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Full Description
Schauen Sie hinter die Kulissen von Mutter Natur. Tauchen Sie ein in die faszinierende Welt der Pflanzen, Tiere, Bakterien und Co. Erfahren Sie von Rene Fester Kratz und Donna Rae Siegfried, wie die Photosynthese abl?uft, was bei der Zellteilung passiert, wie ein ?kosystem funktioniert und vieles mehr. Lassen Sie sich die Grundlagen der Genetik und Evolutionslehre erkl?ren und bestaunen Sie die wichtigsten Entdeckungen in der Biologie. Sie werden sehen: Die Wissenschaft des Lebens ist eine spannende Sache!
Contents
Uber die Autorinnen 7 Uber die Uberarbeiterin 7 Einleitung 23 Uber dieses Buch 23 Formale Regelungen in diesem Buch 23 Was Sie nicht lesen mussen 24 Was Sie von diesem Buch erwarten konnen 24 Wie dieses Buch aufgebaut ist 25 Teil I: Grundlagen der Biologie 25 Teil II: Zellvermehrung und Genetik Das Thema Sex aus Sicht des Biologen 25 Teil III: Die Welt ist klein und vernetzt 26 Teil IV: Struktur und Funktion tierischen Lebens Unmengen verschiedener Systeme 26 Teil V: Struktur und Funktion des pflanzlichen Lebens Es ist nicht leicht, grun zu sein 26 Teil VI: Der Top-Ten-Teil 26 Symbole, die Sie durch das Buch begleiten 27 Wegweiser durch dieses Buch 27 Teil I Grundlagen der Biologie 29 Kapitel 1 Die Erforschung der belebten Welt 31 Am Anfang steht immer die Zelle 31 Leben erzeugt Leben: Reproduktion und Genetik 32 Der Zusammenhang zwischen Okosystemen und Evolution 33 Einblicke in die Anatomie und Physiologie der Tiere 33 Der Vergleich zwischen Pflanzen und Menschen 35 Kapitel 2 Die Erforschung des Lebens 37 Die belebte Natur: Warum Biologen das Leben untersuchen und wie sie es definieren 37 Beobachtungen als Schlussel zum Verstandnis der Welt 40 Einfuhrung in die wissenschaftliche Arbeit 41 Versuchsplanung 43 Der fortwahrende Austausch neuer Ideen in der Wissenschaft 48 Auffinden wissenschaftlicher Informationen 50 Wissenschaftliche Fachzeitschriften: Strenge Massstabe fur die Publikation sichern die Qualitat 50 Lehrbucher: Informationsquelle fur Studenten 51 Die Boulevardpresse: Vorsicht vor falschen Informationen 52 Das Internet: Eine Fulle von Informationen, aber ohne Gewahr fur Richtigkeit 52 Kapitel 3 Die Chemie des Lebens 55 Warum es wichtig ist, etwas uber die Materie zu wissen 55 Die Unterscheidung zwischen Atomen, Elementen und Isotopen 56 Das Atom "Bohr"en wir uns gedanklich in die Materie hinein 57 Elemente Die chemischen Grundbestandteile 57 Isotope ein wenig Abwechslung muss sein 60 Molekule, Verbindungen und Bindungen 61 Sauren und Basen Was sich chemisch dahinter verbirgt 62 Die pH-Skala Ein "p"raktisches "H"ilfsmittel 63 Puffer immer um Ausgleich bemuht 64 Molekule mit einem Grundgerust aus Kohlenstoff: Die Grundlage allen Lebens 65 Die Energiequelle: Kohlenhydrate 65 Der Auf- und Abbau von Zuckern 67 Die Umwandlung von Glukose zu Speicherstoffen 68 Die Lebensgrundlage: Proteine 69 Der Aufbau von Proteinen 69 Die wichtigsten Aufgaben von Proteinen 70 Die Steuerelemente: Nukleinsauren 71 Desoxyribonukleinsaure (DNA) 71 Ribonukleinsaure (RNA) 73 Strukturelement, Energielieferant und mehr: Lipide 73 Kapitel 4 Die lebende Zelle 77 Die Zelle ein Uberblick 77 Ein Einblick in die Welt der Prokaryoten 79 Der Aufbau eukaryotischer Zellen 80 Zellen und Organellen 82 Die Plasmamembran: Zusammenhalt muss sein 83 Das Flussig-Mosaik-Modell 83 Stofftransport durch die Plasmamembran 85 Das Zytoskelett Stutze der Zelle 87 Der Zellkern die Kontrollinstanz 88 Die Ribosomen Werkbank fur den Proteinaufbau 88 Das endoplasmatische Retikulum die Fabrik der Zelle 89 Der Golgi-Apparat die Packstation der Zelle 89 Lysosomen die Mullabfuhr der Zelle 90 Peroxisomen die Entgifter der Zelle 90 Mitochondrien die Kraftwerke der Zelle 91 Chloroplasten Energieumwandler, die nicht jede Zelle hat 91 Enzyme Starthilfe fur Reaktionen 92 Enzyme verandern sich nicht ... 93 ... , sondern verringern die Aktivierungsenergie 94 Cofaktoren und Coenzyme Helfer der Enzyme 95 Die Kontrolle von Enzymen durch hemmende Ruckkopplung 95 Kapitel 5 Energie als Bestandteil des Lebens 97 Wo Energie uberall eine Rolle spielt 97 Die Regeln der Energie 98 Die Umwandlung von Molekulen 99 Energieubertragung mittels ATP 99 Nahrungsaufnahme zur Versorgung mit Material und Energie 101 Nahrungssuche und Nahrungserzeugung 101 Photosynthese: Nahrungserzeugung aus Sonnenlicht, Kohlenstoffdioxid und Wasser 103 Energieumwandlung Nutzung der Sonne als Energiequelle 105 Die Verbindung von Stoffen und Energie 105 Zellatmung: Energiegewinn durch Nahrungsaufspaltung mit Hilfe von Sauerstoff 106 Aufspaltung der Nahrung 107 Energiespeicherung in Form von ATP 109 Energie im Korper 110 Teil II Zellvermehrung und Genetik Das Thema Sex aus Sicht des Biologen 113 Kapitel 6 Teilen, um zu erobern: Die Zellteilung 115 Vermehrung: Sicherung des Fortbestandes 115 Willkommen bei der DNA-Vervielfaltigung 116 Zellteilung: Die Ablosung von Altem durch Neues 120 Interphase: Zeit, sich zu ordnen 121 Mitose: Gerecht teilen unter Geschwistern 122 Die vier Abschnitte der Mitose 123 Der Verbleib der Tochterkerne: Zytokinese als Fortbewegungsmittel 124 Meiose: Vielfalt durch "den kleinen Unterschied" 125 Meiose I 129 Meiose II 130 Wie die geschlechtliche Vermehrung zur genetischen Vielfalt beitragt 131 Mutationen 131 Crossing-over 132 Unabhangige Zuordnung 132 Befruchtung 132 Ausbleibende Trennung 133 Die Geschlechtschromosomen 135 Kapitel 7 Zu Ehren von Mendel: Die Grundlagen der Genetik 137 Ursachen der Einzigartigkeit: erbliche Merkmale und Faktoren, die sie beeinflussen 137 Versuche mit Erbsen: Die Mendel schen Vererbungsregeln 139 Reinzucht der Elterngeneration 140 Die Untersuchung der Nachkommen: F1- und F2-Generationen 141 Ein Uberblick uber Mendels Ergebnisse 141 Genetische Fachbegriffe 142 Kreuzungszucht 144 Die genetische Forschung beim Menschen 146 Das Zeichnen von Stammbaumen 146 Die Untersuchung der Art der Vererbung 148 Schlussfolgerungen fur Merkmale 149 Kapitel 8 Das Buch des Lebens: DNA und Proteine 151 Proteine erzeugen Merkmale, und DNA erzeugt Proteine 151 Der Weg von der DNA uber die RNA zum Protein: Der Kernsatz der molekularen Biologe 152 Das Abschreiben der Botschaft der DNA: Transkription 153 Die Helfer bei der Transkription 155 Die Vorgange bei der Transkription 155 Die abschliessenden Arbeiten: mRNA-Prozessierung 156 Die Ubersetzung des genetischen Codes: Translation 158 Der Nutzen von Codons und Anticodons 159 Die Vorgange bei der Translation 160 Fehler und ihre Folgen: Die Bedeutung von Mutationen 163 Die Kontrolle der Zelle durch Steuerung der Gene 166 Die Anpassung an Umweltveranderungen 166 Experten durch Differenzierung 167 Kapitel 9 Die Arbeit mit dem genetischen Code: DNA-Technologie 171 Die Bandbreite der DNA-Technologie 172 Klonierung Teil 1: DNA mit Hilfe von Enzymen spezifisch schneiden 172 Klonierung Teil 2: Das Verbinden von DNA aus unterschiedlicher Herkunft 173 Die Trennung von Molekulen durch Gelelektrophorese 175 Das Kopieren von DNA mittels PCR 176 Das Lesen von Genen: DNA-Sequenzierung 178 Die Entschlusselung des menschlichen Genoms 179 Genetisch veranderte Organismen 182 Argumente fur die Nutzung von GVO 182 Bedenken bei der Nutzung von GVO 183 Teil III Die Welt ist klein und vernetzt 187 Kapitel 10 Erkundung der belebten Welt: Biodiversitat und Klassifikation 189 Biodiversitat: Die Starke der biologischen Vielfalt und Unterschiedlichkeit 189 Die Bedeutung der Biodiversitat 190 Die Bedrohung der Biodiversitat durch menschliches Handeln 190 Die Aussterben von Arten 192 Grundpfeiler von Lebensgemeinschaften 192 Indikatoren 193 Der Erhalt der Biodiversitat 193 Das Leben bewusst wahrnehmen 194 Ruhmlose Helden: Die Bakterien 195 Bakterienahnlich und doch anders: Die Archaeen 195 Vertraute Lebensformen: Die Eukaryoten 196 Der Baum des Lebens: Das Klassifikationssystem der Lebewesen 198 Verwandtschaftsbeziehungen und Domanen 199 Die Einteilung des Lebens in immer kleinere Gruppen 200 Bedeutungsvolle Namensgebung 203 Kapitel 11 Das Zusammenleben von Organismen 205 Okosysteme bringen alles zusammen 205 Biome: Lebensgemeinschaften 206 Freund oder Feind: Wechselbeziehungen zwischen den Arten 208 Die Untersuchung von Populationen 209 Die Methoden der Populationsokologie 209 Populationsdichte 209 Dispersion 210 Populationsdynamik 211 Uberlebensrate und Uberlebensmuster 211 Das Wachstum von Populationen 214 Das biotische Potenzial 214 Faktoren, die das Wachstum von Populationen beeinflussen 215 Die Aufnahmefahigkeit eines Lebensraumes 216 Wachstumskurven 216 Die Erdbevolkerung oder menschliche Population 217 Das explosionsartige Wachstum der menschlichen Population 217 Das demografische Ubergangsmodell 219 Energie- und Stoffkreislaufe in einem Okosystem 220 Der Fluss der Energie 222 Energetische Grundregeln 222 Die Energiepyramide 224 Stoffkreislaufe in Okosystemen 225 Der hydrologische Kresilauf 227 Der Kohlenstoffkreislauf 227 Der Phosphorkreislauf 229 Der Stickstoffkreislauf 229 Kapitel 12 Die Entstehung von Arten in einer Welt im Wandel 233 Die Herkunft des Lebens ein Blick in die Geschichte 233 Wie Charles Darwin jahrhundertealte Annahmen uber das Leben auf der Erde hinterfragte 234 Was wir alles den Vogeln zu verdanken haben 235 Darwins Theorie der biologischen Evolution 236 Die naturliche Selektion 236 Naturliche und kunstliche Selektion im Vergleich 237 Die Bedingungen, unter denen naturlichen Selektion stattfindet 238 Die vier Arten der naturlichen Selektion 239 Belege fur die biologische Evolution 240 Biochemie 241 Vergleichende Anatomie 241 Geografische Verteilung von Arten 242 Molekularbiologie 243 Fossile Funde 244 Beobachtungen 244 Datierung mit Hilfe von Radioisotopen 245 Widerstreit der Meinungen: Biologische Evolution versus Kreationismus 246 Die Evolution des Menschen 248 Fossile Funde 249 Spurensuche in der DNA 251 Das grosse Gehirn von Homo sapiens 252 Teil IV Struktur und Funktion des tierischen Lebens Unmengen verschiedener Systeme 255 Kapitel 13 Die Prinzipien der Physiologie 257 Physiologische Untersuchungen auf allen Ebenen des Lebens 257 Die Grundlagen der Physiologie 259 Die Evolution zur perfekten Form 259 Abstimmung der Korperfunktionen zum Erhalt der Homeostase 259 Die Ubermittlung von Informationen uber Plasmamembranen hinweg 261 Die Steuerung von Aufnahme und Abgabe 262 Kapitel 14 Bewegend: Skelett- und Muskelsysteme 263 Fortbewegung nach Art der Tiere 263 Die Arten von Skelettsystemen 264 Die Teile des Wirbeltierskelettes 264 Knochen ist nicht gleich Knochen 266 Gelenkig durch Gelenke 267 Die Bedeutung der Muskeln 268 Muskelgewebe und Muskelphysiologie 269 Muskelkontraktion 271 Kapitel 15 Atmungssystem und Kreislaufsystem 273 Gasaustausch: Wie Tiere "atmen" 273 Gasaustausch uber das Integument 274 Kiemen 275 Tracheensysteme 275 Lungen 276 Was beim Atmen geschieht 276 Das Prinzip der Diffusion 279 Der Blutkreislauf: Nahrstoffanlieferung und Abfallbeseitigung 279 Offene Kreislaufsysteme 279 Geschlossene Kreislaufsysteme 280 Einfache Formen von Herzen 280 Herz und Kreislaufsystem beim Wurm 280 Herz und Kreislaufsystem beim Fisch 281 Das menschliche Herz-Kreislaufsystem 281 Der Herzzyklus 285 Der Weg des Blutes durch den Korper 286 Der Lungenkreislauf: Anreicherung des Blutes mit Sauerstoff 286 Der Korperkreislauf: Verteilung des sauerstoffreichen Blutes 286 Austauschvorgange im Bereich der Kapillaren 287 Zeitgeber der Herzaktivitat 288 Blut: Saft des Lebens 289 Feste Bestandteile des Blutes 289 Rote Blutkorperchen 290 Weisse Blutkorperchen 290 Blutplattchen 291 Das Blutplasma 291 Die Blutgerinnung 292 Kapitel 16 Die Verdauungs- und Ausscheidungssysteme von Tieren 293 Die Aufnahme und Zerlegung der Nahrung 293 Das Verdauungssystem: Was hinein gelangt und was herauskommt 295 Unvollstandiger und vollstandiger Verdauungstrakt 295 Kontinuierliche und diskontinuierliche Nahrungsaufnahme 295 Das menschliche Verdauungssystem 296 Der Mund: Nahrungsaufnahme bedeutet harte Arbeit 297 Der Magen: Vorgange im Sauren 298 Der Dunndarm: ein langer und verschlungener Weg 298 Die Nahrstoffaufnahme 300 Der Nahrstofftransport im Korper 300 Die Steuerung des Glukosespiegels im Blut 301 Die Zusammenstellung einer Mahlzeit 302 Kohlenhydrate: Zielobjekte vieler Essgeluste 303 Proteine: Ketten werden aufgebrochen, um anschliessend neue Ketten aufbauen zu konnen 303 Fette: Mass zu halten, fallt manchem schwer 306 Mineralien und Vitamine: Helfer von Enzymen 306 Die Ausscheidung von Stoffen beim Menschen 307 Die Ausscheidung fester Abfallstoffe durch den Dickdarm 307 Die Ausscheidung stickstoffhaltiger Abfallstoffe durch die Nieren 309 Kapitel 17 Das menschliche Abwehrsystem 313 Erfreuliche und weniger erfreuliche Begegnungen mit Mikroben 313 Bakterien als Stutze der Gesundheit 313 Bakterien als Feinde der Gesundheit 314 Viren als Feinde der Gesundheit 315 Die angeborene Abwehr des Menschen 317 Der wirksamste Schutz des Korpers: Haut und Schleimhaute 318 Klein, aber machtig: Abwehrmolekule 319 Professionelle Mikrobensucher: dendritische Zellen 320 Immer hungrig nach Eindringlingen: Phagozyten 320 Schadensbegrenzung: Entzundung 321 Die Filterwirkung des Lymphsystems 321 Die erworbene Abwehr des Menschen 323 Immer dienstbereit: T-Helferzellen 324 Immer auf Wanderschaft: B-Zellen und Antikorper 325 Die Killer unter den Zellen: Zytotoxische T-Zellen 325 Unterstutzung des Abwehrsystems 326 Antibiotika zur Abtotung von Bakterien 326 Virale Hilfe bei der Bakterienbekampfung 327 Virenbekampfung mit antiviralen Medikamenten 328 Vorsprung gewinnen durch Impfstoffe 329 Auswirkungen des Alterns auf das Immunsystem 331 Kapitel 18 Das Nervensystem und das Hormonsystem 333 Der komplizierte Aufbau des Nervensystems 333 Die Unterschiede zwischen ZNS und PNS 334 Die Struktur von Nervenzellen 336 Die Signalverarbeitung durch Nervenzellen 336 Reflexe: Handeln ohne nachzudenken 338 Das Gehirn und die funf Sinne 338 Der Geruchssinn 340 Der Geschmackssinn 340 Das Gehor 341 Das Sehvermogen 342 Das Gefuhl 343 Die Ausbreitung von Nervenimpulsen 343 Die Reizung einer Nervenzelle 343 Die Reizubermittlung zwischen Nervenzellen 346 Das Hormonsystem 347 Die Wirkung von Hormonen 349 Die allgemeinen Aufgaben von Hormonen 349 Kapitel 19 Fortpflanzung bei Tieren 353 Ungeschlechtliche Vermehrung 353 Geschlechtliche Vermehrung 354 Die Gameten 354 Spermatogenese: Die Erzeugung von Zellen, die sich schwimmend fortbewegen 355 Oogenese: Die Erzeugung von Eizellen 356 Das Paarungsverhalten und andere Vorbereitungen fur den grossen Moment 357 Paarungszeiten 357 Die Suche nach einem Paarungspartner 358 Der Fortpflanzungszyklus des Menschen 359 Die Erzeugung von Nachkommen beim Menschen 362 Das menschliche Fortpflanzungssystem 363 Der Geschlechtsverkehr 363 Orgasmus 364 Befruchtung 365 Die Fortpflanzung bei Tieren 366 Die menschliche Individualentwicklung 367 Von einer einzelnen Zelle zur Blastozyste 368 Die Embryonalentwicklung 369 Die Fetalentwicklung und Geburt 370 Differenzierung, Individualentwicklung und Determination 371 Die Fahigkeit, zu jeder beliebigen Zelle werden zu konnen 372 Faktoren, die Differenzierung und Individualentwicklung beeinflussen 373 Geschlechtsdifferenzierung beim Menschen 374 Die mannliche Geschlechtsentwicklung 375 Die weibliche Geschlechtsentwicklung 375 Storungen der Geschlechtsentwicklung 376 Teil V Struktur und Funktion des pflanzlichen Lebens Es ist nicht leicht, grun zu sein 377 Kapitel 20 Das Leben einer Pflanze 379 Die Struktur von Pflanzen 379 Pflanzengewebe 379 Die Pflanzenarten 381 Krautige und holzige Sprossachsen 382 Die Versorgung mit dem, was zum Wachstum benotigt wird: Material und Energie 384 Ungeschlechtliche Vermehrung bei Pflanzen 385 Geschlechtliche Vermehrung bei Pflanzen 385 Das Leben einer Pflanze 385 Die Teile einer Blute 387 Die Bestaubung und Befruchtung bei Pflanzen 389 Von der Zygote zum Embryo 389 Samen als Schutz fur den Pflanzenembryo 390 Kapitel 21 Einblicke in die Pflanzenphysiologie 391 Der Transport von Nahrstoffen, Flussigkeiten und Zucker in Pflanzen 391 Die Nahrstoffe, die Pflanzen zum Uberleben brauchen 391 Der Aufwartstransport von Wasser und Nahrstoffen aus dem Boden 393 Die Bewegung von Zucker durch das Phloem 394 Die Kontrolle von Wasserverlusten 396 Pflanzenhormone als Botenstoffe 398 Teil VI Der Top-Ten-Teil 399 Kapitel 22 Zehn grossartige Entdeckungen der Biologie 401 Die Aufklarung der Grundregeln der modernen Genetik 401 Die Theorie der naturlichen Selektion 401 Die Entdeckung des ersten Antibiotikums: Penicillin 402 Der Pocken-Schutz des Menschen 402 Die Aufklarung der DNA-Struktur 403 Die Aufklarung und Bekampfung von Erbdefekten 403 Die Entdeckung der Blutgruppen 404 Archaea faszinierende Einzeller aus der Urzeit 404 Die Entdeckung infektioser Proteine Prionen und Rinderwahnsinn (BSE) 405 DNA-Vervielfaltigung durch PCR 406 Kapitel 23 Zehn Wege, auf denen Biologie Ihr Leben beeinflusst 407 Die Versorgung mit Nahrung 407 Die Versorgung mit sauberem Wasser 408 Die Nutzung fossiler Brennstoffe 408 Mikrobielle Enzyme im Waschpulver 409 Die Entstehung Antibiotika-resistenter Bakterien 409 Das Aussterben von Arten 410 Biologie + Technik = Bionik 410 Grune Gentechnik: Transgene Pflanzen 411 Medizinische Gentechnik und Gene Pharming 411 Impfobst und Impfgemuse Schluckimpfung einmal anders 412 Stichwortverzeichnis 413
