Inhalt Band 1:
Strukturelle und energetische Grundlagen des Lebens . . . . . . . . . . . . . . . . 1
1 Organisation und Funktion der Zelle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2
1.1 Eukaryotische und prokaryotische Zellen im
Elektronenmikroskop . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2
1.2 Bau und Funktion der Biomembranen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4
1.3 Die Organellen der eukaryotischen Zelle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
1.4 Grundlagen des Stoffwechsels . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
1.5 Enzyme als Biokatalysatoren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
Aufgaben . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
2 Energiebindung und Stoffaufbau durch Fotosynthese . . . . . . . . . . 27
2.1 Die Bedeutung der Fotosynthese im Stoffkreislauf der Natur . . . . . . . 27
2.2 Experimente zur Aufklärung wesentlicher Fotosyntheseschritte . . . . 28
2.3 Überblick über den Ablauf der Fotosynthese . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
2.4 Die Lichtreaktionen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34
2.5 Die Dunkelreaktionen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39
2.6 Einfluss weiterer Außenfaktoren auf die Fotosyntheseleistung . . . . . 42
2.7 Bedeutung der Fotosyntheseprodukte im Stoffwechsel
einer Pflanze . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45
Aufgaben . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47
3 Grundprinzipien der Energiefreisetzung durch Stoffabbau . . . . . . 49
3.1 Glykolyse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50
3.2 Anaerober Abbau der Brenztraubensäure durch Gärung . . . . . . . . . . . 51
3.3 Aerober Abbau der Brenztraubensäure durch
biologische Oxidation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53
Aufgaben . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57
Fortsetzung siehe nächste Seite
Genetik und Gentechnik . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61
4 Molekulargenetik . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62
4.1 Nukleinsäuren als Speicher der genetischen Information . . . . . . . . . . 62
4.2 Die semikonservative Replikation der DNA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66
4.3 Proteinbiosynthese: Realisierung der genetischen Information . . . . . 70
4.4 Ursachen und Folgen von Genmutationen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 81
Aufgaben . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 91
5 Zytogenetik . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 95
5.1 Bau der Chromosomen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 95
5.2 Zellzyklus und Mitose . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 97
5.3 Keimzellenbildung durch Meiose . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 101
5.4 Numerische Chromosomenaberrationen beim Menschen . . . . . . . . . 105
Aufgaben . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 110
6 Klassische Genetik . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 112
6.1 Die mendelschen Regeln . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 112
6.2 Genkopplung und Genaustausch . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 121
6.3 Additive Polygenie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 123
Aufgaben . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 125
7 Humangenetik . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 128
7.1 Vererbung der Blutgruppen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 128
7.2 Erbgänge von Erbkrankheiten beim Menschen . . . . . . . . . . . . . . . . . . 132
7.3 Genetische Familienberatung und pränatale Diagnostik . . . . . . . . . . . 135
Aufgaben . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 144
8 Gentechnik . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 149
8.1 Grundlegende Methoden der Gentechnik . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 149
8.2 Spezielle Verfahren in der Gentechnik . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 155
8.3 Anwendung der Gentechnik bei Bakterien, Pflanzen und Tieren . . . . 158
8.4 Gendiagnostik und Gentherapie in der Humanmedizin . . . . . . . . . . . 162
Aufgaben . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 167
Der Mensch als Umweltfaktor – Populationsdynamik und Biodiversität . . . . . . 169
9 Populationsdynamik . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 170
9.1 Wachstum von Populationen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 170
9.2 Bedeutung verschiedener Fortpflanzungsstrategien . . . . . . . . . . . . . 172
9.3 Einfluss von Umweltfaktoren auf die Populationsdichte . . . . . . . . . 174
9.4 Populationsentwicklung des Menschen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 178
Aufgaben . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 182
10 Biodiversität . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 184
10.1 Anthropogene Einflüsse auf die Artenvielfalt . . . . . . . . . . . . . . . . . . 185
10.2 Bedeutung der Biodiversität . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 195
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Inhalt Band 2:
Evolution . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1
1 Evolutionsforschung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2
1.1 Formenvielfalt und Angepasstheit der Lebewesen
als Ergebnis der Evolution . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2
1.2 Entwicklung des Evolutionsgedankens . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4
1.3 Beurteilung von Ähnlichkeiten zur Rekonstruktion der
Stammesgeschichte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
Aufgaben . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27
2 Mechanismen der Evolution . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
2.1 Zusammenspiel der Evolutionsfaktoren
(erweiterte Evolutionstheorie) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
2.2 Genetische Variabilität als Grundlage der Evolution . . . . . . . . . . . . . . 33
2.3 Selektion der Phänotypen als richtender Evolutionsfaktor . . . . . . . . . 37
2.4 Gendrift oder die Wirkung des Zufalls . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45
2.5 Rassen- und Artbildung durch Isolation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46
Aufgaben . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57
3 Evolutionsprozesse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62
3.1 Hypothesen zu den Anfängen des Lebens . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62
3.2 Massenaussterben und Evolutionsschübe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72
3.3 Koevolution . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 73
Aufgaben . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 77
4 Evolution des Menschen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 79
4.1 Stellung des Menschen im natürlichen System . . . . . . . . . . . . . . . . . . 79
4.2 Vergleich der Anatomie von Menschenaffen und Mensch . . . . . . . . . 80
4.3 Zytologische und molekularbiologische Merkmale . . . . . . . . . . . . . . . 86
4.4 Stammesgeschichtliche Entwicklung des Menschen . . . . . . . . . . . . . 86
4.5 Kulturelle und soziale Evolution . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 98
Aufgaben . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 101
Fortsetzung siehe nächste Seite
Neuronale Informationsverarbeitung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 105
5 Neuronen als Bausteine des Nervensystems . . . . . . . . . . . . . . . . . 106
5.1 Bau und Funktion eines Neurons . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 106
5.2 Myelinisierte und nicht myelinisierte Nervenfasern . . . . . . . . . . . . . 108
Aufgaben . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 110
6 Elektrochemische Vorgänge in Nervenzellen . . . . . . . . . . . . . . . . . 111
6.1 Das Ruhepotenzial . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 111
6.2 Das Aktionspotenzial . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 115
6.3 Weiterleitung von Aktionspotenzialen im Axon . . . . . . . . . . . . . . . . 120
Aufgaben . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 124
7 Erregungsübertragung an einer chemischen Synapse . . . . . . . . . . 128
7.1 Bau und Funktion einer neuromuskulären Synapse . . . . . . . . . . . . . 128
7.2 Erregende und hemmende Synapsen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 130
7.3 Wirkung von Synapsengiften . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 133
7.4 Wirkung von Drogen und Medikamenten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 134
Aufgaben . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 140
8 Erkrankungen des menschlichen Nervensystems . . . . . . . . . . . . . 142
8.1 Multiple Sklerose (MS) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 142
8.2 Parkinson-Syndrom . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 142
8.3 Alzheimer-Krankheit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 143
9 Lernen und Gedächtnis auf neuronaler Ebene . . . . . . . . . . . . . . . . 144
9.1 Gedächtnis als Leistung des Gehirns . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 144
9.2 Lernen durch Langzeitpotenzierung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 145
Verhaltensbiologie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 147
10 Genetisch bedingte Verhaltensweisen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 148
10.1 Methoden und Fragestellungen der Verhaltensforschung . . . . . . . . . 148
10.2 Unbedingte Reflexe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 150
10.3 Instinkthandlungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 152
10.4 Nachweis erbbedingten Verhaltens . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 160
Aufgaben . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 166
11 Erweiterung einfacher Verhaltensweisen
durch Lerneinflüsse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 170
11.1 Prägung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 171
11.2 Modifikation einer Erbkoordination durch Erfahrung . . . . . . . . . . . 175
11.3 Reizbedingte Konditionierung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 175
11.4 Verhaltensbedingte Konditionierung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 179
Aufgaben . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 182
12 Individuum und soziale Gruppe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 183
12.1 Kooperation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 185
12.2 Kommunikation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 193
12.3 Konflikte – Aggressionsverhalten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 200
12.4 Sexualverhalten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 208
Aufgaben . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 215
13 Angewandte Verhaltensbiologie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 219
13.1 Angeborene Auslösemechanismen (AAM) beim Menschen . . . . . . . 219
13.2 Aggressives Verhalten beim Menschen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 223