4 Inhaltsverzeichnis

Zellbiologie

1 Das mikroskopische Bild der Zelle 10

Das Mikroskop 10 Neue Techniken 11 Praktikum: Herstellung von mikro-

skopischen Präparaten 12 Das lichtmikroskopische Bild der

Zelle 14 Pflanzliche Zellen 16 Tierische Zellen 17 Lebewesen aus einer Zelle 18 Vom Einzeller zum Vielzeller — ein

Denkmodell 19 Die Zelle im Elektronen-

mikroskop 20 Material: Forschungsmethoden

der Cytologie 22 Der Zellkern 24 Bau und Funktion von Zellorganel-

len 26 Zellzyklus und Mitose 28 Praktikum: Kern- und Zell-

teilung 30 Zellen im Vergleich — Protocyte

und Eucyte 31

2 Inhaltsstoffe der Zelle 32 Chemische Eigenschaften der

Zellinhaltsstoffe 32 Struktur der Proteine 34 Kohlenhydrate 36 Lipide 37 Diffusion und Osmose 38 Die osmotische Zustandsglei-

chung 40 Material: Osmoregulation 41 Aufbau der Biomembranen 42 Lexikon: Ein Modell entwickelt

sich 43 Stofftransport durch Biomem-

branen 44

3 Enzyme — Katalysatoren des Lebens 46

Enzyme sind Biokatalysatoren 46 Praktikum: Enzyme 48 Material: Aufbau von Enzymen 49 Die Reaktionsbedingungen be-

stimmen die Enzymaktivität 50 Der Einfluss des Bindungspartners

auf die Enzymaktivität 52 Impulse: Enzyme in Haushalt,

Industrie und Medizin 54

Stoffwechsel

1 Energiehaushalt der Tiere 58 Volumen und Oberfläche, Kraft

und Energie 58 Material: Körpergröße und Ener-

giehaushalt 59 Sauerstoff — Power-Stoff 60 Regulation der Sauerstoffkonzen-

tration im Blut 61 Erythrocyten transportieren den

Sauerstoff 62 Material: Sauerstoffbindung 63 Messen des Energieumsatzes 64 Äußere Atmung — Zellatmung 66 Praktikum: Auch Pflanzen

atmen 67

2 Dissimilation — Zellatmung 68 Mitochondrien: Atmungsorganel-

len 68 Material: Befunde zum Ort der

Zellatmung 69 Lexikon: Leben braucht

Energie 70 Lexikon: Energieträger

Elektron 71 Glucose wird zerlegt:

Glykolyse 72 Der Tricarbonsäurezyklus 73 Die Endoxidation 74 Im Konzentrationsgefälle steckt

Energie 75 Bilanz der Zellatmung 76 Zellatmung — der Weg zur

Erkenntnisgewinnung 77 Gärung — es geht auch ohne

Sauerstoff 78 Praktikum: Versuche zur

Gärung 79 Die Muskelkontraktion 80 Material: Die Rolle des ATP bei der

Muskelkontraktion 81 Sport — Spaß und Gesundheit 82 Energieumwandlung im Muskel 84 Material: Tauchende Säugetiere 85

3 Energiehaushalt und Ernährung der Pflanze 86

Pflanzen leben autotroph 86 Mineralstoffhaushalt der

Pflanze 87 Wasserhaushalt der Pflanze 88 Praktikum: Transpiration 89 Bau und Funktion des Blattes 90 Pflanzen machen Mittagspause 91

4 Äußere Faktoren der Foto-synthese 92

Die Sonne spendet Leben: Die Fotosynthese 92

Praktikum: Versuche zur Foto-synthese 93

Äußere Einflüsse auf die Foto-synthese 94

Sonnenblätter — Schatten- blätter 95

Pflanzen brauchen blaues oder rotes Licht 96

5 Biochemie der Fotosynthese 98 Zweigeteilte Fotosynthese 98 Material: Die Experimente von

Trebst, Tsujimoto und Arnon 99 Die lichtabhängige Reaktion 100 Die Gewinnung von ATP 101 Die lichtunabhängige Reak-

tion 102 Der Calvinzyklus 103 Material: Mais — ein Sonnenspe-

zialist 104

6 Chemosynthese 106 Es geht auch ohne Licht 106 Chemosynthese in der Tiefsee 107

Inhaltsverzeichnis Inhaltsverzeichnis

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Inhaltsverzeichnis 5

Genetik

1 DNA — Träger der Erbinformation 110

Träger der Erbinformation — expe-rimentelle Beweise 110

Praktikum: Experimente mit DNA 111

DNA — Der Stoff aus dem die Gene sind 112

DNA-Replikation — aus eins mach zwei 114

Material: DNA-Verdopplung — wie und wann? 116

Karyogramme zeigen Metaphase-Chromosomen 117

Genexpression: Von der Informa-tion zum Produkt 118

Der genetische Code 120 Material: Die Entdeckung des

genetischen Codes 121 t-RNA — Vermittler zwischen

m-RNA und Peptiden 122 Translation: Ein Protein ent-

steht 123 Proteinbiosynthese bei Prokaryo-

ten 124 Proteinbiosynthese bei Eukaryo-

ten 125 Regulation der Genexpres-

sion 126

2 Merkmalsbildung 128 Vom Genotyp zum Phänotyp 128 DNA-Schäden und Reparatur 130 Chromosomenmutation: Umbau

durch Bruch und Fusion 131 Genommutationen: Veränderung

der Chromosomenanzahl 132 Lexikon: Mutagene 133 Gene und Umwelt 134 Lexikon: Geschlechtsbe-

stimmung 135

3 Fortpflanzung und Vererbung 136 Ungeschlechtliche und ge-

schlechtliche Fortpflanzung 136 Befruchtung und Meiose 138 Meiose: Bildung haploider Zel-

len 139 Vererbungslehre von Mendel und

Chromosomentheorie 140 Statistische Natur der mendel-

schen Regeln 142 Material: Übungsprogramm:

mendelsche Regeln 143 Gekoppelte Vererbung und Aus-

tausch von Genen 144 Material: Drosophilagenetik 146 Gene außerhalb des Zellkerns 147 Genetische Rekombination bei

Prokaryoten 148 Bakterien und Viren 149

4 Entwicklung 150 Von der Zygote zum Mehrzel-

ler 150 Lexikon: Ei- und Furchungs-

typen 151 Stammzellen: Alleskönner und

Vielkönner 152 Material: Klassische Experi-

mente 153 Individualentwicklung und Gen-

regulation 154 Altern und Tod 156 Material: Programmierter Zell-

tod 157 Krebs — Folge fehlgesteuerter

Gene? 158 Lexikon: Gen-Geschichte 160 Fortpflanzung im Reagenzglas 162 Material: Reproduktionstechnik,

Klonen 163

5 Humangenetik 164 Verfahren der Humangenetik 164 Lexikon: Erbgänge 166 Material: Klassische Human-

genetik 167 Das Down-Syndrom 168 Das Genom des Menschen 169 Impulse: Mukoviszidose 170 Genetische Beratung 172 Material: Pränatale Diagnostik 173

6 Gentechnik 174 DNA-Analyse 174 Biotechnologie 176 Genetische Marker und

Sonden 178 Gentechnik in der Medizin 180 Gentechnik in der Landwirt-

schaft 182 Impulse: Gen-Ethik 184

7 Immunbiologie 186 Erkennen und Abwehren 186 Die Immunantwort 188 Antigen-Antikörper-Reaktion 190 Unerwünschte Immunreakti-

onen 192 Material: Immunologische Tole-

ranz und Autoimmunität 194 Material: Theorien zur Immu-

nität 195 AIDS 196 Impulse: Weltgesundheit 198

Basiskonzepte: Struktur und Funktion 200

Basiskonzepte: Reproduktion 202

Basiskonzepte: Kompartimentierung 204

Basiskonzepte: Steuerung und Regelung 206

Basiskonzepte: Stoff- und Energieumwand- lung 208

Basiskonzepte: Information und Kommunika- tion 210

Basiskonzepte: Variabilität und Angepasstheit 212

Basiskonzepte: Geschichte und Verwandt- schaft 214

Inhaltsverzeichnis Inhaltsverzeichnis

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Inhaltsverzeichnis Inhaltsverzeichnis

6 Inhaltsverzeichnis

Neurobiologie

1 Reizaufnahme und Erregungs-leitung 218

Das Neuron 218 Praktikum: Nervenzelle 219 Das Ruhepotential 220 Das Aktionspotential 222 Fortleitung des Aktionspoten-

tials 224 Vom Reiz zum Aktionspoten-

tial 226 Material: Neurone 227

2 Neuronale Schaltungen 228 Synapsen 228 Codewechsel bei der Informati-

onsleitung 229 Synapsengifte 230 Material: Synapsengifte als Arznei-

mittel 231 Nervenschaltungen — Verrech-

nungsprozesse an Synapsen 232 Reflexe 234

3 Sinnesorgane 236 Rezeptoren reagieren auf

Reize 236 Lexikon: Sinne des Menschen 237 Sinnesorgan Auge 238 Bau der Netzhaut 239 Funktion der Netzhaut 240 Adaptation: Anpassung der Licht-

empfindlichkeit 242 Reizverarbeitung in der Netz-

haut 243 Rezeptive Felder und Kontrast 244 Lexikon: Wahrnehmung 245 Vom Reiz zum Sinneseindruck 246

4 Bau und Funktion des Nerven-systems 248

Nervensystem des Menschen 248 Bau und Funktion des menschli-

chen Gehirns 250 Lexikon: Methoden der Hirnfor-

schung 252 Lernen: speichern—abrufen 254 Impulse: Psychoaktive Stoffe 256

5 Hormone 258 Die Hierarchie der Botenstoffe 258 Hormonwirkung 260 Regulation des Blutzuckerspie-

gels 262 Impulse: Diabetes mellitus 264 Stress 266 Hormone und Verhalten 268 Material: Brutverhalten bei Lach-

tauben 269

Verhaltensbiologie

1 Fragestellungen in der Verhal-tensforschung 272

Kausale und funktionale Fra- gen 272

Zur Geschichte der Verhaltensfor-schung 274

Lexikon: Instinktlehre — In die Kritik geraten 275

Methoden in der Verhaltensfor-schung 276

Praktikum: Wandkontakt bei Mäusen 277

2 Verhaltensweisen und ihre Ursa-chen 278

Genetisch bedingte Verhaltens-elemente 278

Innere und äußere Impuls- geber 280

Material: Bewegungssteuernde Außenreize 281

Verhaltensabfolgen 282 Material: Das Verhalten der Sand-

wespe 283 Reflexe sind beeinflussbar 284 Konditionierung — das Tier als

Automat? 286 Material: Modelle und Modell-

kritik 287 Lernen und Reifung 288 Prägung 290 Material: Karawanenbildung bei

Spitzmäusen 291 Komplexes Lernen 292 Lexikon: Weitere Lernformen 293

3 Ökologie und Verhalten 294 Habitatwahl und Reviere 294 Optimale Ernährungsstrate-

gien 296 Nahrungserwerb 297 Vor- und Nachteile des Zusam-

menlebens 298 Sozialsysteme 299

4 Evolution und Verhalten 300 Fortpflanzungserfolg 300 Sexualstrategien 302 Eltern investieren in ihre Nachkom-

men 303 Material: Fortpflanzungstaktiken

der Heckenbraunelle 304 Infantizid und Fortpflanzungs-

erfolg 306 Uneigennütziges Verhalten 307 Material: Lebenslaufstrate-

gien 308 Kampfstrategien der Rot-

hirsche 310 Computersimulation der Kampf-

strategien 311 Aggression und Rangordnung 312 Signale und Kommunikation 314 Impulse: Kulturenvielfalt und

menschliche Universalismen 316

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Inhaltsverzeichnis Inhaltsverzeichnis

Inhaltsverzeichnis 7

Ökologie

1 Angepasstheit und ökologische Potenz 320

Der Einfluss der Temperatur auf Lebewesen 320

Der Einfluss von Sauerstoff auf Tiere 322

Material: Leben mit wenig Wasser — die Kängururatte 323

Lexikon: Weitere abiotische Fakto-ren 324

Tiergeografische Regeln 325 Das Konzept der ökologischen

Nische 326 Konkurrenz um Ressourcen 328 Material: Die ökologische Nische

von Strudelwürmern 330 Praktikum: Untersuchungen zur

ökologischen Nische 331

2 Populationsökologie 332 Wachsende Populationen 332 Populationsgrößen verändern

sich 334 Räuber und Beute 336 Modelle zur Räuber-Beute-Bezie-

hung 338 K- und r-Strategie 340 Ernährungsstrategien: Spezialis-

ten und Generalisten 341 Parasitismus 342 Symbiose 343 Populationsökologie und Pflanzen-

schutz 344

3 Ökosysteme 346 Gestufte Systeme 346 Primärproduktion 348 Stoffabbau durch Destruenten 349 Stoffkreislauf und Energie-

fluss 350 Impulse: Strukturen von Öko-

systemen 352 Sukzessionen 354 Diversität und Stabilität 356 Ökosystem Wald 358 Praktikum: Diversität im Wald 360 Ökosystem See 362 Eutrophierung 364 Praktikum: Freilandökologie am

stehenden Gewässer 365 Fließgewässer 366

4 Mensch und Umwelt 368 Weltbevölkerung 368 Impulse: Schutzschild der

Erde 370 Gefährdung des Waldes 372 Industrielle Landwirtschaft 374 Naturschutz 376 Material: Schutz von Wat-

vögeln 377

Evolution

1 Variabilität und Auswahl 380 Artenvielfalt und Variabilität 380 Die Ursachen der Variabilität 382 Selektion verändert Populatio-

nen 384 Populationsgenetik 386 Prädisposition 388 Selektionstypen 389 Selektionsfaktoren 390 Künstliche Selektion:Tier- und

Pflanzenzucht 391 Der Zufall verändert Populatio-

nen 392 Material: Simulationen zur Gen-

drift 393

2 Artbildung 394 Isolation und Artbildung 394 Isolationsmechanismen 396 Material: Evolution der Baum-

läufer 397 Artbildung ohne geografische

Isolation 398 Adaptive Radiation 400 Koevolution 402 Lexikon: Tarnung und War-

nung 403 Material: Malaria und Sichelzell-

anämie 404

3 Evolutionstheorien 406 Synthetische Evolutions-

theorie 406 Evolution durch natürliche Selek-

tion 408 Lamarcks Vorstellungen 409 Impulse: Evolution: Tatsachen,

Theorien und Geschichte 410 Kritische Positionen 412

4 Ähnlichkeit und Verwandt- schaft 414

Divergenz und Konvergenz 414 Lexikon: Homologien, Analo-

gien 416 Ordnung in der Vielfalt 418 Geeignete Merkmale 419 Phylogenetische Systematik:

Stammbäume ermitteln 420 Material: Stammbäume 421 Molekulare Verwandtschaft 422 Methoden der Paläontologie 424 Rekonstruktionen der Stammes-

geschichte 426

5 Evolution des Menschen 428 Der Mensch ist ein Primat 428 Unsere nächsten Verwandten 429 Mensch und Schimpanse — ein

Vergleich 430 Die frühen Hominiden 432

Homo — eine Gattung erobert die Erde 434

Die Herkunft des heutigen Men-schen 436

Material: Vielfalt der Menschen 438

6 Die Evolution des Lebens auf der Erde 440

Chemische Evolution: organische Makromoleküle entstehen 440

Frühe biologische Evolution: erste lebende Zellen 441

Endosymbionten-Hypothese: Eukaryoten entstehen 442

Mehrzeller entstanden mehrmals in der Evolution 443

Erdgeschichtliche Evolution der Lebewesen 444

Systematische Reiche der Lebe-wesen 446

Das Reich der Pflanzen 448 Das Reich der Tiere 449

Glossar 450Register 467Bildquellen 478

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