Grundlagen der Biologie: Klassifikation, Zellen und Gewebe

Klassifikation der Lebewesen

Klassifikation der Tiere: Nützlich, schädlich oder redundant.

Klassifikation der Pflanzen: Erzeugung von Obst, Gemüseerzeuger oder Holzfaser-Produzenten.

Carl von Linné beschrieb in seinem Werk Systema Naturae verschiedene Arten von Pflanzen und Tieren.

Ernst Haeckel definierte die Gruppe der Protista:

• Höhere Protisten (Eukaryoten): Algen, Pilze, Protozoen.
• Niedere Protisten (Prokaryoten): Bakterien.

Das Fünf-Reiche-System nach Robert Whittaker

• Monera: Prokaryoten wie Bakterien und Archaeen.
• Protista: Einzeller, Schleimpilze, Protozoen und einige Algen.
• Fungi (Pilze): Einzellige Hefepilze und fleischige Pilze.
• Plantae (Pflanzen): Moose, Farne und Blütenpflanzen.
• Animalia (Tiere): Schwämme, Würmer, Insekten und Wirbeltiere.

Theorien zum Ursprung des Lebens

Biogenese-Theorie: Besagt, dass Lebewesen aus Zellen bestehen und neue Zellen nur aus bereits vorhandenen Zellen entstehen können (Omnis cellula e cellula).

Abiogenese-Theorie: Die Vorstellung, dass Lebensformen spontan aus unbelebter Materie entstehen könnten (z. B. Würmer aus Fleisch). Dies ist wissenschaftlich widerlegt, da Mikroorganismen (Bakterien, Pilze) aus der Atmosphäre stammen.

Merkmale und Organisation der Lebewesen

Lebewesen zeichnen sich durch eine komplexe Struktur aus, die in verschiedene Ebenen unterteilt ist:

Die biologischen Organisationsebenen

1. Atomare Ebene: Bioelemente wie CHONPS (Kohlenstoff, Wasserstoff, Sauerstoff, Stickstoff, Phosphor, Schwefel). Eigenschaften: Kovalente Bindungen, leichte Elemente, Kohlenstoffgerüste als Basis des Lebens.
2. Molekulare Ebene: Aminosäuren, Monosaccharide.
3. Makromolekulare Ebene: Proteine, Polysaccharide, Lipide.
4. Ebene der Molekülaggregate: Nukleoproteine, Lipoproteine.
5. Organellenebene: Mitochondrien, Lysosomen, glattes und raues endoplasmatisches Retikulum (REL/RER).
6. Zelluläre Ebene: Die biologische Einheit (z. B. Pflanzenzelle).
7. Gewebeebene: Nervengewebe, Muskelgewebe, Epithelgewebe.
8. Organebene: Lunge, Herz.
9. Organsysteme: Respirationstrakt, Nervensystem.
10. Organismus (metazellulär): Der Mensch als Spezies, Pflanzen, Tiere.
11. Bestand der metazellulären Organismen.
12. Populationsebene: Gemeinschaft einer Art.
13. Ökosystemebene: Gemeinschaften verschiedener Arten.

Stoffwechsel, Fortpflanzung und Anpassung

II) Metabolische Aktivität: Erfordert Energie aus Biomolekülen für anabole Prozesse (Aufbau) und katabole Prozesse (Abbau).

III) Fortpflanzungsfähigkeit: Sicherung des Fortbestands durch Nachwuchs.

IV) Reizbarkeit und Anpassung: Reaktion auf physikalische und chemische Veränderungen sowie Anpassung an die Umwelt zum Überleben.

Gewebelehre: Tierische Gewebe

Gewebe sind Zellgruppen, die die gleiche Funktion erfüllen.

Epithelgewebe

Besteht aus kontinuierlichen Zellschichten, die innere Hohlräume auskleiden. Funktionen: Schutz, Absorption, Sekretion, Empfindung.

• Plattenepithel: Flache Zellen (Haut, Schleimhäute, Speiseröhre, Vagina).
• Isoprismatisches Epithel (Quader): Auskleidung von Kanälen (z. B. Nierentubuli).
• Zylinderepithel: Verlängerte Zellen (Magen- und Darmtrakt).
• Flimmerepithel: Besitzt Zytoplasmafortsätze zum Transport von Fremdmaterial (Atmungssystem).
• Sinnesepithel: Spezialisiert auf Reizaufnahme (z. B. Nasenhöhle).
• Drüsenepithel: Zylindrische oder kubische Zellen zur Sekretion (Milch, Schweiß, Speichel).
• Exokrine Drüsen: Geben Produkte nach außen oder in Hohlräume ab (Schweißdrüsen).
• Endokrine Drüsen: Geben Produkte (Hormone) direkt in den Blutkreislauf ab.

Bindegewebe und Stützgewebe

Verbindet Zellen und bietet Unterstützung durch eine extrazelluläre Matrix.

• Fibröses Bindegewebe: Matrix aus Fasern (Sehnen, elastische Bänder, Kollagen der Haut).
• Knorpelgewebe: Steif, aber elastisch; wichtig für die embryonale Entwicklung und das Skelett.
• Knochengewebe: Besteht aus einer harten Matrix in Plattenform; macht etwa 18 % des Körpergewichts aus.
• Blut und Lymphe: Transport von CO2, pH-Kontrolle. Enthält Erythrozyten (Lebensdauer ca. 120 Tage) und Leukozyten.

Spezialisierte Blutzellen

• T-Lymphozyten: Zelluläre Immunität.
• B-Zellen: Antikörperproduktion.
• Monozyten: Phagozytose von Bakterien.
• Neutrophile: Abwehr bakterieller Infektionen.
• Basophile: Beteiligung an Entzündungsreaktionen.
• Thrombozyten: Blutgerinnung.

Muskel- und Nervengewebe

Muskelgewebe: Kontraktile Zellen. Drei Arten:

• Glatt: Unwillkürlich, umgibt innere Organe.
• Herzmuskel: Bildet die Herzwand.
• Skelettmuskulatur (gestreift): Willkürlich, ca. 40 % des Körpergewichts.

Nervengewebe:

• Neuronen: Übertragung von Impulsen.
• Gliazellen: Schutz, Ernährung und Isolation (Myelinscheide) der Neuronen.
• Nerven: Bündel von Nervenfasern.
• Ganglien: Gruppen von Nervenzellen außerhalb des ZNS.

Pflanzengewebe und Pflanzenphysiologie

Unterteilung in Grundgewebe, Leitgewebe (vaskulär) und Abschlussgewebe (dermal).

• Blatt: Photosynthetisch aktive Parenchymzellen. Gasaustausch über Spaltöffnungen (Stomata).
• Leitgewebe: Xylem (Wassertransport) und Phloem (Nährstofftransport).
• Stängel: Bei jungen Pflanzen grün für Photosynthese; enthält Festigungsgewebe (Fasern).

Biomoleküle: Chemische Grundlagen

Anorganische Stoffe

Besitzen kein Kohlenstoffgerüst (außer Carbonate).

• Wasser: Häufigste Materie, Lösungsmittel, hohe Wärmekapazität, Wärmeleiter, bipolar.
• Mineralsalze: Chloride, Phosphate, Sulfate, Carbonate (wichtig für den pH-Wert).
• Metallionen: Fe, Ca, Mg etc. (oft als Enzym-Kofaktoren).

Organische Stoffe (Biomoleküle)

Enthalten Kohlenstoff sowie H, O, N, S, P.

a) Kohlenhydrate: Formel Cn(H2O)n.

• Monosaccharide (Triosen, Pentosen, Hexosen).
• Disaccharide und Oligosaccharide (bis ca. 10 Einheiten).
• Polysaccharide (viele Einheiten, Glykosidbindung).

b) Lipide: Fettsäuren (gesättigt, einfach ungesättigt, mehrfach ungesättigt).

• Neutralfette (Triglyceride): Glycerin + 3 Fettsäuren.
• Phospholipide: Alkohol + 2 Fettsäuren + Phosphat.
• Sterole: z. B. Cholesterin.

c) Proteine: Komplexe Verbindungen aus 20 verschiedenen Aminosäuren.

Nukleinsäuren und RNA-Synthese:

• m-RNA: Boten-RNA mit Codons.
• t-RNA: Transportiert Aminosäuren, besitzt ein Anticodon.
• r-RNA: Ermöglicht die Kopplung bei der Synthese.

d) Vitamine: Lebensnotwendige organische Verbindungen, die mit der Nahrung aufgenommen werden müssen. Ein Mangel führt zu Avitaminosen.