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1.1: Was ist Biologie?
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Biology

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What is Biology?
 
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1.1: What is Biology?

1.1: Was ist Biologie?

Overview

Biology is the natural science that focuses on the study of life and living organisms, including their structure, function, development, interactions, evolution, distribution, and taxonomy. The scope of the field is extensive and is divided into several specialized disciplines, such as anatomy, physiology, ethology, genetics, and many more.

All living things share a few key traits: cellular organization, heritable genetic material and the ability to adapt/evolve, metabolism to regulate energy needs, the ability to interact with the environment, maintain homeostasis, reproduce, and the ability to grow and change.

The Complexity of Life

Despite its complexity, life is organized and structured. The cell theory in biology states that all living organisms are composed of one or more cells. The cell is the basic unit of life, and all cells arise from previously existing cells. Even single-celled organisms, such as bacteria, have structures that allow them to carry out essential functions, such as interacting with the environment and carry out chemical reactions that maintain life, or metabolism. In multicellular organisms, cells work together to form tissues, organs, organ systems, and finally, entire organisms. This hierarchical organization can extend further into populations, communities, ecosystems, and the biosphere.

Genetics and Adaptation

An organism’s genetic material, the biological “blueprints” encoded in their DNA, is passed down to their offspring. Over the course of several generations, the genetic material is shaped by the biotic (living) and abiotic (non-living) environment. This process is called adaptation. Offspring of well-adapted parents have a high likelihood to survive in conditions that are similar to those that their parents lived in.

The process in which inherited traits increase survival and reproduction is called natural selection. Natural selection is the central mechanism of evolution. For example, some kangaroo rats live in hot and dry areas with little rainfall. To avoid the blistering heat and conserve water, they burrow into the soil where it is cooler and lower their metabolic rate to slow down evaporation. In this way, the kangaroo rat’s genetics—encoding this behavior and passed down through generations—enables the animal to survive in such extreme environmental conditions.

Environmental Interactions

Organisms must also be able to successfully interact with their environment. This includes being able to navigate the world around them in search of resources or potential mates but also includes regulating their internal environments. Homeostasis is the ability of an organism to keep steady internal conditions. For example, humans maintain constant body temperature. If they get cold, they shiver; if they are too hot, they start to sweat. Living things also maintain metabolism—the chemical processes that regulate energy needs. For instance, plants convert sunlight into sugar and store chemical energy in adenosine triphosphate.

Building Upwards from Basic Tenets

While “What is biology?” and “What is life” may seem like basic questions, they are important to understand and are prerequisites to asking more complicated questions. For example, without understanding the basic tenets of life—such as how cells divide and replicate—it would be difficult to investigate what causes cancer. This knowledge also allows scientist to develop the required tools and methods to study biological processes.

Überblick

Biologie is der Teil der Naturwissenschaft, welcher sich auf die Erforschung des Lebens und der lebenden Organismen bezieht. Dies umfasst ihre Strukturen, Funktionen, Entwicklungen, Wechselwirkungen, Evolution, Verbreitungen und Klassifizierungen. Das Fachgebiet ist also sehr breit gefächert und gliedert sich ferner in mehrere Fachdisziplinen, zu denen die Anatomie, Physiologie, Verhaltensforschung (Ethologie), Genetik und weitere gehören.

Grundlegend teilen sich alle Lebewesen einige bestimmte Merkmale. Zu diesen Merkmalen gehören unter anderem die zelluläre Organisation, das vererbbare genetische Material, die Fähigkeit zur Anpassung/Evolution und ein Stoffwechsel zur Regulierung des Energiebedarfs. Außerdem können alle Lebewesen eigenständig mit ihrer Umwelt interagieren und sind in der Lage, sich bzw. ihren Körper durch Homöostase selbst zu regulieren sowie sich fortzupflanzen, zu wachsen und sich anzupassen.

Die Komplexität des Lebens

Trotz seiner Komplexität, weist das Leben gewisse Strukturen auf und ist organisiert. Die Zelltheorie besagt demnach, dass alle lebenden Organismen aus einer oder mehreren Zellen zusammengesetzt sind. Die Zelle stellt somit die Grundeinheit des Lebens dar. Diese Zellen entstehen aus bereits existierenden Zellen. Selbst Einzeller wie Bakterien weisen Strukturen auf, die es ihnen ermöglichen, essentielle Funktionen des Lebens auszuführen. Sie können mit ihrer Umwelt interagieren und chemische Reaktionen zur Aufrechterhaltung des Lebens bzw. des Stoffwechsels auslösen. Bei mehrzelligen Organismen arbeiten Zellen zusammen, um Gewebe, Organe, Organsysteme und schließlich ganze Organismen zu bilden. Diese hierarchische Organisation dehnt sich weitergehend in ganze Populationen, Gemeinschaften, Ökosysteme und letztendlich zur Biosphäre aus.

Genetik und Anpassung

Das in der DNA eines Organismus einkodierte genetische Material kann man als “Blaupause” bezeichnen, was an die Nachkommen weitergegeben wird. Im Laufe mehrerer Generationen wird das genetische Material durch biotische (lebende) und abiotische (nicht lebende) Umwelteinflüsse beeinflusst und geprägt. Dieser Prozess wird als Anpassung bezeichnet. Nachkommen von entsprechend gut angepassten Vorfahren überleben in der Regel mit einer höheren Wahrscheinlichkeit in Umgebungen, denen auch schon ihre Vorfahren ausgesetzt waren.

Der Prozess, bei dem vererbte Merkmale über die Chancen des Überlebens und der Reproduktion eines Organismus entscheiden, wird als natürliche Selektion bezeichnet. Die natürliche Selektion ist der zentrale Mechanismus der Evolution. Beispielsweise leben Känguru-Ratten in heißen und trockenen Gebieten, in denen es kaum Niederschlag gibt. Um die brütende Hitze zu überstehen und Wasser zu sparen, graben sie sich in den Boden ein, wo es deutlich kühler ist. Gleichzeitig senken die Känguru-Ratten so ihre Stoffwechselrate. Dadurch geben sie auch weniger Wasser an ihre Umwelt ab. Auf diese Weise wird das genetische Erbmaterial der Känguru-Ratte und die Kodierung dieses Verhaltens über Generationen weitergegeben. Das ermöglicht es diesem Tier, auch in diesen extremen Umweltbedingungen zu überleben.

Interaktionen mit der Umwelt

Organismen müssen auch dazu in der Lage sein, erfolgreich mit ihrer Umwelt interagieren zu können. Dazu gehört beispielsweise die Fähigkeit, sich in ihrer Umwelt auf die Suche nach Ressourcen oder potenziellen Partnern zu begeben. Gleichzeitig muss der Organismus sein Inneres regulieren können. Homöostase ist die Fähigkeit eines Organismus, stabile innere Bedingungen aufrechtzuerhalten. So versucht der menschliche Körper beispielsweise, seine Temperatur stets konstant zu halten. Wenn ihm kalt wird, fängt er an zu zittern. Wenn ihm zu heiß wird, fängt er an zu schwitzen. Lebewesen müssen außerdem ihren Stoffwechsel aufrechterhalten. Es handelt sich dabei um die chemischen Prozesse, die den Energiebedarf des Lebewesens regulieren. Pflanzen wandeln beispielsweise Sonnenlicht in Zucker um und speichern diese chemische Energie in Form von Adenosintriphosphat.

Aufbau von Grund auf

Während Fragen danach, was die Biologie und das Leben sind grundlegend erscheinen mögen, muss man sie sich trotzdem beantworten können. Ihr Verstehen erleichtert es, komplexere Fragen stellen zu können. Würde man die Grundprinzipien des Lebens nicht verstehen—wie z.B. wie sich Zellen teilen und vermehren—wäre es schwierig zu untersuchen, was beispielsweise eine Krankheit wie Krebs verursacht. Dieses Wissen ermöglicht es Wissenschaftlern auch, die notwendigen Werkzeuge und Methoden zu entwickeln, um biologische Prozesse genauer untersuchen zu können.


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