Hörbuch File: Biologie: Das große Überblickshörbuch

Hallo und herzlich willkommen zu dieser Entdeckungsreise durch die Welt der Biologie! Biologie – das Wort stammt aus dem Griechischen und bedeutet „die Lehre vom Leben“. Aber was ist Leben eigentlich? Was unterscheidet einen Vogel von einem Stein, eine Blume von einem Sandkorn? Genau das wollen wir gemeinsam erkunden.

Kapitel 1: Was ist Leben und wie ordnen wir es?

Stell dir vor, du beobachtest die Welt um dich herum. Du siehst Tiere, Pflanzen, vielleicht sogar Pilze oder winzige Mikroorganismen unter einem Mikroskop. Sie alle teilen bestimmte Eigenschaften, die wir als „Kennzeichen des Lebens“ bezeichnen. Lebewesen sind aus Zellen aufgebaut, den kleinsten Bausteinen des Lebens. Sie brauchen Energie und Stoffe aus ihrer Umwelt, die sie in ihrem Stoffwechsel umwandeln – denk nur daran, wie du isst und atmest! Sie wachsen und entwickeln sich. Sie können sich fortpflanzen, also Nachkommen erzeugen, sei es auf geschlechtlichem Weg (sexuell) oder ungeschlechtlich (vegetativ). Sie reagieren auf Reize aus ihrer Umgebung – wenn du eine heisse Herdplatte berührst, ziehst du deine Hand zurück. Das ist Reizbarkeit. Sie können sich auch bewegen, selbst wenn es nur Bewegungen innerhalb der Zelle sind. Und nicht zuletzt: Lebewesen vererben ihre Merkmale an die nächste Generation weiter, wobei sich das Erbgut auch verändern kann – das nennt man Mutabilität. Diese Veränderlichkeit, zusammen mit Umwelteinflüssen, führt zur unglaublichen Vielfalt des Lebens. Schliesslich regulieren Lebewesen ihr inneres Milieu und sind immer von ihrer Umwelt abhängig.

Wenn das Leben endet, sprechen wir vom Tod. Auch hier gibt es verschiedene Definitionen: Den klinischen Tod, wenn Herz und Lunge stillstehen, der aber manchmal noch umkehrbar ist. Den Hirntod, den endgültigen Ausfall aller Hirnfunktionen, der heute als Tod des Individuums gilt und Voraussetzung für Organspenden ist. Und schliesslich den biologischen Tod, wenn alle Zellfunktionen erlöschen.

Diese Vielfalt des Lebens ist überwältigend! Um sie zu verstehen und zu erforschen, brauchen Biologen Ordnungssysteme. Die Systematik oder Taxonomie ist der Zweig der Biologie, der sich mit der Benennung und Klassifizierung beschäftigt. Stell es dir wie eine riesige Bibliothek vor, in der jedes Lebewesen seinen Platz hat. Carl von Linné, ein schwedischer Naturforscher, hat uns dafür ein wichtiges Werkzeug gegeben: die binäre Nomenklatur. Jede Art erhält einen eindeutigen, zweiteiligen lateinischen Namen, bestehend aus Gattung und Art-Epithet – zum Beispiel Homo sapiens für uns Menschen. Das ist wie ein Vor- und Nachname, der international verstanden wird.

Diese Klassifizierung ist hierarchisch aufgebaut, wie Ordner und Unterordner: Arten werden zu Gattungen zusammengefasst, Gattungen zu Familien, Familien zu Ordnungen, Ordnungen zu Klassen, Klassen zu Stämmen (bei Pflanzen Abteilungen genannt) und Stämme zu Reichen. Diese Hierarchie spiegelt oft auch die Stammesgeschichte, die Phylogenie, wider – also die evolutionären Verwandtschaftsbeziehungen.

Traditionell unterscheidet man fünf grosse Reiche des Lebens: Da sind zuerst die Kernlosen Einzeller, die Prokaryoten. Das sind Bakterien und Archaeen – winzige, einfach gebaute Zellen ohne echten Zellkern. Ihr Erbgut schwimmt frei im Zellplasma. Sie waren die ersten Lebewesen auf der Erde. Dann kommen die Echten Einzeller, die Protisten. Sie besitzen bereits einen Zellkern und membranumhüllte Organellen – man nennt sie Eukaryoten. Zu ihnen gehören viele Algen und Urtierchen. Sie sind unglaublich vielfältig. Das Reich der Pilze umfasst Organismen wie Hefe, Schimmel oder Speisepilze. Sie sind Eukaryoten, meist mehrzellig, und ernähren sich heterotroph, das heisst, sie nehmen organische Stoffe aus ihrer Umgebung auf, oft indem sie totes Material zersetzen. Ihre Zellwände bestehen aus Chitin. Das Reich der Pflanzen beinhaltet alle grünen Pflanzen, von Moosen über Farne bis zu Blütenpflanzen. Sie sind Eukaryoten, meist mehrzellig und autotroph – sie stellen ihre Nahrung durch Fotosynthese selbst her. Ihre Zellwände bestehen aus Cellulose. Und schliesslich das Reich der Tiere: Eukaryoten, mehrzellig, heterotroph. Sie nehmen Nahrung aktiv auf und haben typischerweise keine Zellwände. Wir Menschen gehören auch dazu.

Und was ist mit Viren? Sie sind faszinierend, aber keine echten Lebewesen. Sie bestehen nur aus Erbgut (DNA oder RNA) und einer Proteinhülle, haben keinen eigenen Stoffwechsel und können sich nur vermehren, indem sie eine lebende Wirtszelle kapern. Sie stehen sozusagen am Rande des Lebens.

Kapitel 2: Die Chemie des Lebens – Bausteine und Energie

Woraus bestehen Lebewesen chemisch gesehen? Hauptsächlich aus Wasser, aber auch aus vier grossen Gruppen organischer Moleküle, die Kohlenstoff enthalten: Kohlenhydrate, Lipide (Fette), Proteine (Eiweisse) und Nukleinsäuren. Diese grossen Moleküle, Makromoleküle genannt, sind nach einem genialen Bausteinprinzip aufgebaut: Lange Ketten entstehen durch die Verknüpfung vieler kleinerer, ähnlicher Bausteine. Kohlenhydrate, wie Zucker und Stärke, sind wichtige Energielieferanten und -speicher, aber auch Baustoffe (z.B. Cellulose in Pflanzenzellwänden). Ihre Bausteine sind Einfachzucker wie Glucose. Lipide, also Fette und Öle, dienen als langfristige Energiespeicher, zur Isolation und als Bausteine von Zellmembranen. Ihre Bausteine sind Glycerin und Fettsäuren. Proteine sind die Arbeitspferde der Zelle. Sie bilden Strukturen, transportieren Stoffe, wirken als Antikörper und – ganz wichtig – als Enzyme, die chemische Reaktionen beschleunigen. Ihre Bausteine sind die 20 verschiedenen Aminosäuren. Nukleinsäuren, wie die DNA, speichern die genetische Information, die Bauanleitung für den gesamten Organismus. Ihre Bausteine sind die Nukleotide.

Wie kommen Lebewesen an diese Stoffe und die Energie, die sie brauchen? Hier unterscheiden wir zwei grundlegende Strategien im Stoffwechsel: Autotrophe Organismen, wie Pflanzen, sind Selbstversorger. Sie nutzen eine externe Energiequelle, meist Sonnenlicht, um bei der Fotosynthese aus einfachen anorganischen Stoffen (Kohlendioxid und Wasser) energiereiche organische Moleküle wie Glucose aufzubauen. Diesen Aufbau körpereigener Stoffe nennt man Assimilation. Heterotrophe Organismen, wie Tiere und Pilze, müssen energiereiche organische Stoffe mit der Nahrung aufnehmen.

Egal ob autotroph oder heterotroph, alle Lebewesen müssen die Energie aus organischen Molekülen nutzbar machen. Das geschieht durch die Dissimilation, den Abbau dieser Stoffe. Der wichtigste Prozess dabei ist die Zellatmung, die hauptsächlich in den Mitochondrien stattfindet. Hier wird Glucose mit Hilfe von Sauerstoff zu Kohlendioxid und Wasser abgebaut, und die freiwerdende Energie wird genutzt, um ein spezielles Molekül herzustellen: ATP, Adenosintriphosphat.

ATP ist die universelle Energiewährung der Zelle. Stell es dir wie Kleingeld vor. Die Energie aus Glucose ist wie ein grosser Geldschein – zu viel auf einmal. ATP speichert die Energie in kleineren, handlichen Portionen, die für alle energieverbrauchenden Prozesse der Zelle (Bewegung, Transport, Aufbau von Molekülen) schnell verfügbar sind.

Damit all diese Stoffwechselreaktionen – Aufbau und Abbau – bei Körpertemperatur schnell genug ablaufen, braucht die Zelle Helfer: die Enzyme. Enzyme sind meist Proteine, die als Biokatalysatoren wirken. Sie beschleunigen Reaktionen, indem sie die notwendige Aktivierungsenergie herabsetzen, ohne selbst dabei verbraucht zu werden. Sie sind dabei sehr spezifisch: Jedes Enzym passt wie ein Schlüssel nur zu einem bestimmten Substrat (Molekül, das umgesetzt wird) und katalysiert nur eine bestimmte Reaktion. Ihre Aktivität hängt von Temperatur und pH-Wert ab; extreme Bedingungen können ihre Struktur zerstören (Denaturierung) und sie funktionslos machen.

Kapitel 3: Die Zelle – Stadt des Lebens

Die Zelle ist die kleinste Einheit, die alle Kennzeichen des Lebens aufweist. Schauen wir sie uns genauer an. Im Lichtmikroskop erkennen wir schon Unterschiede zwischen Pflanzen- und Tierzellen. Pflanzenzellen haben eine feste Zellwand aus Cellulose, oft eine grosse zentrale Vakuole zur Speicherung und für den Innendruck, und natürlich die Chloroplasten für die Fotosynthese. Tierzellen haben keine Zellwand und keine Chloroplasten, ihre Form ist flexibler.

Beide Zelltypen sind Eukaryoten, das heisst, sie haben einen Zellkern und viele weitere membranumhüllte Organellen, die wie spezialisierte Abteilungen in einer Stadt funktionieren. Erst das Elektronenmikroskop offenbart uns diese faszinierende innere Struktur, die Ultrastruktur. Wir sehen das Endoplasmatische Retikulum (ER), ein Netzwerk aus Membranen, das an der Protein- und Lipidsynthese beteiligt ist (rau mit Ribosomen, glatt ohne). Den Golgi-Apparat (aus Dictyosomen), der Stoffe sortiert, modifiziert und verpackt. Lysosomen (nur in Tierzellen) als Recyclinghöfe. Ribosomen als Proteinfabriken. Und natürlich die Kraftwerke, die Mitochondrien, und bei Pflanzen die Sonnenkollektoren, die Chloroplasten. Diese innere Unterteilung in Reaktionsräume nennt man Kompartimentierung. Sie ermöglicht es, dass viele verschiedene Prozesse gleichzeitig und effizient ablaufen können.

Einige Organellen, wie Zellkern, Mitochondrien und Chloroplasten, sind sogar von einer Doppelmembran umgeben und enthalten eigene DNA – ein Hinweis auf ihre evolutionäre Vergangenheit als eigenständige Organismen (Endosymbiontentheorie). Andere, wie ER, Golgi, Lysosomen und Vakuolen, haben nur eine einfache Membran.

Die Membranen selbst sind Wunderwerke der Natur. Sie bestehen, wie wir hörten, aus einer Doppellipidschicht, in die Proteine eingelagert sind. Das Flüssig-Mosaik-Modell beschreibt diese Struktur: Die Lipidschicht ist zähflüssig, und die Proteine können darin wie Eisschollen auf einem See „schwimmen“. Diese Fluidität ist wichtig für viele Membranfunktionen. Die Lipidköpfe sind wasserliebend (hydrophil), die Schwänze wasserabweisend (hydrophob/lipophil), was zur spontanen Bildung der Doppelschicht im wässrigen Milieu führt. Proteine übernehmen vielfältige Aufgaben: Transport, Signalerkennung, Enzymaktivität.

Der Zellkern ist die Steuerzentrale. Umgeben von einer doppelten Kernmembran mit Poren für den Stoffaustausch, beherbergt er das Erbgut, die DNA. Die DNA ist riesig lang und muss platzsparend verpackt werden. Sie ist um Proteine, die Histone, gewickelt und bildet so das Chromatin. Während der normalen Zellaktivität liegt das Chromatin als entspiralisierte „Arbeitsform“ vor, damit die Gene abgelesen werden können. Für die Zellteilung verdichtet es sich stark zu sichtbaren Chromosomen, der „Transportform“. Das gesamte Erbgut einer Zelle nennt man Genom.

Wie kommen Stoffe nun in die Zelle hinein oder aus ihr heraus? Die Zellmembran ist selektiv permeabel, sie lässt nicht alles einfach durch. Kleine, unpolare Moleküle wie Sauerstoff oder Kohlendioxid können durch einfache Diffusion direkt durch die Lipidschicht schlüpfen – immer vom Ort der hohen zur niedrigen Konzentration, ohne Energieaufwand. Das ist passiver Transport. Wasser diffundiert ebenfalls passiv, oft durch spezielle Wasserkanäle (Aquaporine). Diese Diffusion von Wasser durch eine semipermeable Membran nennt man Osmose. Wasser bewegt sich dorthin, wo die Konzentration gelöster Stoffe höher ist. Das ist entscheidend für den Wasserhaushalt der Zellen. Eine Zelle in einer hypotonischen Lösung (weniger gelöste Stoffe aussen) nimmt Wasser auf – Tierzellen können platzen, Pflanzenzellen werden durch die Zellwand gestützt (Turgor). In einer hypertonischen Lösung (mehr gelöste Stoffe aussen) gibt die Zelle Wasser ab und schrumpft (Plasmolyse bei Pflanzen). Für grössere oder geladene Teilchen (wie Zucker, Aminosäuren, Ionen) braucht es spezielle Transportproteine (Carrier oder Kanäle). Erfolgt der Transport mit dem Konzentrationsgefälle, ist er passiv (erleichterte Diffusion). Erfolgt er aber gegen das Konzentrationsgefälle, muss die Zelle Energie (ATP) aufwenden – das ist aktiver Transport.

Die Oberflächenvergrösserung ist ein wichtiges Prinzip in der Biologie, um Austauschprozesse zu optimieren. Denke an die Darmzotten und Mikrovilli für die Nährstoffaufnahme, die Lungenbläschen für den Gasaustausch oder die Faltungen der inneren Mitochondrienmembran für die Zellatmung.

Zellen teilen sich, um Wachstum, Reparatur oder Fortpflanzung zu ermöglichen. Dieser Prozess folgt einem geregelten Zellzyklus aus Interphase (Wachstum, DNA-Verdopplung) und eigentlicher Zellteilung. Die Mitose ist die Kernteilung zur Bildung von zwei genetisch identischen Tochterzellen. Sie ist wichtig für Wachstum und Reparatur. Sie läuft in Phasen ab: Prophase (Chromosomen werden sichtbar), Metaphase (Anordnung in der Mitte), Anaphase (Trennung der Schwesterchromatiden), Telophase (Bildung neuer Kerne). Am Ende stehen zwei Klone der Mutterzelle. Die Meiose ist die Kernteilung zur Bildung von Keimzellen (Gameten) für die sexuelle Fortpflanzung. Sie besteht aus zwei Teilungsschritten (Meiose I und Meiose II) und führt zur Halbierung des Chromosomensatzes (von diploid zu haploid) und zur Bildung von vier genetisch unterschiedlichen Tochterzellen. Die genetische Vielfalt entsteht durch Crossing-over (Stückaustausch zwischen homologen Chromosomen in Meiose I) und die zufällige Verteilung der mütterlichen und väterlichen Chromosomen auf die Tochterzellen.

Kapitel 4: Die faszinierende Welt der Pflanzen

Pflanzen sind die Grundlage fast allen Lebens an Land. Sie sind unglaublich vielfältig. Systematisch unterscheiden wir grob die Moose, die ältesten Landpflanzen, noch stark wasserabhängig und ohne echte Wurzeln oder Leitbündel. Dann die Farne, die schon echte Wurzeln, Sprossachsen, Blätter (Wedel) und Leitbündel besitzen, sich aber immer noch über Sporen vermehren. Und schliesslich die Samenpflanzen, die sich durch Samen fortpflanzen, was sie unabhängiger vom Wasser macht.

Eine besondere Lebensform sind die Flechten – keine Pflanzen, sondern eine Symbiose aus einem Pilz und einer Alge oder einem Cyanobakterium. Der Pilz gibt Struktur und nimmt Wasser auf, die Alge liefert durch Fotosynthese die Nahrung. Gemeinsam können sie extreme Standorte besiedeln.

Bei den Samenpflanzen unterscheiden wir Nacktsamer (Gymnospermen), wie Nadelbäume, deren Samenanlagen offen liegen (oft in Zapfen), und Bedecktsamer (Angiospermen), die Blütenpflanzen im engeren Sinn. Ihre Samenanlagen sind im Fruchtknoten geschützt, der sich zur Frucht entwickelt. Sie sind die heute dominierende Pflanzengruppe.

Die typischen Organe einer Blütenpflanze sind Wurzel, Sprossachse und Blatt. Die Wurzel verankert die Pflanze und nimmt Wasser und Mineralstoffe über feine Wurzelhaare auf, wobei Osmose eine wichtige Rolle spielt. Die Sprossachse (Stängel) stützt die Pflanze, positioniert die Blätter optimal zum Licht und transportiert Stoffe in spezialisierten Leitbündeln: Wasser und Salze im Xylem (tote Zellen) nach oben, Zuckerlösung im Phloem (lebende Zellen) von den Blättern dorthin, wo sie gebraucht wird. Das Blatt ist der Hauptort der Fotosynthese. Über winzige, regulierbare Spaltöffnungen (Stomata), meist auf der Unterseite, nimmt es CO2 auf und gibt Sauerstoff und Wasserdampf ab (Transpiration). Die Öffnungsweite wird durch Licht, Wasserverfügbarkeit und CO2-Konzentration gesteuert.

Die Blüte ist das Fortpflanzungsorgan der Bedecktsamer. Eine typische Zwitterblüte hat vier Kreise von Blütenblättern: Kelchblätter (Schutz der Knospe), Kronblätter (Anlockung von Bestäubern), Staubblätter (männlich, produzieren Pollen) und Fruchtblätter (weiblich, bilden den Stempel mit Narbe, Griffel und Fruchtknoten, der die Samenanlagen enthält). Es gibt aber auch eingeschlechtliche Blüten, und Pflanzen können einhäusig (männliche und weibliche Blüten auf einer Pflanze) oder zweihäusig (getrennte männliche und weibliche Pflanzen) sein.

Damit aus einer Blüte eine Frucht mit Samen entstehen kann, braucht es Bestäubung und Befruchtung. Bestäubung ist die Übertragung des Pollens (enthält männliche Keimzellen) auf die Narbe. Dies kann durch Wind (viel leichter Pollen, unscheinbare Blüten) oder durch Tiere (oft auffällige Blüten mit Nektar, klebriger Pollen) erfolgen. Viele Pflanzen haben Mechanismen entwickelt, um Selbstbestäubung zu verhindern und Fremdbestäubung zu fördern, was die genetische Vielfalt erhöht. Nach der Bestäubung wächst ein Pollenschlauch zur Samenanlage, und die männliche Keimzelle verschmilzt mit der Eizelle – das ist die Befruchtung. Bei Bedecktsamern gibt es sogar eine doppelte Befruchtung, bei der auch das Nährgewebe für den Samen gebildet wird. Aus der befruchteten Eizelle entwickelt sich der Embryo, aus der Samenanlage der Same und aus dem Fruchtknoten die Frucht. Früchte können sehr unterschiedlich sein (Schliessfrüchte wie Beeren oder Nüsse; Streufrüchte wie Kapseln oder Hülsen; Sammelfrüchte wie Erdbeeren) und dienen der Verbreitung der Samen. Unter günstigen Bedingungen (Wasser, Wärme, Sauerstoff) keimt der Same: Die Keimwurzel wächst zuerst, dann der Keimspross mit den Keimblättern, und eine neue Pflanze entsteht.

Kapitel 5 & 6: Das Tierreich und der Mensch

Das Tierreich ist noch vielfältiger als das Pflanzenreich. Eine grobe Einteilung trennt die Wirbellosen von den Wirbeltieren. Zu den Wirbellosen gehören viele Stämme, wie die einfach gebauten Hohltiere (Quallen, Korallen) mit ihren Nesselzellen; die Weichtiere (Schnecken, Muscheln, Tintenfische) mit Mantel und oft einer Schale; die segmentierten Ringelwürmer (Regenwurm); und die artenreichsten, die Gliederfüsser (Insekten, Spinnentiere, Krebse) mit ihrem Chitin-Aussenskelett und gegliederten Beinen. Viele Insekten durchlaufen eine Metamorphose, eine Verwandlung von der Larve über ein Puppenstadium zum erwachsenen Tier.

Die Wirbeltiere zeichnen sich durch ein Innenskelett mit einer Wirbelsäule aus. Sie haben einen ähnlichen Grundbauplan der Organe, zeigen aber im Laufe der Evolution deutliche Anpassungen, besonders an das Landleben. Wir vergleichen die fünf grossen Klassen: Fische sind ans Wasserleben angepasst, atmen mit Kiemen, haben Flossen und einen einfachen Blutkreislauf mit einem zweikammerigen Herzen. Amphibien (Lurche) leben oft „doppellebig“ (im Wasser und an Land), atmen als Larven mit Kiemen, als Erwachsene mit Lungen und über ihre feuchte Haut. Ihr Herz ist dreikammerig (Mischblut). Reptilien (Kriechtiere) sind die ersten echten Landwirbeltiere mit trockener, beschuppter Haut, Lungenatmung und beschalten Eiern. Ihr Herz ist meist dreikammerig mit beginnender Trennung der Hauptkammer. Vögel haben sich aus Reptilien entwickelt, sind gleichwarm, haben Federn, Flügel und ein vierkammeriges Herz mit vollständig getrenntem Kreislauf. Sie legen Eier. Säugetiere sind ebenfalls gleichwarm, haben ein Fell, säugen ihre Jungen (meist lebendgebärend) und besitzen wie die Vögel ein vierkammeriges Herz.

Wir Menschen sind Säugetiere. Unsere Anatomie und Physiologie zeigt die typischen Wirbeltiermerkmale, aber auch unsere eigenen Spezialisierungen. Unser Körper ist aus verschiedenen Organsystemen aufgebaut, die zusammenarbeiten: Das Hautsystem schützt uns, reguliert die Temperatur und beherbergt Sinneszellen. Das Skelettsystem stützt, schützt und ermöglicht Bewegung zusammen mit dem Muskelsystem, das aus willkürlich steuerbarer Skelettmuskulatur und unwillkürlicher glatter Muskulatur (Eingeweide) besteht. Das Verdauungssystem (Mund, Speiseröhre, Magen, Darm, Leber, Bauchspeicheldrüse) zerlegt die Nahrung mechanisch und chemisch (mit Enzymen wie Amylase, Pepsin, Lipasen) und nimmt Nährstoffe auf (Resorption, v.a. im Dünndarm mit grosser Oberfläche durch Zotten und Mikrovilli). Das Atmungssystem (Nase, Luftröhre, Bronchien, Lunge, Zwerchfell) sorgt für den Gasaustausch (Aufnahme von O2, Abgabe von CO2) durch äussere Atmung (Lungenbelüftung durch Brust- und Bauchatmung, Diffusion zwischen Lungenbläschen und Blut) und innere Atmung (Zellatmung in den Mitochondrien). Wichtig sind Schutzmechanismen wie der Kehldeckel und die Pleura, die Hülle der Lunge. Das Blutsystem (Herz, Arterien, Venen, Kapillaren, Blut) transportiert Sauerstoff, Nährstoffe, Hormone, Abfallstoffe und Wärme und ist an der Immunabwehr beteiligt. Das Harnsystem (Nieren, Harnleiter, Blase, Harnröhre) filtert Abfallstoffe aus dem Blut und scheidet sie als Harn aus. Das Lymphsystem unterstützt das Immunsystem und den Flüssigkeitstransport. Das Hormonsystem steuert mit chemischen Botenstoffen (Hormonen) langfristige Prozesse wie Wachstum und Stoffwechsel. Das Fortpflanzungssystem dient der Bildung von Keimzellen und der Fortpflanzung. Das Nervensystem (Gehirn, Rückenmark, periphere Nerven) und die Sinnesorgane (Auge, Ohr, Hautsensoren etc.) ermöglichen die schnelle Informationsverarbeitung, Wahrnehmung und Reaktion auf die Umwelt.

Schauen wir uns Nerven und Sinne genauer an: Das Nervensystem teilt sich in das Zentrale (Gehirn, Rückenmark) und das Periphere System. Funktionell unterscheidet man das willkürliche (somatische) und das unwillkürliche (vegetative) System. Die Grundeinheit ist die Nervenzelle (Neuron), die elektrische Impulse leitet. An Synapsen erfolgt die Übertragung auf die nächste Zelle durch chemische Botenstoffe. Das Gehirn hat spezialisierte Regionen: Grosshirn (Denken, Wahrnehmung, Steuerung), Kleinhirn (Koordination), Zwischenhirn (Filter, vegetative Steuerung), Hirnstamm (lebenswichtige Reflexe). Das Rückenmark leitet Signale und steuert Reflexe. Sinnesorgane wandeln Reize (Licht, Schall, Druck, Chemie...) in Nervenimpulse um. Das Auge fokussiert Licht mit Hornhaut und Linse auf die Netzhaut, wo Stäbchen (Hell-Dunkel) und Zapfen (Farben) die Reize aufnehmen. Akkommodation (Linsenanpassung) sorgt für Schärfe in Nähe und Ferne, Adaption (Pupillenweite) für Anpassung an Helligkeit. Räumliches Sehen entsteht durch beidäugiges Sehen. Fehlsichtigkeiten (Kurz-, Weitsichtigkeit) entstehen durch Abweichungen im Bau des Augapfels oder der Linse. Das Ohr fängt Schallwellen mit dem Aussenohr auf, verstärkt sie im Mittelohr (Trommelfell, Gehörknöchelchen) und wandelt sie im Innenohr (Gehörschnecke mit Haarsinneszellen) in Nervenimpulse um. Tonhöhe und Lautstärke werden in der Schnecke unterschiedlich kodiert. Das Innenohr enthält auch das Gleichgewichtsorgan (Bogengänge, Vorhofsäckchen).

Kapitel 7: Ökologie – Das Zusammenspiel des Lebens

Ökologie untersucht die Beziehungen der Lebewesen zueinander und zu ihrer Umwelt. Ein Ökosystem ist ein Wirkungsgefüge aus Lebensraum (Biotop) und Lebensgemeinschaft (Biozönose). Der Biotop wird durch abiotische (unbelebte) Faktoren wie Licht, Temperatur, Wasser und Boden bestimmt. Die Biozönose wird durch biotische (belebte) Faktoren geprägt – die Wechselwirkungen zwischen den Organismen: Konkurrenz, Räuber-Beute-Beziehungen, Parasitismus, Symbiose.

In jedem Ökosystem gibt es verschiedene funktionelle Gruppen: Produzenten (meist Pflanzen) stellen organische Substanz her. Konsumenten (Tiere) ernähren sich von anderen Lebewesen (Primärkonsumenten = Pflanzenfresser, Sekundär-/Tertiärkonsumenten = Fleischfresser). Destruenten (Pilze, Bakterien) bauen tote organische Materie ab und führen die Nährstoffe wieder dem Kreislauf zu. Diese Beziehungen bilden Nahrungsketten und komplexere Nahrungsnetze.

Wichtig ist der Unterschied zwischen Stoffkreislauf und Energiefluss: Stoffe (wie Kohlenstoff) werden im Ökosystem recycelt und zirkulieren. Energie (ursprünglich meist von der Sonne) fliesst dagegen nur in eine Richtung durch das Ökosystem. Bei jeder Weitergabe von einer Nahrungsstufe (Trophie-Ebene) zur nächsten geht ein Grossteil (ca. 90%!) als Wärme verloren – das ist die 10%-Regel. Deshalb sind Nahrungsketten meist kurz und die Biomasse nimmt nach oben hin ab. Die von den Produzenten gebundene Energie nennt man Bruttoprimärproduktion; was nach Abzug ihres eigenen Verbrauchs übrig bleibt und für Konsumenten verfügbar ist, ist die Nettoprimärproduktion.

Der Mensch greift massiv in Ökosysteme ein: durch Veränderung von Lebensräumen, chemische Belastungen (Schadstoffe, Dünger), Übernutzung von Ressourcen, Störung von Stoffkreisläufen (z.B. Anreicherung von CO2 durch Verbrennung fossiler Brennstoffe -> Klimawandel) und durch die Einschleppung gebietsfremder Arten (Neobiota), die einheimische Arten verdrängen können. Natur- und Umweltschutzmassnahmen wie Renaturierung und die Ausweisung von Schutzgebieten versuchen, die Biodiversität zu erhalten und die negativen menschlichen Einflüsse zu begrenzen.

Kapitel 8: Evolution – Der Wandel des Lebens

Die heutige Vielfalt des Lebens ist das Ergebnis der Evolution, der Veränderung von Arten über Jahrmillionen. Schon Lamarck postulierte eine Veränderlichkeit der Arten durch Anpassung und Vererbung erworbener Eigenschaften – letzteres wissen wir heute, ist so nicht korrekt. Charles Darwin lieferte mit seiner Theorie der natürlichen Selektion die entscheidende Erklärung: Innerhalb von Populationen gibt es immer eine gewisse Variabilität (unterschiedliche Merkmale). Es werden mehr Nachkommen produziert, als überleben können (Überproduktion). Im „Kampf ums Dasein“ (struggle for life) überleben und vermehren sich diejenigen Individuen am erfolgreichsten, die zufällig am besten an die aktuellen Umweltbedingungen angepasst sind (survival of the fittest = Selektion). Ihre vorteilhaften Merkmale werden vererbt. Über viele Generationen führt dies zur Anpassung und Veränderung der Art.

Die moderne, synthetische Evolutionstheorie ergänzt Darwins Ideen um die Erkenntnisse der Genetik: Die Variabilität entsteht durch zufällige Mutationen (Veränderungen im Erbgut) und Rekombination (Neumischung der Gene bei der sexuellen Fortpflanzung). Evolution wird heute als Veränderung der Genhäufigkeiten im Genpool einer Population über die Zeit definiert.

Es gibt zahlreiche Belege für die Evolution: Fossilien zeigen frühere Lebensformen und Übergänge. Brückentiere (Mosaikformen wie das Schnabeltier) vereinen Merkmale verschiedener Gruppen. Homologien sind Ähnlichkeiten im Grundbauplan von Organen (z.B. Wirbeltierextremitäten) aufgrund gemeinsamer Abstammung, auch wenn die Funktion unterschiedlich sein kann. Analogien (Konvergenz) sind Ähnlichkeiten in der Funktion und oft auch Form aufgrund ähnlicher Anpassung an die Umwelt, aber ohne gemeinsamen Ursprung (z.B. Flügel von Vogel und Insekt). Rudimente sind funktionslose Organreste (z.B. Beckenknochen bei Walen). Und auch die Ähnlichkeiten in der Embryonalentwicklung oder im DNA-Code liefern starke Belege für die Verwandtschaft aller Lebewesen.

(Fade out mit ruhiger Musik)

Das war ein erster Streifzug durch die faszinierende Welt der Biologie. Von den kleinsten Bausteinen des Lebens über die Funktionsweise von Zellen und Organismen bis hin zum grossen Ganzen der Ökosysteme und der Evolution. Es gibt noch so viel mehr zu entdecken! Ich hoffe, diese Reise hat deine Neugier geweckt. Viel Spass beim weiteren Lernen!