Biology for Majors I (Deutsch)

Liste der definierenden Merkmale des biologischen Leben

Biologie ist die Wissenschaft, die Studien Leben, aber was genau ist Leben? Dies mag wie eine dumme Frage mit einer offensichtlichen Antwort klingen, aber es ist nicht immer einfach, das Leben zu definieren. Zum Beispiel untersucht ein Zweig der Biologie, der Virologie genannt wird, Viren, die einige Merkmale lebender Entitäten aufweisen, andere jedoch nicht., Es stellt sich heraus, dass Viren zwar lebende Organismen angreifen, Krankheiten verursachen und sich sogar vermehren können, aber nicht die Kriterien erfüllen, mit denen Biologen das Leben definieren. Folglich sind Virologen streng genommen keine Biologen. In ähnlicher Weise untersuchen einige Biologen die frühe molekulare Evolution, die zum Leben geführt hat; Da die Ereignisse, die dem Leben vorausgingen, keine biologischen Ereignisse sind, sind diese Wissenschaftler auch von der Biologie im engeren Sinne ausgeschlossen.,

Die Biologie hat sich von Anfang an mit diesen Fragen auseinandergesetzt: Was sind die gemeinsamen Eigenschaften, die etwas „lebendig“machen? Und sobald wir wissen, dass etwas lebt, wie finden wir dann sinnvolle Organisationsebenen in seiner Struktur?,

Eigenschaften des Lebens

Alle lebenden Organismen haben mehrere Schlüsselmerkmale oder Funktionen: Reihenfolge, Empfindlichkeit oder Reaktion auf die Umwelt, Reproduktion, Wachstum und Entwicklung, Regulierung, Homöostase und Energieverarbeitung. Wenn sie zusammen betrachtet werden, dienen diese Eigenschaften dazu, das Leben zu definieren.

Bestellen

Abbildung 1., Eine Kröte stellt eine hochorganisierte Struktur dar, die aus Zellen, Geweben, Organen und Organsystemen besteht.

Organismen sind hochorganisierte, koordinierte Strukturen, die aus einer oder mehreren Zellen bestehen. Selbst sehr einfache einzellige Organismen sind bemerkenswert komplex: In jeder Zelle bilden Atome Moleküle; Diese wiederum bilden Zellorganellen und andere zelluläre Einschlüsse.

In vielzelligen Organismen (Abbildung 1) bilden ähnliche Zellen Gewebe. Gewebe wiederum arbeiten zusammen, um Organe zu schaffen (Körperstrukturen mit einer bestimmten Funktion). Organe arbeiten zusammen, um Organsysteme zu bilden.,

Empfindlichkeit oder Reaktion auf Reize

Organismen reagieren auf verschiedene Reize. Zum Beispiel können sich Pflanzen zu einer Lichtquelle beugen, auf Zäune und Wände klettern oder auf Berührung reagieren (Abbildung 2).

Abbildung 2.Die Blätter dieser empfindlichen Pflanze (Mimosa pudica) fallen sofort ab und falten sich bei Berührung. Nach einigen Minuten normalisiert sich die Pflanze wieder. (credit: Alex Lomas)

Auch winzige Bakterien können in Richtung oder weg von Chemikalien (ein Verfahren namens chemotaxis) oder Licht (phototaxis) bewegen., Bewegung in Richtung eines Reizes wird als positive Antwort angesehen, während Bewegung weg von einem Reiz als negative Antwort angesehen wird.

Sehen Sie sich dieses Video an, um zu sehen, wie Pflanzen auf einen Reiz reagieren—vom Öffnen über das Licht, das Umwickeln einer Sehne um einen Ast bis hin zum Fangen von Beute.

Reproduktion

Einzellige Organismen vermehren sich, indem sie zuerst ihre DNA duplizieren und sie dann gleichmäßig teilen, während sich die Zelle darauf vorbereitet, sich zu teilen, um zwei neue Zellen zu bilden. Vielzellige Organismen produzieren oft spezialisierte reproduktive Keimzellen, die neue Individuen bilden., Wenn die Fortpflanzung stattfindet, werden Gene, die DNA enthalten, an die Nachkommen eines Organismus weitergegeben. Diese Gene stellen sicher, dass die Nachkommen derselben Art angehören und ähnliche Eigenschaften wie Größe und Form aufweisen.

Wachstum und Entwicklung

Abbildung 3. Obwohl keine zwei gleich aussehen, haben diese Welpen Gene von beiden Elternteilen geerbt und teilen viele der gleichen Eigenschaften.

Organismen wachsen und entwickeln sich nach spezifischen Anweisungen, die von ihren Genen kodiert werden., Diese Gene liefern Anweisungen, die das Zellwachstum und die Zellentwicklung lenken und sicherstellen, dass die jungen einer Art (Abbildung 3) viele der gleichen Eigenschaften aufweisen wie ihre Eltern.

Regulierung

Selbst die kleinsten Organismen sind komplex und erfordern mehrere Regulationsmechanismen, um interne Funktionen zu koordinieren, auf Reize zu reagieren und Umweltbelastungen zu bewältigen. Zwei Beispiele für interne Funktionen, die in einem Organismus reguliert werden, sind Nährstofftransport und Blutfluss., Organe (Gruppen von Geweben, die zusammenarbeiten) erfüllen bestimmte Funktionen, z. B. das Tragen von Sauerstoff im Körper, das Entfernen von Abfällen, die Zufuhr von Nährstoffen zu jeder Zelle und die Kühlung des Körpers.

Homöostase

Abbildung 4. Eisbären (Ursus maritimus) und andere Säugetiere, die in eisbedeckten Regionen leben, halten ihre Körpertemperatur aufrecht, indem sie Wärme erzeugen und den Wärmeverlust durch dickes Fell und eine dichte Fettschicht unter der Haut reduzieren., (credit:“longhorndave“ /Flickr)

Um richtig zu funktionieren, müssen Zellen geeignete Bedingungen wie richtige Temperatur, pH-Wert und eine angemessene Konzentration verschiedener Chemikalien haben. Diese Bedingungen können sich jedoch von einem Moment zum nächsten ändern. Organismen sind in der Lage, die inneren Bedingungen in einem engen Bereich trotz Umweltveränderungen fast ständig durch Homöostase (wörtlich „Steady State“) aufrechtzuerhalten—die Fähigkeit eines Organismus, konstante innere Bedingungen aufrechtzuerhalten., Zum Beispiel muss ein Organismus die Körpertemperatur durch einen Prozess regulieren, der als Thermoregulation bekannt ist. Organismen, die in kalten Klimazonen leben, wie der Eisbär (Abbildung 4), haben Körperstrukturen, die ihnen helfen, niedrigen Temperaturen standzuhalten und Körperwärme zu sparen. Strukturen, die bei dieser Art der Isolierung helfen, umfassen Fell, Federn, Blubber und Fett. In heißen Klimazonen haben Organismen Methoden (wie Schweiß beim Menschen oder Keuchen bei Hunden), die ihnen helfen, überschüssige Körperwärme abzugeben.

Energieverarbeitung

Alle Organismen nutzen eine Energiequelle für ihre Stoffwechselaktivitäten., Einige Organismen fangen Energie von der Sonne ein und wandeln sie in Nahrung in chemische Energie um (Photosynthese); Andere verwenden chemische Energie in Molekülen, die sie als Nahrung aufnehmen (Zellatmung).

Abbildung 5. Der California Condor (Gymnogyps californianus) nutzt chemische Energie, die aus Lebensmitteln gewonnen wird, um den Flug anzutreiben. Kalifornische Kondore sind eine vom Aussterben bedrohte Art; Dieser Vogel hat ein Flügelschild, das Biologen hilft, das Individuum zu identifizieren.,

Organisationsebenen von Lebewesen

Lebewesen sind hoch organisiert und strukturiert und folgen einer Hierarchie, die auf einer Skala von klein bis groß untersucht werden kann. Das Atom ist die kleinste und grundlegendste Einheit der Materie. Es besteht aus einem von Elektronen umgebenen Kern. Atome bilden Moleküle. Ein Molekül ist eine chemische Struktur, die aus mindestens zwei Atomen besteht, die durch eine oder mehrere chemische Bindungen zusammengehalten werden., Viele Moleküle, die biologisch wichtig sind, sind Makromoleküle, große Moleküle, die typischerweise durch Polymerisation gebildet werden (ein Polymer ist ein großes Molekül, das durch die Kombination kleinerer Einheiten, sogenannte Monomere, hergestellt wird, die einfacher sind als Makromoleküle). Ein Beispiel für ein Makromolekül ist Desoxyribonukleinsäure (DNA) (Abbildung 6), die die Anweisungen für die Struktur und Funktion aller lebenden Organismen enthält.

Abbildung 6. Alle Moleküle, einschließlich dieses DNA-Moleküls, bestehen aus Atomen., (credit:“brian0918″ /Wikimedia Commons)

Einige Zellen enthalten Aggregate von Makromolekülen, die von Membranen umgeben sind; Diese werden Organellen genannt. Organellen sind kleine Strukturen, die in Zellen existieren. Beispiele für Organellen sind Mitochondrien und Chloroplasten, die unverzichtbare Funktionen erfüllen: Mitochondrien produzieren Energie, um die Zelle mit Strom zu versorgen, während Chloroplasten es grünen Pflanzen ermöglichen, die Energie im Sonnenlicht zur Herstellung von Zucker zu nutzen. Alle Lebewesen bestehen aus Zellen; Die Zelle selbst ist die kleinste grundlegende Einheit von Struktur und Funktion in lebenden Organismen., (Diese Anforderung ist der Grund, warum Viren nicht als lebend gelten: Sie bestehen nicht aus Zellen. Um neue Viren herzustellen, müssen sie in den Fortpflanzungsmechanismus einer lebenden Zelle eindringen und diese entführen.Nur dann können sie die Materialien erhalten, die sie zur Fortpflanzung benötigen.) Einige Organismen bestehen aus einer einzigen Zelle und andere sind vielzellig. Zellen werden als prokaryotisch oder eukaryotisch klassifiziert. Prokaryoten sind einzellige oder koloniale Organismen, die keine membrangebundenen Kerne oder Organellen haben; Im Gegensatz dazu haben die Zellen von Eukaryoten membrangebundene Organellen und einen membrangebundenen Kern.,

In größeren Organismen bilden Zellen Gewebe, bei denen es sich um Gruppen ähnlicher Zellen handelt, die ähnliche oder verwandte Funktionen ausführen. Organe sind Sammlungen von Geweben, die eine gemeinsame Funktion erfüllen. Organe sind nicht nur bei Tieren, sondern auch bei Pflanzen vorhanden. Ein Organsystem ist eine höhere Organisationsebene, die aus funktionell verwandten Organen besteht. Säugetiere haben viele Organsysteme. Zum Beispiel transportiert das Kreislaufsystem Blut durch den Körper und von und zu den Lungen; Es umfasst Organe wie Herz und Blutgefäße. Organismen sind einzelne Lebewesen., Zum Beispiel ist jeder Baum in einem Wald ein Organismus. Einzellige Prokaryoten und einzellige Eukaryoten gelten ebenfalls als Organismen und werden typischerweise als Mikroorganismen bezeichnet.

Alle Individuen einer Art, die in einem bestimmten Gebiet leben, werden kollektiv als Population bezeichnet. Zum Beispiel kann ein Wald viele Kiefern enthalten. Alle diese Kiefern repräsentieren die Population von Kiefern in diesem Wald. Verschiedene Populationen können in demselben spezifischen Gebiet leben., Zum Beispiel umfasst der Wald mit den Kiefern Populationen von Blütenpflanzen sowie Insekten und mikrobiellen Populationen. Eine Gemeinschaft ist die Summe der Populationen, die ein bestimmtes Gebiet bewohnen. Zum Beispiel bilden alle Bäume, Blumen, Insekten und andere Populationen in einem Wald die Gemeinschaft des Waldes. Der Wald selbst ist ein ökosystem. Ein Ökosystem besteht aus allen Lebewesen in einem bestimmten Gebiet zusammen mit den abiotischen, nicht lebenden Teilen dieser Umgebung wie Stickstoff im Boden oder Regenwasser., Auf der höchsten Organisationsebene (Abbildung 7) ist die Biosphäre die Sammlung aller Ökosysteme und repräsentiert die Lebenszonen auf der Erde. Es umfasst Land, Wasser und sogar die Atmosphäre zu einem gewissen Grad.

Praxisfrage

Von einer einzigen Organelle bis zur gesamten Biosphäre sind lebende Organismen Teile einer hochstrukturierten Hierarchie.

Abbildung 7. Die biologischen Organisationsebenen von Lebewesen werden gezeigt., Von einer einzigen Organelle bis zur gesamten Biosphäre sind lebende Organismen Teile einer stark strukturierten Hierarchie., (Kredit „Organellen“: Änderung der Arbeit von Umberto Salvagnin; Kredit „Zellen“: Änderung der Arbeit von Bruce Wetzel, Harry Schaefer/ National Cancer Institute; Kredit „Gewebe“: Änderung der Arbeit von Kilbad; Fama Clamosa; Mikael Häggström; Kredit „Organe“: Änderung der Arbeit von Mariana Ruiz Villareal; Kredit „Organismen“: Änderung der Arbeit von „Crystal“/Flickr; Kredit „Ökosysteme“: Änderung der Arbeit von US Fish and Wildlife Service Headquarters; Kredit „biosphere“: Änderung der Arbeit von NASA)

Welche der folgenden Aussagen ist falsch?,

1. Gewebe existieren innerhalb von Organen, die innerhalb von Organsystemen existieren.
2. Gemeinschaften existieren innerhalb von Populationen, die innerhalb von Ökosystemen existieren.
3. Organellen existieren innerhalb von Zellen, die innerhalb von Geweben existieren.
4. Gemeinschaften existieren innerhalb von Ökosystemen, die in der Biosphäre existieren.

Antwort anzeigen

Anweisung b ist falsch: Populationen existieren innerhalb von Gemeinschaften.,

Überprüfen Sie Ihr Verständnis

Beantworten Sie die folgenden Fragen, um zu sehen, wie gut Sie die im vorherigen Abschnitt behandelten Themen verstehen. Dieses kurze Quiz zählt nicht zu Ihrer Klasse in der Klasse, und Sie können es unbegrenzt oft wiederholen.

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