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Donnerstag, 19. Dezember 2013

BIOLOGIE




Die Biologie erforscht die Erscheinungsformen lebender Systeme sowie ihre Beziehungen zueinander und zu ihrer Umwelt.
Diese Systeme können unterschiedliche Ausprägungen haben, z. B.:
  • Mensch: Anthropologie (biolog. Anthropologie)
  • Tier: Zoologie
  • Pflanze: Botanik (= Phytologie)
Die taxonomische Einteilung der Lebewesen ist nicht so einfach, wie es aus früheren Schulbüchern scheint, sondern ständiger Wandlung unterworfen.
Modern ist eine Einteilung in 2 - 3 Domänen und 6 - 7 Reiche:

  • Eukaryoten 
  • Achäen (Urbakterien) ["Prokaryoten"]
  • Bakterien ["Prokaryoten"]

-> Eukaryoten: Tiere (Animalia), Pilze (Fungi), Pflanzen (Plantae);
                     Protista: Stramenoplie (Chromista), Protozoen/Urtierchen (Protozoa)

Ursprünglich wurde in der Taxonomie nur zwischen Tieren und Pflanzen unterschieden. Dann kamen einzellige Organismen (Einzeller) unter dem Namen Protisten hinzu. Dann trennte man die Pilze von den Pflanzen. In der Mitte des 20. Jhd.s wurde die fundamentale Unterscheidung zwischen Lebewesen mit Zellkern (Eukaryo(n)ten) und Lebewesen ohne Zellkern (Prokaryo(n)ten/auch: Monera) eingeführt. Einige Forscher sehen auch die Archäen (Urbakterien) als eigene Domäne, darunter Carl Richard Woese . Etwas andere Ansätze vertreten Forscher wie Thomas Cavalier-Smith.

Ab dem Taxon der Reiche existieren viele weitere Taxa:

  • Reich (Regnum); ggf. auch Unterreich (Subregnum)
  • Abteilung/Stamm (Divisio/Phylum)
  • Unterstamm (Subphylum)
  • Klasse (Classis)
  • Ordnung (Ordo)
  • Überfamilie (Superfamilia)
  • Familie (Familia)
  • Unterfamilie (Subfamilia)
  • Gattung (Genus)
  • Art (Species)
  • Unterart (Subspecies)
Merkformel: "RS-KOFGA"

Eine besondere Rolle kommt in der Taxonomie der Art (Species) zu. Diese wird aus verschiedenen Gründen heute noch nach "biologischer Art", "morphologischer Art" und "phylogenetischer Art" unterschieden.

Die Biologie verwendet seit Carl von Linné ("Systema Naturae") eine binominale Nomenklatur (binär).
Der erste Namensteil bezeichnet die Gattung, der Zweite ist das Beiwort (Epitheton) für die Art.
Bsp.: Wildpferd - equus ferus (Gattung: equus [Pferd]; Art: equus ferus [wildes Pferd/Wildpferd])
         Wolf         - canis lupus (Gattung: canis [Wolfs- und Schakalartige]; Art: canis lupus [Wolf])
                            ein Haushund wäre davon die Unterart canis lupus familiaris
         Wildkatze - felis silvestris (Gattung: felis [Katze]; Art: felis silvestris [Wildkatze, "Waldkatze"])
                           eine Hauskatze wäre davon die Unterart felis silvestris catus
         Feldhase  -  lepus europaeus (Gattung: lepus [Hase]; Art: lepus europaeus [Feldhase])
         Hausmaus - mus musculus (Gattung: mus [Maus]; Art: mus musculus [Hausmaus])


Biologische Teildisziplinen

Der Begriff "allgemeine Biologie" fasst folgende Teildisziplinen zusammen:
  • Biophysik (incl. Bionik) 
  • Biochemie
  • Molekularbiologie
  • Physiologie
  • Genetik (Vererbungslehre)
  • Anatomie
  • Histologie (Gewebelehre)
  • Zytologie (Zellenlehre)
  • Morphologie (Formenlehre)
  • Taxonomie (Systematik)
  • Paläontologie 
  • Phylogenie (Stammesentwicklung)
  • Ontogenie (Individualentwicklung)
  • Ökologie
  • Verhaltensforschung
Ein wichtiger Forschungsgegenstand der allgemeinen Biologie ist das Leben der Zellen.
Die wichtigsten Lebensvorgänge (Stoffwechsel, Fortpflanzung) stellen hierarchisch geordnete molekulare Prozesse dar, die an Zellen gebunden sind.
Dagegen befasst sich die spezielle Biologie mit systematischen Gruppen von Organismen, also mit Insekten (Entomologie) usw.


Der Begriff "spezielle Biologie" fasst u. a. folgende Disziplinen zusammen:
  • Insektenkunde (Entomologie)
  • Fischkunde (Ichthyologie)
  • Amphibien- und Reptilienkunde (Herpetologie)
  • Vogelkunde (Ornithologie)
  • Säugetierkunde (Mammalogie/Mammologie) 
  • Malakologie (Weichtierkunde) 
  • Pflanzenkunde (Botanik) 
  • Pilzkunde (Mykologie)
Man geht bei der Entwicklung des Tierreichs davon aus, dass sich wie in anderen Reichen aus Einzellern Vielzeller entwickelten.
Aus den einfachen tierischen Vielzellern (z. B. Schwämme) entstanden Gewebetiere (Eumetozoa; vielzellige Tiere mit echtem Zellgewebe - "Echte Vielzeller"), daraus Prot(er)ostomier/Urmünder (z. B. Weichtiere), die aber oft noch zu den Gewebetieren gerechnet werden und daraus wiederum einerseits Deuterostomier/Neumünder (Zweitmünder) und Wirbeltiere und andererseits Gliedertiere (z. B. Insekten).


Weiter kann man noch die "angewandte Biologie" abgrenzen. Die angewandte Biologie beschäftigt sich, wie der Name sagt, mit praktischen biologischen Problemen in der Land- und Forstwirtschaft, der Schädlingsbekämpfung, dem Natur- und Umweltschutz, dem Gesundheitswesen, der Lebensmittelüberwachung, der Abwasserreinigung und der Landschaftsgestaltung.


Biologiegeschichte


Die Erforschung von Lebensvorgängen und Lebewesen begann mit der Naturphilosophie in der griechischen Antike. Man sah die Natur meistens noch als geordneten Kosmos. Neben den griechischen Philosophen befassten sich auch Ägypter, Inder (Ayurveda) u. a. mit biologischen Themen.
Neben Interesse an Naturphilosophie oder speziell an der belebten Natur spielten auch medizinische Interessen eine Rolle.

Eine erste (bekannte) Systematisierung erfuhren wir mit Aristoteles. Er beschrieb Tiere anhand von Körperbau, Entwicklung und Lebensweise und versuchte sich an systematischen Gliederungen. Aus heutiger Sicht sind diese aber nur noch bedingt haltbar.
Die Botanik wurde von Aristoteles' Schüler Theophrast weiterentwickelt.

Im 2. Jhd. n. Chr. brachte der Arzt Galen (Galenos von Pergamon) die Medizin weit voran. In Pergamon gab es damals ein Asklepios-Heiligtum, das der Heilkunst gewidmet war. Galen erhielt weitere Inspirationen durch seinen Vater Nikos, durch seine Fahrt nach Alexandria, das ein damaliges Zentrum der medizinischen Forschung und durch seine medizinische Teilnahme an den Olympischen Spielen. Galen behandelte auch Gladiatoren, war als Truppenarzt tätig und versorgte in Rom Herrscher und Prominente.

Im europäischen Mittelalter war es mit der Entwicklung der Medizin nicht so weit her. Innovative Einflüsse kamen von Gelehrten der islamischen Welt, so von dem Perser Avicenna (latinisierte Namensform).

In der Renaissance begann man aber wieder, die empirisch fassbare Welt zu erforschen. Es kam zur Entdeckung neuer Arten und zu Fortschritten in der Anatomie. Hierzu gehören die Anatomen Andreas Vesalius und William Harvey (Blutkreislauf). Beide arbeiteten mit den Methoden des Experiments und der Beobachtung.
Die wissenschaftliche Klassifikation (Nomenklatur) von Organismen und Fossilien sowie die Verhaltensforschung wurde von Georges-Louis Leclerc de Buffon und Carl Linnaeus (von Linné) vorangebracht.
Ein weiterer Fortschritt brachte die Erfindung des Mikroskops. Die Welt der Mikroorganismen war bis dahin unbekannt. Jetzt war es auch möglich, sich mit den Zellen als Grundlage des Lebens zu beschäftigen.
Frühe Formen des Lichtmikroskops sollen Ende des 16. Jhd.s in den Niederlanden erfunden worden sein, als Erfinder der ersten "guten" Lichtmikroskope gilt Antoni(e) van Leeuvenhoek im 17. Jhd.
Das sich entwickelnde mechanistische Weltbild traf auch auf Gegenbewegungen wie die natürliche Theologie.

Im 18. und 19. entwickelten sich Botanik und Zoologie zu eigenständigen wissenschaftlichen Disziplinen. Lavoisier und andere studierten die Natur zunehmend mit chemischen und physikalischen Methoden. Alexander von Humboldt, der als grosser Entdecker galt, untersuchte die Beziehungen von Organismen und ihrer Umwelt. Sie erkannten die Abhängigkeit der Entwicklung der Organismen von ihrer geographischen Umgebung und schufen so die Grundlagen für Fächer wie Ökologie, Biogeographie und Verhaltensforschung.

Dadurch rückte die Artenvielfalt in das Zentrum der Betrachtung. Man erkannte auch, dass Arten aussterben können. Der Essentialismus wurde zunehmend abgelehnt. Dieser lehrte, dass es eine notwendige (ewige) Eigenschaft einer Sache gebe (lat. essentia - Wesen).
Die Zelltheorie brachte die Biologie und ihre Unterdisziplinen weiter voran und verbesserte das Verständnis von Organismen. Hinzu kamen Erkenntnisse aus Embryologie und Paläontologie. Damit waren wichtige Vorarbeiten für Darwins bahnbrechende Theorie von der Evolution der Arten durch natürliche Selektion geleistet. Vorstellungen einer "Urzeugung" wurden damit bis zum Ende des 19. Jhd.s an den Rand gedrängt. Stattdessen entwickelte man eine Theorie der Keimbahn, obwohl man erst rudimentäre Einblicke in die Genetik besass. Frühe genetische Erkenntnisse lieferten die Arbeiten von Gregor Johann Mendel. Leider dauerte es eine Weile, bis sich seine Ansichten durchsetzten. Im frühen 20. Jhd. entdeckte man seine Erkenntnisse erneut.

Von nun an wurde die Genetik aber deutlich in Angriff genommen. Thomas Hunt Morgan und seine Schüler brachten die Forschung intensiv voran. Sie vereinigten in ihrer neodarwinistischen Synthese die Prinzipien der Populationsgenetik mit der natürlichen Selektion. Dann schlugen James D. Watson und Francis Crick die Struktur der DNA (DNS) vor. Das "zentrale Dogma" der Molekularbiologie wurde etabliert. Damit ist eine 1958 von Francis Crick publizierte Hypothese gemeint, die den Informationsfluss zwischen den Biopolymeren DNA, RNA und Proteinen erklären wollte. Der Begriff Dogma wirkte griffig, wurde von Crick später aber als zu unkritisch bezeichnet. Er meinte einfach eine Hypothese.
Nun konnten weitere wissenschaftliche Disziplinen entstehen und es kam zur Aufspaltung der Biologie in eine "Biologie der Organismen" (Lebewesen) und eine Biologie der Zell- und Molekularbiologie.
Im späten 20. Jhd. entstanden aber auch gegenläufige Trends, die die Zweige der Biologie wieder zusammenführen wollten. Dazu gehört die Genomforschung und die Proteomik. Ein Proteom umfasst die Gesamtheit aller in einer Zelle oder einem Lebewesen unter definierten Bedingungen und zu einem definierten Zeitpunkt vorliegenden Proteine. Begriffe wie Proteom und Transkriptom sind im Gegensatz zum Genom eher statisch gedacht.
Auf jeden Fall sind in den Biowissenschaften und Lebenswissenschaften noch viele weitere Entwicklungen zu erwarten.

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