produktionseffizienz 55.3.2 Die Grüne-Welt-Hypothese 55.4 Biologische und geochemische Prozesse regulieren die Nährstoffkreisläufe eines Ökosystems 55.4.1 Biogeochemische Kreisläufe 55.4.2 Mineralisierungs- und Umsatzraten bei Nährstoff Kreisläufen 55.5 Der Einfluss des Menschen auf die biogeochemischen Kreisläufe der Erde 55.5.1 Nährstoffanreicherung 55.5.2 Saurer Regen 55.5.3 Umweltgifte 55.5.4 Treibhausgase und globale Erwärmung 55.5.5 Abbau der stratosphärischen Ozonschicht Kapitel 56 Naturschutz und Renaturierungsökologie 56.1 Der Mensch als Gefahr für die biologische Vielfalt 56.1.1 Die drei Ebenen der biologischen Vielfalt 56.1.2 Biologische Vielfalt und das Wohlergehen des Menschen 56.1.3 Drei Gefahren für die biologische Vielfalt 56.2 Landschafts- und Gebietsschutz zur Erhaltung ganzer Biota 56.2.1 Struktur und biologische Vielfalt von Landschaften 56.2.2 Einrichtung von Schutzgebieten 56.3 Renaturierung: Wiederherstellung geschädigter Ökosysteme 56.3.1 Renaturierung als Zukunftsaufgabe 56.4 Nachhaltige Entwicklung: Die Bewahrung der biologischen Vielfalt und ihr Nutzen für den Menschen 56.4.1 Das Konzept der nachhaltigen Entwicklung 56.4.2 Die Zukunft der Biosphäre Bildnachweis