Biologie

Die wissenschaftliche Methode wird verwendet, um Probleme zu lösen und Phänomene zu erklären. Die Entwicklung der wissenschaftlichen Methode fiel mit Veränderungen in der Philosophie zusammen, die den wissenschaftlichen Entdeckungen zugrunde lagen und die Ansichten der Gesellschaft über die Natur radikal veränderten. Während der europäischen Renaissance formalisierten Personen wie Francis Bacon, Galileo und Isaac Newton das Konzept der wissenschaftlichen Methode und setzten es in die Praxis um.

Zellmembranen und Diffusion Um zu funktionieren, müssen Zellen Materialien über ihre Zellmembranen in ihr Zytoplasma hinein und aus ihr heraus bewegen. Diese Membranen sind semipermeabel, was bedeutet, dass bestimmte Moleküle passieren dürfen, andere jedoch nicht. Diese Bewegung von Molekülen wird durch die Phospholipid-Doppelschicht und ihre eingebetteten Proteine vermittelt, von denen einige als Transportkanäle für Moleküle fungieren, die sonst nicht in der Lage wären, die Membran zu...

Hintergrund Zellen stellen die grundlegendsten biologischen Einheiten aller Organismen dar, seien es einfache, einzellige Organismen wie Bakterien oder große, mehrzellige Organismen wie Elefanten und riesige Mammutbäume. In der Mitte des 19. Jahrhunderts wurde die Zelltheorie vorgeschlagen, um eine Zelle zu definieren, die besagt: Jeder lebende Organismus besteht aus einer oder mehreren Zellen. Die Zellen sind die Funktionseinheiten aller Organismen. Alle Zellen entstehen aus bereits...

Biomoleküle Organismen enthalten eine Vielzahl organischer Moleküle mit zahlreichen Funktionen, die von den chemischen Strukturen und Eigenschaften dieser Moleküle abhängen. Alle organischen Moleküle enthalten ein Kohlenstoffrückgrat und Wasserstoffatome. Das Kohlenstoffatom spielt eine zentrale Rolle bei der Bildung einer Vielzahl organischer Moleküle, die sich in Größe, Form und Komplexität unterscheiden. Anorganische Moleküle hingegen haben in der Regel einfachere Strukturen. Die äußerste...

Homöostase Die Bedingungen in der äußeren Umgebung eines Organismus können sich schnell und drastisch ändern. Um zu überleben, müssen Organismen eine ziemlich konstante innere Umgebung aufrechterhalten, die eine kontinuierliche Regulierung von Temperatur, pH-Wert und anderen Faktoren beinhaltet. Dieser ausgeglichene Zustand wird als Homöostase bezeichnet und beschreibt die Prozesse, durch die Organismen ihre optimalen inneren Bedingungen aufrechterhalten. Um die Homöostase aufrechtzuerhalten,...

Mendelsche Genetik Die Evolution wird durch Veränderungen in der genetischen Zusammensetzung von Populationen verursacht. In der Populationsgenetik modellieren Wissenschaftler diesen Prozess als Veränderungen in der Häufigkeit von Allelen an einzelnen genetischen Orten. Diese einfache Darstellung des Ablaufs der Evolution geht auf Gregor Mendels Analyse der Merkmalsvererbungsmuster bei Erbsenpflanzen zurück, die erstmals 1865 vorgestellt wurde. Mendel stellte anhand einer rigorosen...

Die Enthüllung der DNA als erbliches Molekül in allen Organismen hat zu enormen wissenschaftlichen und medizinischen Durchbrüchen geführt und unser Verständnis von uns selbst und anderen Organismen erheblich verbessert. DNA-Isolierung und Profiling waren die grundlegenden ersten Schritte für viele der Fortschritte im letzten Jahrhundert; Von der Identifizierung der Genfunktion bis hin zu Revolutionen in der Landwirtschaft und Forensik. Isolierung von DNA aus Zellen Die DNA-Isolierung ist ein...

Hintergrund Zu Beginn des 20. Jahrhunderts war die Lungenentzündung für einen großen Teil der Todesfälle durch Infektionskrankheiten verantwortlich1. Um einen wirksamen Impfstoff gegen Lungenentzündung zu entwickeln, untersuchte Frederick Griffith zwei verschiedene Stämme der Streptococcus pneumoniae: einen nicht-virulenten Stamm mit einem rauen Aussehen (R-Stamm) und einen virulenten Stamm mit einem glatten Aussehen (S-Stamm) aufgrund einer äußeren Polysaccharidkapsel2. Diese äußere Schicht...

Autotrophe Fast alle lebenden Organismen auf der Erde sind auf die Photosynthese angewiesen, d. h. auf den Prozess, bei dem Sonnenenergie in einen einfachen Zucker namens Glukose umgewandelt wird. Dieses Molekül kann als kurzfristige Energiequelle oder zum Aufbau komplexerer Kohlenhydrate wie Stärke für die langfristige Energiespeicherung verwendet werden. Autotrophe sind Organismen, die Lichtenergie durch Photosynthese einfangen. Sie werden auch als Primärproduzenten bezeichnet und liefern...

Autotrophe und Heterotrophe Lebende Organismen benötigen einen kontinuierlichen Energiezufuhr, um zelluläre und organismische Funktionen wie Wachstum, Reparatur, Bewegung, Verteidigung und Fortpflanzung aufrechtzuerhalten. Zellen können chemische Energie nur nutzen, um ihre Funktionen zu betreiben, daher müssen sie Energie aus chemischen Bindungen von Biomolekülen wie Zuckern und Lipiden gewinnen. Autotrophe Organismen, nämlich Pflanzen, Algen sowie photosynthetische und chemosynthetische...

Die Zellteilung ist für alle lebenden Organismen von grundlegender Bedeutung und für Wachstum und Entwicklung erforderlich. Als wesentliches Fortpflanzungsmittel für alle Lebewesen ermöglicht die Zellteilung den Organismen, ihr Erbgut an ihre Nachkommen weiterzugeben. Für einen einzelligen Organismus entsteht durch die Zellteilung ein völlig neuer Organismus. Bei mehrzelligen Organismen produziert die Zellteilung neue Zellen für die allgemeine Entwicklung des Organismus sowie gesunde Zellen, um...

Hintergrund Alle lebenden Organismen müssen eine Reihe von grundlegenden Funktionen erfüllen, um sich selbst zu erhalten. Einer dieser Prozesse ist der Transport von Materialien durch den Organismus. Daher müssen Organismen Materialien mit der Umwelt austauschen, was sich auf der kleinen Skala von Zellen zeigt, die Proteine und andere Materialien untereinander transportieren, oder auf einer größeren Skala wie dem Wasserkreislauf, wo sich Wasser ständig auf, über und unter der Erdoberfläche...

Biologische Katalysatoren Alle lebenden Organismen führen kontinuierlich zahlreiche biochemische Reaktionen durch, um ihre Präsenz aufrechtzuerhalten. Die meisten dieser Reaktionen erfordern einen Energiezufuhr, um zu starten, die als Aktivierungsenergie bezeichnet wird. Katalysatoren sind Chemikalien, die die Aktivierungsenergie senken. Katalysatoren erleichtern zwar eine chemische Reaktion, werden aber nicht von ihr verbraucht. Das bedeutet, dass ein Katalysator eine bestimmte chemische...

Drosophila als Modellorganismus Die gemeine Fruchtfliege, Drosophila melanogaster, ist ein weit verbreiteter Modellorganismus in der Biologie, obwohl sie eher als fruchtliebender Schädling anerkannt wird. Es gibt mehrere Gründe, die D. melanogaster zu einem hervorragenden Versuchsorganismus machen: Ihre etwa zweiwöchige Generationszeit ermöglicht die Untersuchung mehrerer Generationen, sie lassen sich leicht in sehr kleinen Röhren halten, und ihr Sexualdimorphismus ermöglicht es den Forschern,...

Die Nahrungskette Energie ist einer der wichtigsten abiotischen Faktoren in einem Ökosystem und Organismen in einem Ökosystem sind durch den Fluss von Energie und Materie untereinander verbunden. Da Energie weder erzeugt noch zerstört werden kann, kann sie nur ihre Form ändern oder auf den nächsten Organismus in einer Nahrungskette übertragen werden. Jedes Mal, wenn zum Beispiel eine Kuh auf Gras grast oder ein Fischadler Fische jagt und frisst, wird Energie vom verbrauchten Organismus auf den...

Vielfältige Ökosysteme sind wichtig für die Gesundheit des Planeten und unser Überleben als Menschen; daher ist es für uns unglaublich wichtig, die biologische Vielfalt zu verstehen und zu messen, die als die Variabilität zwischen lebenden Organismen in einem Ökosystem definiert ist. Die biologische Vielfalt kann auf vielen verschiedenen Ebenen gemessen werden, einschließlich der Genetik, der Arten, der Gemeinschaft und des Ökosystems. Eine Möglichkeit, die biologische Vielfalt zu messen,...

Die Geschichte des Lebens auf der Erde Fossilien von Organismen, die sich von allem heute Lebenden unterschieden, waren bereits im 17. Jahrhundert dokumentiert worden, aber erst im frühen 19. Jahrhundert begannen Wissenschaftler zu erkennen, dass die aufeinanderfolgenden Schichten fossilienhaltiger Gesteine wie aufeinanderfolgende Seiten in der Geschichte des Lebens auf der Erde waren. Obwohl diese Erkenntnis die Geburtsstunde der Paläontologie war, musste die Idee des vollständigen globalen...

Verbreitung der Arten Biogeographie ist die Untersuchung der Artenverteilung im geografischen Raum und der Prozesse, die diese Verteilungen prägen. Diese Disziplin basiert auf der Annahme, dass jede Art innerhalb eines Ortes aus einem anderen geografischen Gebiet eingewandert sein muss oder sich aus einer lokalen Art entwickelt haben muss. In jedem Lebensraum wirken eine Vielzahl biotischer und abiotischer Faktoren auf die einzelnen Arten ein, um die Geburten-, Todes-, Einwanderungs- und...

Populationsmodelle Eine ökologische Population ist eine Gruppe von Individuen einer einzigen Art, die gleichzeitig in einem Gebiet leben. Um bestehen zu bleiben, muss eine Population entweder wachsen oder ihre Größe beibehalten. Populationsökologie ist die Untersuchung, wie sich die Populationsgröße und die Altersverteilung im Laufe der Zeit durch Wechselwirkungen mit anderen Arten und der Umwelt sowie mit Individuen der eigenen Art verändern. Ein besonders wichtiges Merkmal, das von Ökologen...

Bevölkerungen leben nicht isoliert, daher interagiert jede Population auf bestimmte Weise mit anderen. Diese Wechselwirkungen führen zu einem Netzwerk von Populationen. Eine ökologische Gemeinschaft besteht also aus solchen Populationsnetzwerken verschiedener Arten, die innerhalb desselben Gebiets miteinander interagieren. Diese biologischen oder biotischen Komponenten können auch eng mit nicht lebenden oder abiotischen Komponenten interagieren und ein Ökosystem bilden. Ökosysteme können so...

Die Gewissheit des Klimawandels bleibt eine öffentliche Kontroverse, trotz des Konsenses von etwa 97 % der aktiven Klimaforscher, die sich nicht nur darin einig sind, dass sich das Klima der Erde verändert, sondern auch sagen, dass dieser Wandel durch menschliche Aktivitäten, vor allem Kohlenstoffemissionen, verstärkt wird 1. Die Diskrepanz zwischen der Öffentlichkeit und den Experten ist zum Teil auf das mangelnde Verständnis der Mechanismen des Klimawandels sowie auf die Unterschiede zwischen...

Leben in einer Bevölkerung Organismen in Populationen interagieren auf komplexe Weise miteinander, wobei Individuen um Ressourcen wie Nahrung, Unterschlupf und Partner konkurrieren. Diese Wechselwirkungen sind kostspielig, da Individuen Energie investieren, um die Ressource zu erwerben, daher gibt es eine Vielzahl von Strategien, die Organismen anwenden, um sich einen Vorteil gegenüber ihren Konkurrenten zu verschaffen. Dies ist deutlich bei polymorphen Paarungssystemen zu beobachten, bei denen...

Optimale Nahrungssuche Organismen müssen Ressourcen in ihrer Umwelt erwerben und nutzen, um überleben zu können. Während Nahrung eine der primären Ressourcen ist, nach denen Organismen suchen müssen, müssen Individuen auch Lebensräume, Schutz und Partner suchen. Dieser Prozess der Suche nach Ressourcen wird als Sammeln bezeichnet und ist mit einer Reihe von Kosten und Vorteilen verbunden. Genauer gesagt bietet der Erwerb einer Ressource dem Organismus einen Nutzen, aber die Suche und das Fangen...

Auswählen von Verknüpfungen Die evolutionäre Fitness wird weitgehend von der Fähigkeit eines Organismus bestimmt, zu überleben und erfolgreich Nachkommen zu zeugen. Entscheidend für diesen Prozess ist die sexuelle Selektion, die eine große Rolle bei der Bestimmung von Paarungen spielt und somit bei der Weitergabe von Genen an die nächste Generation. Oft übt die intensive Konkurrenz um Partner innerhalb einer Population einen Selektionsdruck auf Merkmale aus, die mit der Balz und der...

Soziale Organisation Innerhalb des Tierreichs sind unterschiedliche Ebenen der sozialen Organisation zu beobachten, die von einfach bis hochkomplex reichen. Diese Systeme können das Überleben und den Fortpflanzungserfolg eines Individuums oder einer Population erheblich verbessern. Von diesen ist die Eusozialität die höchste Ebene der sozialen Organisation, die Arbeitsteilungen auf der Grundlage sozialer Kasten beinhaltet. Dieses System wird jedoch in der Natur selten beobachtet, da es von den...

Fitness Die weit verbreitete Variation von Phänotypen in natürlichen Populationen liefert das Rohmaterial für die Evolution, d.h. die Veränderung der vererbten Merkmale von Populationen über aufeinanderfolgende Generationen. Natürliche Selektion ist einer der Hauptmechanismen der Evolution und erfordert, dass variable Merkmale vererbbar sind und mit unterschiedlichem Überleben und/oder Fortpflanzungserfolg verbunden sind. Phänotypen, die mit größerem Erfolg korrelieren, haben mehr Nachkommen,...

Natürliche Selektion und adaptive Evolution In natürlichen Umgebungen findet adaptive Evolution durch natürliche Selektion statt, ein Prozess, bei dem Unterschiede in den Merkmalen zu Unterschieden im Überleben und Fortpflanzungserfolg zwischen Individuen führen. Dies geschieht, weil Individuen mit bestimmten Phänotypen eine höhere Überlebenswahrscheinlichkeit haben und/oder mehr überlebende Nachkommen produzieren als Individuen mit anderen Phänotypen. Ein klassisches Beispiel dafür wurde von...

Evolutionäre Veränderungen sind interessant und wichtig zu untersuchen, aber Veränderungen in Populationen treten über lange Zeiträume und in riesigen physischen Räumen auf und sind daher sehr schwer zu messen. Im Allgemeinen erfordert die Untersuchung solcher Phänomene die Verwendung mathematischer Modelle, die auf Parametern basieren, die bequem gemessen werden können. Diese Modelle werden dann verwendet, um Vorhersagen darüber zu treffen, wie sich Änderungen am System auf das Ergebnis...

Der Mensch hat versucht, Lebewesen richtig zu klassifizieren, seit Aristoteles im 4. Jahrhundert v. Chr. den ersten Versuch unternahm. Das System von Aristoteles wurde während der Renaissance und dann von Carolus Linné in der Mitte des 19. Jahrhunderts verbessert. Diese formaleren Klassifikations- und Organisationssysteme gruppierten Arten nach ihrer physischen Ähnlichkeit zueinander. Zum Beispiel haben alle Wirbeltiere ein Rückgrat, aber wirbellose nicht. Merkmale wie das Rückgrat werden als...

Vom Wasser auf das Land Kingdom Plantae tauchten erstmals vor etwa 410 Millionen Jahren auf, als Grünalgen vom Wasser auf das Land übergingen. Obwohl dieser Übergang eine Herausforderung darstellte, kam er den frühen Kolonisatoren in mehrfacher Hinsicht zugute. Ursprünglich lebten die meisten lebenden Organismen (einschließlich Pflanzen und Tiere) in den Ozeanen, was die aquatischen Umgebungen überfüllt und sehr wettbewerbsfähig machte. Im Gegensatz dazu war Land eine relativ unbesiedelte...

Kingdom Animalia besteht aus einer Reihe von Organismen, die durch eine Reihe gemeinsamer Merkmale vereint sind. Von wenigen Ausnahmen abgesehen, sind Tiere mehrzellige Eukaryoten, die sich bewegen, organisches Material konsumieren und sich sexuell fortpflanzen. Obwohl diese Attribute geteilt werden, sind die Arten innerhalb dieses Königreichs auch äußerst vielfältig. Diese Vielfalt ist auf die Anpassung jeder Art an eine andere Nische zurückzuführen. Die Nische einer Art umfasst die Fläche,...

Bakterien und Pilze sind zwei sehr unterschiedliche Gruppen von Organismen, die erhebliche positive oder schädliche Auswirkungen auf die menschliche Gesundheit haben können. Aus diesem Grund ist es wichtig, einzelne Arten dieser Gruppen zu verstehen und zu unterscheiden. Wie Sie sich erinnern werden, gruppieren biologische Taxonomen Organismen auf der Grundlage ihrer phylogenetischen Verwandtschaft. Die drei Domänen des Lebens, Bakterien, Archaeen und Eukaryota, unterteilen das Leben in drei...