Biologische Klassifikation und Lebensformen

Taxonomie: Klassifikation der Lebewesen

Die Klassifikation von Lebewesen ist die Taxonomie. Die hierarchischen Kategorien sind (vom Allgemeinen zum Spezifischen):

• Reich
• Stamm (Phylum)
• Klasse
• Ordnung
• Familie
• Gattung
• Art

Die fünf Reiche der Lebewesen

Traditionell werden Lebewesen oft in fünf Reiche eingeteilt:

• Pflanzen (Plantae): Mehrzellige, eukaryotische Organismen, die meist Photosynthese betreiben. Beispiele: Farne, Gymnospermen (Nacktsamer), Moose, Blütenpflanzen.
• Pilze (Fungi): Eukaryotische Organismen, die Nährstoffe durch Absorption aufnehmen. Der Vegetationskörper vieler Pilze besteht aus feinen Fäden, den Hyphen, die ein Netzwerk, das Myzel, bilden. Beispiele: Echte Pilze, Schimmelpilze, Hefen. Sie ernähren sich heterotroph (z.B. saprophytisch oder parasitär) und spielen eine wichtige Rolle als Zersetzer.
• Tiere (Animalia): Mehrzellige, eukaryotische, heterotrophe Organismen, die sich meist aktiv bewegen können. Beispiele: Säugetiere, Vögel, Amphibien, Fische, Insekten.
• Protisten (Protista/Protoctista): Eine vielfältige Gruppe eukaryotischer Organismen, die nicht eindeutig den Pflanzen, Pilzen oder Tieren zugeordnet werden können. Umfasst:
  • Protozoen (Urtierchen): Einzellige, heterotrophe Protisten wie Ciliaten (Wimpertierchen), Amöben.
  • Algen: Photosynthetische Protisten wie Braun-, Grün- und Rotalgen (viele sind heute auch anderen Reichen/Gruppen zugeordnet).
• Monera (Prokaryotae): Umfasst prokaryotische Organismen (ohne echten Zellkern), hauptsächlich Bakterien und Archaeen.

Definition der biologischen Art

Eine Art ist eine Gruppe von Individuen, die sich unter natürlichen Bedingungen untereinander fortpflanzen und dabei fruchtbare Nachkommen hervorbringen können. Sie sind reproduktiv von anderen solchen Gruppen isoliert.

Grundlagen der Evolution

Faktoren der genetischen Variation

Genetische Variation ist die Grundlage für evolutionäre Veränderungen. Sie entsteht hauptsächlich durch:

Erbliche Faktoren (Mutation & Rekombination)

• Mutationen: Zufällige, dauerhafte Veränderungen in der genetischen Information (DNA). Sie sind die primäre Quelle neuer Allele.
• Rekombination von Genen: Während der geschlechtlichen Fortpflanzung (Meiose) werden Gene der elterlichen Keimzellen neu kombiniert. Dies führt zu Nachkommen mit einzigartigen Genkombinationen, die sich von den Eltern unterscheiden.

Umweltbedingte Modifikationen

Veränderungen im Phänotyp eines Individuums, die durch Umwelteinflüsse hervorgerufen werden und nicht auf einer Veränderung der Gene beruhen. Diese Modifikationen sind in der Regel nicht erblich.

Speziation: Die Entstehung neuer Arten

Die Speziation ist der evolutionäre Prozess, durch den neue biologische Arten aus einem gemeinsamen Vorfahren entstehen.

Mechanismen der reproduktiven Isolation

Reproduktive Isolation verhindert den Genfluss zwischen Populationen und ist entscheidend für die Artbildung. Mechanismen umfassen:

• Geografische Isolation: Populationen werden physisch voneinander getrennt (z.B. durch Gebirge, Gewässer). Dies ist oft der erste Schritt, der es den getrennten Gruppen ermöglicht, sich unabhängig voneinander zu diversifizieren.
• Ökologische Isolation: Populationen leben im selben Gebiet, besetzen aber unterschiedliche ökologische Nischen oder haben unterschiedliche Fortpflanzungszeiten.
• Ethologische (verhaltensbedingte) Isolation: Unterschiede im Paarungsverhalten (z.B. Balzrituale, Gesänge) verhindern die Fortpflanzung zwischen Populationen.
• Weitere Mechanismen sind z.B. mechanische, gametische oder postzygotische Isolation.

Differentielle Anpassung und Selektion

Jede isolierte Population unterliegt einem Prozess der differentiellen Anpassung an ihre spezifische Umwelt. Individuen mit genetischen Merkmalen, die am besten an die Umweltbedingungen angepasst sind, haben höhere Überlebens- und Fortpflanzungschancen (natürliche Selektion). Über viele Generationen kann dies zur Akkumulation von Unterschieden führen, die eine neue Art begründen.

Fossilien: Zeugen vergangenen Lebens

Was sind Fossilien und wie entstehen sie?

Ein Fossil ist jeder erhaltene Rest oder jede Spur eines Organismus, der in einer vergangenen geologischen Ära gelebt hat.

Fossilationsprozesse umfassen:

• Mineralisierung (Versteinerung): Organische Substanz wird durch Mineralien ersetzt.
• Einfrieren: Erhaltung in Eis (z.B. Mammuts).
• Austrocknung (Mumifizierung): Erhaltung in sehr trockenen Umgebungen.
• Abdrücke und Spurenfossilien: Erhaltene Abdrücke (z.B. von Blättern) oder Spuren von Lebensaktivitäten (z.B. Fußabdrücke, Grabgänge).
• Einschlüsse: Kleine Organismen, die in Bernstein (fossiles Harz) oder Asphalt eingeschlossen sind.

Paläontologie: Die Wissenschaft der Fossilien

Die Paläontologie ist die Wissenschaft, die sich mit der Erforschung von Fossilien beschäftigt, um die Geschichte des Lebens auf der Erde zu rekonstruieren. Sie verbindet Erkenntnisse aus Fachrichtungen wie Geologie, Biologie (insbesondere Evolutionsbiologie) und Ökologie.

Biodiversität und ihre Gefährdung

Biodiversität (biologische Vielfalt) bezeichnet die Vielfalt der Lebensformen auf allen Ebenen: die Vielfalt der Arten, die genetische Vielfalt innerhalb der Arten und die Vielfalt der Ökosysteme in der Biosphäre.

Bedrohungen der biologischen Vielfalt

Die Biodiversität ist durch menschliche Aktivitäten stark gefährdet. Zu den Hauptbedrohungen gehören:

• Lebensraumzerstörung und -fragmentierung (z.B. durch unkontrollierte Entwicklung, Bautätigkeit, Entwaldung)
• Übernutzung natürlicher Ressourcen (z.B. Überfischung, Überjagung)
• Umweltverschmutzung (z.B. durch industrielle Tätigkeit, Landwirtschaft)
• Klimawandel
• Invasive Arten (Einführung gebietsfremder Arten, oft durch menschliche Aktivitäten wie illegalen Handel)
• Waldbrände und illegale Jagd

Organisation und Funktionen des Lebens

Grundlegende Lebensfunktionen

Zu den grundlegenden Lebensfunktionen (Vitalfunktionen) von Lebewesen gehören:

• Stoffwechsel: Die Gesamtheit der chemischen Prozesse in Organismen, einschließlich Ernährung, Atmung und Ausscheidung.
• Fortpflanzung: Die Fähigkeit, Nachkommen zu erzeugen und so die Art zu erhalten.
• Reizbarkeit und Reaktion: Die Fähigkeit, auf Veränderungen in der Umwelt zu reagieren.
• Wachstum und Entwicklung: Zunahme an Größe und Komplexität im Laufe des Lebens.
• Bewegung: Aktive Ortsveränderung oder Bewegung von Teilen des Organismus.
• Homöostase: Aufrechterhaltung eines stabilen inneren Milieus.

Prokaryoten: Das Reich der Bakterien

Bakterien sind einzellige Lebewesen mit prokaryotischer Zellorganisation (d.h., sie besitzen keinen echten Zellkern und keine membranumhüllten Organellen). Sie sind extrem vielfältig und besiedeln nahezu alle Lebensräume.

Morphologie (Formen) von Bakterien

Bakterien treten in verschiedenen Grundformen auf:

• Kokken: Kugelförmig
• Bazillen: Stäbchenförmig
• Spirillen: Spiralförmig oder gewunden
• Vibrionen: Kommaförmig

Ernährungsstrategien von Bakterien

Bakterien zeigen eine große Vielfalt an Ernährungsweisen:

• Autotrophe Bakterien: Stellen ihre organischen Verbindungen selbst her.
  • Photosynthetisch: Nutzen Lichtenergie (z.B. Cyanobakterien).
  • Chemosynthetisch: Gewinnen Energie aus der Oxidation anorganischer Verbindungen.
• Heterotrophe Bakterien: Nehmen organische Verbindungen aus der Umwelt auf.
  • Saprophytisch (Saprobionten): Zersetzen totes organisches Material.
  • Parasitär: Beziehen Nährstoffe von einem lebenden Wirt, dem sie oft schaden und Krankheiten verursachen können.
  • Symbiotisch: Leben in einer engen Beziehung von gegenseitigem Nutzen mit einem anderen Organismus (z.B. Darmbakterien).

Eukaryotische Einzeller: Protozoen (Urtierchen)

Protozoen sind eine heterogene Gruppe einzelliger, eukaryotischer Lebewesen (mit echtem Zellkern). Sie bewohnen vorwiegend aquatische Lebensräume und feuchte Böden. Die meisten betreiben keine Photosynthese und leben entweder frei oder als Parasiten in anderen Organismen.

Fortbewegungstypen bei Protozoen

Protozoen werden oft nach ihrer Art der Fortbewegung klassifiziert:

• Flagellaten (Geißeltierchen): Fortbewegung mittels einer oder mehrerer Geißeln (Flagellen).
• Ciliaten (Wimpertierchen): Fortbewegung und Nahrungsaufnahme mittels zahlreicher kurzer Zilien (Wimpern).
• Rhizopoden/Amoebozoa (Wurzelfüßer): Fortbewegung mittels Plasmaausstülpungen, den Pseudopodien (Scheinfüßchen), z.B. Amöben.
• Sporozoen/Apicomplexa (Sporentierchen): Oft unbeweglich im adulten Stadium, bilden infektiöse Sporen; viele sind Parasiten.

Flechten: Eine erfolgreiche Symbiose

Flechten sind komplexe Organismen, die aus einer symbiotischen Lebensgemeinschaft zwischen einem Pilz (Mykobiont, meist ein Ascomycet) und einem oder mehreren Photosynthese betreibenden Partnern (Photobiont) – meist Grünalgen oder Cyanobakterien – bestehen. Der Pilz liefert Struktur, Schutz und nimmt Wasser sowie Mineralien auf, während der Photobiont durch Photosynthese Kohlenhydrate produziert. Flechten stellen eine eigene biologische Organisationsform dar und werden nicht einem einzelnen Reich zugeordnet.

Wuchsformen der Flechten

Man unterscheidet verschiedene Wuchsformen:

• Krustenflechten: Fest mit dem Substrat verwachsen, oft krustenförmig.
• Laubflechten (Blattflechten): Flach, blattartig, lockerer mit dem Substrat verbunden.
• Strauchflechten: Aufrecht oder hängend, buschig oder bartähnlich verzweigt.