VII

Inhaltsverzeichnis Vorwort . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 1.1 1.2 1.3 1.3.1 1.3.2 1.3.3 1.3.4 1.4 1.4.1 1.4.2 1.4.3 1.5 1.5.1 1.5.2 1.5.3 1.6 1.6.1 1.6.2 1.7 1.8 1.8.1 1.8.2 1.9 1.9.1 1.10

Zellbiologie . . . . . . . . . . . . . . . . . . Was ist Leben? . . . . . . . . . . . . . . . . . Die Zelle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Aufbau der tierischen Zelle . . . . . . . . . . Die Biomembran . . . . . . . . . . . . . . . . Zellorganellen . . . . . . . . . . . . . . . . . Cilien und Geißeln . . . . . . . . . . . . . . . Zellkontakte . . . . . . . . . . . . . . . . . . Besonderheiten der pflanzlichen Zelle . . . . Vakuole . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Zellwand . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Plastiden . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Stofftransport . . . . . . . . . . . . . . . . . Diffusion und Osmose . . . . . . . . . . . . . Aktiver Transport durch Carrier-Systeme. . . Endo- und Exozytose . . . . . . . . . . . . . . Zellzyklus und Zellteilung . . . . . . . . . . . Mitose . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Meiose . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Einzeller . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Bakterien . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Aufbau und Stoffwechsel der Bakterienzelle Vermehrung von Bakterien . . . . . . . . . . Viren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Retroviren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Prionen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

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2 2.1 2.2 2.2.1 2.2.2 2.2.3 2.3 2.3.1 2.3.2 2.3.3 2.3.4 2.3.5 2.3.6 2.4 2.4.1

Stoffwechsel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Energie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Enzyme . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Enzymkinetik . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Substratbindung an das aktive Zentrum . . . . . . Regulation der Enzymaktivität . . . . . . . . . . . Stoffabbau (Dissimilation) . . . . . . . . . . . . . Glykolyse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Zitronensäurezyklus . . . . . . . . . . . . . . . . . Atmungskette . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Zentrale Stellung der Zellatmung im Stoffwechsel Milchsäure-Gärung . . . . . . . . . . . . . . . . . . Alkoholische Gärung . . . . . . . . . . . . . . . . . Stoffaufbau (Assimilation): Photosynthese . . . . Blattaufbau . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

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V 1 1 1 1 2 3 9 10 10 11 12 13 14 14 16 16 17 19 19 20 23 23 25 26 28 28 29 29 31 32 33 33 36 36 38 40 42 43 43 44 45

VIII

Inhaltsverzeichnis

2.4.2 2.4.3 2.4.4 2.5 2.5.1 2.5.2 2.6 2.6.1 2.6.2 2.6.3 2.6.4 2.6.5 2.7 2.7.1 2.7.2 2.7.3 2.8 2.8.1 2.8.2 2.8.3 2.8.4 2.9 2.9.1 2.9.2 2.9.3 2.9.4 2.9.5 2.10 2.10.1 2.10.2

Lichtreaktion . . . . . . . . . . . . . . . . . . Dunkelreaktion (Calvin-Zyklus) . . . . . . . . Chemosynthese . . . . . . . . . . . . . . . . . Stofftransport bei Pflanzen . . . . . . . . . . Wasser- und Mineralsalztransport . . . . . . Transport von Photosyntheseprodukten . . . Ernährung bei Tieren. . . . . . . . . . . . . . Arten der Nahrungsaufnahme . . . . . . . . . Verdauung der Nahrung . . . . . . . . . . . . Resorption der Nährstoffe . . . . . . . . . . . Regulation der Verdauungstätigkeit . . . . . Der Wiederkäuermagen . . . . . . . . . . . . Blutkreislauf . . . . . . . . . . . . . . . . . . Blutkreislauf der Säugetiere . . . . . . . . . Zusammensetzung und Aufgaben des Blutes Offene und geschlossene Kreislaufsysteme . Atmung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Hautatmung . . . . . . . . . . . . . . . . . . Kiemenatmung . . . . . . . . . . . . . . . . . Tracheenatmung . . . . . . . . . . . . . . . . Lungenatmung . . . . . . . . . . . . . . . . . Wasserhaushalt und Harnbildung. . . . . . . Niere und ableitende Harnwege . . . . . . . Wasserhaushalt bei Süßwassertieren. . . . . Wasserhaushalt bei Meerestieren . . . . . . . Weitere Exkretionsorgane bei Landtieren . . Wasserhaushalt bei Pflanzen . . . . . . . . . Thermoregulation . . . . . . . . . . . . . . . Wechselwarme (poikilotherme) Tiere . . . . Gleichwarme (homoiotherme) Tiere . . . . .

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3 3.1 3.1.1 3.1.2 3.1.3 3.2 3.2.1 3.3 3.3.1 3.3.2 3.4 3.4.1 3.4.2 3.4.3 3.4.4 3.5

Nerven- und Sinnesphysiologie . . . . . . . Bau und Funktion von Nervenzellen . . . . . . Ruhe- und Aktionspotenzial . . . . . . . . . . Erregungsleitung . . . . . . . . . . . . . . . . . Synapsen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Aufnahme und Verarbeitung von Sinnesreizen Codierung von Sinnesreizen. . . . . . . . . . . Lichtsinn . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Lichtsinnesorgane . . . . . . . . . . . . . . . . Linsenauge des Menschen . . . . . . . . . . . . Gehör- und Gleichgewichtssinn . . . . . . . . . Anatomie des Säugetierohrs . . . . . . . . . . Schallübertragung im Ohr . . . . . . . . . . . . Reizübertragung im Innenohr . . . . . . . . . Der Gleichgewichtssinn . . . . . . . . . . . . . Hautsinne . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

46 49 51 52 52 55 56 57 58 63 64 67 68 68 73 79 80 81 81 82 83 86 86 90 90 91 91 93 95 95

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 97 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 97 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 98 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 104 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 105 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 108 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 110 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 111 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 111 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 113 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 116 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 117 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 118 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 118 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 120 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 121

IX

Inhaltsverzeichnis

3.5.1 3.5.2 3.5.3 3.6 3.6.1 3.6.2 3.7 3.7.1 3.8 3.8.1

Tastsinn . . . . . . . . . . . . . . . . . . Schmerzempfinden . . . . . . . . . . . . Temperatursinn . . . . . . . . . . . . . . Chemische Sinne . . . . . . . . . . . . . Geschmackssinn . . . . . . . . . . . . . Geruchssinn . . . . . . . . . . . . . . . . Nervensysteme . . . . . . . . . . . . . . Zentralnervensystem bei Wirbeltieren . Reflexe . . . . . . . . . . . . . . . . . . Kniesehnenreflex . . . . . . . . . . . . .

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4 4.1 4.1.1 4.2 4.3 4.3.1

Muskulatur und Bewegung . . . . . . . . . Bau und Funktion der Skelettmuskulatur . . Gleitfilamenttheorie der Muskelkontraktion. Formen der Muskelkontraktion . . . . . . . . Steuerung der Muskeltätigkeit . . . . . . . . Aufbau und Funktion der Muskelspindel . . .

5 5.1 5.2 5.3 5.3.1 5.4 5.4.1 5.5 5.6 5.6.1 5.6.2 5.7 5.8

Hormonsystem . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Signalübertragung durch Hormone . . . . . . . . . . . . . . . Das Hypothalamus-Hypophysen-System . . . . . . . . . . . . Hormone der Nebennierenrinde und des Nebennierenmarks Stress . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Regulation des Blutzuckerspiegels . . . . . . . . . . . . . . . Diabetes mellitus . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Schilddrüsenhormone . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Geschlechtshormone . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Weibliche Sexualhormone . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Androgene . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Pheromone . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Pflanzenhormone. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

6 6.1 6.2 6.3 6.4 6.5

Fortpflanzung und Ontogenese . Ungeschlechtliche Fortpflanzung. Geschlechtliche Fortpflanzung . . Generationswechsel . . . . . . . . Entwicklung des Keims bei Tieren Entwicklung bei Samenpflanzen .

7 7.1 7.1.1 7.1.2 7.1.3 7.1.4 7.1.5 7.1.6 7.2 7.2.1

Genetik . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Gesetzmäßigkeiten der klassischen Genetik Mendel’sche Regeln . . . . . . . . . . . . . . Genkopplung . . . . . . . . . . . . . . . . . . Geschlechtsbestimmung . . . . . . . . . . . . Mutationen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Modifikationen . . . . . . . . . . . . . . . . . Polyphänie und Polygenie . . . . . . . . . . . Molekulare Genetik . . . . . . . . . . . . . . . DNA-Replikation . . . . . . . . . . . . . . . .

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121 123 123 124 124 125 126 129 134 134 136 136 138 140 141 142

........... ........... ........... ........... ........... ........... ........... ........... ........... ........... ........... ........... ...........

144 144 147 150 151 152 153 155 155 156 156 157 157

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160 160 161 163 166 169

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172 174 174 180 181 182 184 184 185 185

X

Inhaltsverzeichnis

7.2.2 7.2.3 7.3 7.3.1

Vom Gen zum Merkmal . . . . Regulation der Genaktivität Gentechnik . . . . . . . . . . Polymerase-Kettenreaktion .

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8 8.1 8.1.1 8.1.2 8.1.3 8.1.4 8.1.5

Immunabwehr . . . . . . . . . . . . . . . . . . Immunsystem der Säugetiere . . . . . . . . . . Unspezifische Abwehr . . . . . . . . . . . . . . Spezifische Abwehr . . . . . . . . . . . . . . . Infektionskrankheiten und Schutzimpfungen . Transplantationen . . . . . . . . . . . . . . . . Erkrankungen des Immunsystems . . . . . . .

9 9.1 9.1.1 9.1.2 9.1.3 9.2 9.2.1 9.2.2 9.2.3 9.2.4 9.3 9.4 9.5 9.6 9.7

Verhalten . . . . . . . . . . . . Angeborenes Verhalten . . . . Reflexe . . . . . . . . . . . . . Instinkthandlungen . . . . . . Reifung . . . . . . . . . . . . . Lernen . . . . . . . . . . . . . . Prägung . . . . . . . . . . . . . Konditionierung . . . . . . . . Lernen durch Beobachtung . . Lernen durch Einsicht . . . . . Arten des Zusammenlebens . . Revierverhalten. . . . . . . . . Ritualisierung . . . . . . . . . . Balz- und Brutpflegeverhalten Kommunikation. . . . . . . . .

10 10.1 10.1.1 10.1.2 10.1.3 10.2 10.2.1 10.2.2 10.2.3 10.2.4 10.3 10.4 10.4.1 10.4.2 10.4.3 10.4.4 10.4.5 10.5 10.5.1 10.5.2

Ökologie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Umweltfaktoren . . . . . . . . . . . . . . . . . . Abiotische Faktoren . . . . . . . . . . . . . . . . Toleranzbereiche und ökologische Potenz . . . . Biotische Faktoren . . . . . . . . . . . . . . . . . Wechselbeziehungen zwischen Lebewesen . . . Konkurrenz und ökologische Nische . . . . . . . Räuber-Beute-Beziehungen . . . . . . . . . . . . Symbiose . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Kommensalismus . . . . . . . . . . . . . . . . . . Populationswachstum und Dichteregulation . . Ökosysteme . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Nahrungsketten und -netze . . . . . . . . . . . . Biomasse- und Energiepyramide . . . . . . . . . Anreicherung von Stoffen in der Nahrungskette Kohlenstoffkreislauf . . . . . . . . . . . . . . . . Stickstoffkreislauf . . . . . . . . . . . . . . . . . Mensch und Umwelt . . . . . . . . . . . . . . . . Anstieg der Weltbevölkerung . . . . . . . . . . . Energieverbrauch und Umweltbelastungen . . .

187 190 192 194

................... ................... ................... ................... ................... ................... ...................

197 197 198 201 205 207 207

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212 212 213 213 216 217 218 219 220 220 221 222 224 225 226

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230 230 230 236 238 238 238 239 242 243 244 247 248 248 250 250 251 253 254 254

XI

Inhaltsverzeichnis

11 11.1 11.2 11.2.1 11.2.2 11.2.3 11.3 11.3.1 11.3.2 11.3.3 11.3.4 11.3.5 11.3.6 11.4 11.5

Evolution . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Evolutionstheorien . . . . . . . . . . . . . . . . . . Evolutionsfaktoren . . . . . . . . . . . . . . . . . . Variabilität und Mutation . . . . . . . . . . . . . . Selektion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Isolation und Artbildung . . . . . . . . . . . . . . Belege für die Evolution . . . . . . . . . . . . . . . Homologie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Analogie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Rudimente . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Biochemische und molekularbiologische Belege . Belege aus der Entwicklungsphysiologie . . . . . Brückenformen und Fossilien . . . . . . . . . . . . Stammbäume . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Stammesgeschichte des Menschen . . . . . . . . .

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257 257 258 258 260 263 264 264 267 269 270 271 271 273 273

Glossar . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 277 Stichwortverzeichnis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 281