Grundlagen der Biologie und Evolution: Von der Zelle zum Menschen

Grundlagen des Lebens und Stoffwechsel

Chemische Zusammensetzung

Lebende Materie besteht hauptsächlich aus Wasser und Kohlenstoffverbindungen (98 %). Wichtige Spurenelemente sind Eisen, Selen, Schwefel und Kalium.

Stoffwechseltypen (Autotrophie & Heterotrophie)

• Autotrophe Organismen: Erzeugen organische Substanzen aus anorganischer Materie (Mineralien, Wasser und anderen Stoffen) mithilfe von Solarenergie.
• Heterotrophe Organismen: Ernähren sich von organischen Substanzen, die von autotrophen Organismen hergestellt wurden.
• Chemosynthetische Organismen: Gewinnen Energie durch chemische Reaktionen mit anderen Elementen.

Ursprung des Lebens und der Erde

Herkunft der Elemente (Kohlenstoff & Wasser)

Kohlenstoff stammt aus dem Erdinneren, wo er sich während der Planetenbildung ansammelte.

Wasser stammt wahrscheinlich von Asteroiden. Bei der Entstehung des Sonnensystems konnte Wasser in den sonnennahen Bahnen nicht kondensieren, da die Temperaturen zu hoch waren.

Das Leben entstand möglicherweise durch eine innere Notwendigkeit, ausgelöst durch intensiven, fast ausschließlich submarinen Vulkanismus.

In einer dichten, sauerstofffreien Atmosphäre begann das Leben im Meer, da es dort Schutz bot.

Hypothesen zur Entstehung des Lebens

Metabolische Hypothese

Einfache, kleine Moleküle wurden durch eine Membran vom umgebenden Medium getrennt. Dies führte zu einer Reihe komplexer chemischer Prozesse, bis sich die Fähigkeit zur Reproduktion entwickelte.

RNA-Welt-Hypothese

Zufällige RNA-Moleküle entstanden, die in der Lage waren, sich selbst zu replizieren und durch Mutationen die Kette der Evolution in Gang zu setzen.

Evolution: Beweise und Theorien

Biodiversität und Fossilien

Es wird geschätzt, dass es 30–50 Millionen Arten auf der Erde gibt, wovon etwa 2 Millionen katalogisiert sind.

Fossilien sind harte Teile von Pflanzen und Tieren (Knochen, Muscheln) oder versteinerte Überreste von Organismen.

Beweise für die Evolution

Biologische und Molekulare Beweise

• Biologische Beweise: Dazu gehören die Struktur der Knochen und rudimentäre Organe (Körperteile ohne erkennbare Funktion).
• Molekulare Beweise: Der ultimative Beweis ist die Tatsache, dass alle lebenden Organismen die gleiche Übertragungsinformation, die DNA, besitzen.

Paläontologische Beweise

Es gibt 300.000 verschiedene Fossilien. Man schätzt, dass wir nur 1 von 7000 existierenden Fossilien kennen.

Evolutionstheorien

Definition einer Art

Eine Art ist definiert als die Menge von Organismen, die fähig sind, sich miteinander fortzupflanzen und fruchtbare Nachkommen zu zeugen.

Darwins Selektionstheorie

Die Individuen mit den vorteilhaftesten Merkmalen überleben und reproduzieren sich erfolgreicher und geben diese Merkmale an ihre Nachkommen weiter.

Lamarcks Theorie

Lamarck schlug vor, dass Arten neue Merkmale erwerben, um sich an neue Bedürfnisse anzupassen (Vererbung erworbener Eigenschaften).

Künstliche Selektion

Menschen wählen Tiere und Pflanzen mit positiven Eigenschaften aus und züchten diese gezielt weiter.

Geologische Zeitalter und Massenaussterben

Die großen Erdzeitalter

Die jüngste Hypothese zum Massenaussterben führt dieses auf eine Katastrophe zurück, die durch Sauerstoffmangel im Wasser (Anoxie) infolge der Erwärmung der Atmosphäre verursacht wurde.

• Paläozoikum (650 Mio. Jahre – 250 Mio. Jahre): Kambrium, Ordovizium (Massenaussterben), Silur, Devon (Massenaussterben), Karbon, Perm (Massenaussterben).
• Mesozoikum (250 Mio. Jahre – 75 Mio. Jahre): Trias (Massenaussterben), Jura, Kreide.
• Känozoikum (ab 75 Mio. Jahre): Tertiär (bis 4 Mio. Jahre).

Die Dinosaurier starben vor 65 Mio. Jahren nach der Kollision mit einem Asteroiden aus.

Entwicklung des Menschen

Der Ursprung des Menschen wird auf 8 Mio. Jahre datiert.

Die Entwicklungslinie umfasst:

1. Australopithecus
2. Homo habilis (2,3 Mio. Jahre)
3. Homo ergaster (1,8 Mio. Jahre)
4. Homo erectus (1,2 Mio. Jahre)
5. Jüngste Formen: Homo sapiens und Homo neanderthalensis