Grundlagen der Naturwissenschaften und Technik: Definitionen und Konzepte

Astronomie und Kosmologie

• Parsec: Entspricht 3,26 Lichtjahren.
• Wilson-Loch (Hypothetisch): Eine Funktion der hypothetischen Raumzeit, die zwei miteinander verbundene Öffnungen besitzt.
• Photon: Ein Energiequant in Form elektromagnetischer Strahlung, das von Materie emittiert oder absorbiert wird.

Wissenschaftliche Pioniere

• Descartes: Begründer des kartesischen Koordinatensystems.
• Galileo: Stärkung der heliozentrischen Theorie.
• Kepler: Das kosmische Geheimnis (Gesetze der Planetenbewegung).
• Newton: Gesetz der universellen Gravitation.

Geowissenschaften und Geophysik

Seismische Diskontinuitäten

1. Ordnung (Abrupte Geschwindigkeitsänderungen):

• Mohorovičić-Diskontinuität (Moho): Trennt die Erdkruste vom Erdmantel.
• Gutenberg-Diskontinuität: Trennt den Erdmantel vom Erdkern.

2. Ordnung (Glatte Geschwindigkeitsänderungen):

• Conrad-Diskontinuität: Trennt die kontinentale Granitschicht von der ozeanischen Basaltschicht.
• Repetti-Diskontinuität: Unterteilt den Mantel in oberen und unteren Mantel.
• Lehmann-Diskontinuität: Unterteilt den Kern in inneren und äußeren Kern.

Theorien zur Erdstruktur

• Suess: Das Antlitz der Erde; unterteilte die Erde in drei Schichten: Kruste, Mantel und Kern.
• Wegener: Theorie der Kontinentalverschiebung.
• Hess: Expansion und Subduktion des Meeresbodens.
• Mercalli: Skala zur Messung der Stärke von Erdbeben.

Evolution und Biologie

Grundlegende Konzepte

• Fixismus: Widerstand gegen Transformismus oder Evolutionismus. Beinhaltet alle Überzeugungen und Theorien, die davon ausgehen, dass lebende Arten im Laufe der Zeit keine Veränderungen erfahren. Aristoteles gilt als erste Referenz des Fixismus.
• Paradigma: Kontext von Verpflichtungen, Grundsätzen, Verfahren usw., die eine wissenschaftliche Disziplin definieren, der alle Wissenschaftler in einer bestimmten Zeit folgen. Ein Paradigmenwechsel führt zu einer wissenschaftlichen Revolution.
• Art (Spezies): Eine Gruppe von Individuen, die sich untereinander kreuzen und fruchtbare Nachkommen zeugen können.
• Population: Eine Gruppe von Individuen derselben Art, die denselben Raum und dieselbe Zeit bewohnen.
• Abstammung: Eine fortlaufende Reihe von Nachkommen eines Individuums innerhalb einer Population.
• Artbildung (Speziation): Die Entstehung einer neuen Art durch eine Veränderung in einer separaten Linie, die sich vom Rest der ursprünglichen Population abspaltet.
• Mikroevolution: Veränderungen innerhalb einer Art im Laufe der Zeit.
• Makroevolution: Evolution auf einer höheren taxonomischen Ebene als der Gattung. Beispiel: Veränderungen, die Vögel von Dinosauriern vollzogen haben.

Datierungsmethoden

• Relative Datierung: Einordnung eines chronologischen Prozesses im Vergleich zu anderen.
• Absolute Datierung: Bestimmung des Alters von Objekten und Prozessen in quantitativer Hinsicht.

Medizin und Pathologie

Krankheitsklassifikation

Traumatische, umweltbedingte, toxische, metabolische und ernährungsbedingte, degenerative, genetische, neoplastische, autoimmune, infektiöse und parasitäre Krankheiten, psychische Krankheiten.

Definitionen

• Organismus (Mikroorganismus): Ein Körper, der nur mithilfe eines Mikroskops gesehen werden kann.
• Vektor: Ein Tier, das einen Krankheitserreger auf einen einzelnen Patienten überträgt, ohne selbst darunter zu leiden.
• Karbonkel (Milzbrand): Eine Infektionskrankheit von Tieren (Schafen und Rindern), die durch Bakterien auf den Menschen übertragen wird und Läsionen, Auswurf und Kot verursacht.
• Antisepsis: Therapeutische Praxis zur Bekämpfung von Infektionen (insbesondere aufgrund von Verletzungen).
• Asepsis: Präventive Methode zur Verhinderung von Infektionen durch das Eindringen pathogener Mikroorganismen; erfordert deren Abwesenheit.
• Pathologische Anatomie: Ein medizinisches Spezialgebiet, das sich mit Missbildungen befasst, in der Regel mikroskopisch (Tumore), die Krankheiten im menschlichen Körper verursachen.
• Physiologie: Untersuchung der Funktionen von Lebewesen sowie der Mechanismen und Regelungen, die diese steuern.
• Pathologie: Untersuchung der Ursachen von Krankheiten und der Physiologie der Organismen, die darunter leiden.

Chronologie der Medizin

• Mittlere Klassik (Hippokratische Schule und Hellenismus): Theorie der vier Säfte (Gleichgewicht): Blut, Schleim, schwarze Galle, gelbe Galle.
• Mittelalter: Rückschritt des rationalen Denkens, Aberglaube, Schwarzer Tod (14. Jahrhundert), Bau von Krankenhäusern.
• Renaissance: Neubewertung der griechischen Medizin, Erkenntnisse über den Blutkreislauf (Körper und Lunge).
• 17. Jahrhundert (Medizinische Revolution): Empirismus, biologischer Mechanizismus.
• Aufklärung: Vitalismus und öffentliche Hygiene zur Vorbeugung von Krankheiten.
• 19. Jahrhundert: Medizinische Klassifikation: Pathologisch (Missbildungen wie Krebs), pathophysiologisch (morphologische, mikroskopische Veränderungen), ätiopathologisch (externe Agenzien wie Mikroben).

Diagnostik und Therapie

Soziale Ordnung (Ablauf): Anamnese, Untersuchung, Diagnose, Prognose, therapeutische Indikation, Dokumentation, Gesundheitsakten.

Phasen der Untersuchung: Inspektion, Palpation, Auskultation, Reflexe, Blutdruck, Körpertemperatur.

Diagnose-Scans:

• Anatomisch: Röntgen, Ultraschall, Endoskopie, CT (Axiale Computertomographie), Biopsie.
• Funktionell: Elektromyographie, Thermografie, Nuklearmedizin, Magnetresonanztomographie (MRT).
• Analyse: Flüssigkeiten, Blut.

Therapeutische Ansätze:

• Natürlich: Nutzung von Umweltbedingungen, etc.
• Psychiatrie/Psychologie/Therapie: Wiederherstellung des Glaubens an die Heilung des Kranken.
• Chirurgie, Transplantation: (Herz, Lunge, Leber, Bauchspeicheldrüse, Nieren, Haut, Hornhaut, Knochen, Knochenmark).
• Pharmakologie.

Genetik und Molekularbiologie

DNA und ihre Komponenten

• DNA (Desoxyribonukleinsäure): Das Material, das die Erbinformation enthält (z. B. Körperbau, Augenfarbe).
• Nukleotid-Komponenten: Monosaccharid, Phosphorsäure und Nukleobase.
• Stickstoffbasen: Cytosin, Guanin, Thymin (in DNA), Uracil (in RNA), Adenin.
• Doppelhelix: Die Form, die entsteht, wenn sich zwei Stränge miteinander verbinden und die Nukleotide die Struktur einer Wendeltreppe bilden.

Chromosomen und Vererbung

• Teile eines Chromosoms: Chromatiden, verbunden durch das Zentromer.
• Bestandteile eines Chromosoms: DNA, Protamin oder Histon.
• Karyotyp: Ein Satz von Chromosomen eines Individuums, geordnet in Paaren. (Mensch: 46 Chromosomen, 22 homologe Paare und ein Paar Geschlechtschromosomen. Männer: XY, Frauen: XX).
• Gen: Ein DNA-Segment mit dem Auftrag, ein bestimmtes Protein zu produzieren.
• Genotyp: Der gesamte Satz von Genen eines Individuums.
• Phänotyp: Das äußere Erscheinungsbild eines genetischen Merkmals.

Proteine und Codes

• Funktionen von Proteinen: Schutz und Konsistenz, Transport von Substanzen, Aktivierung von Abwehrmechanismen, Erzeugung von Bewegungen, Verpackung von Erbmaterial, Empfangen von Signalen oder Begünstigung biochemischer Reaktionen.
• Codon: Ein Basentriplett, das eine Aminosäure codiert.
• Degenerierter Code: Es gibt mehr Basentripletts, als zur Codierung notwendig wären.

RNA und Informationsfluss

• Unterschied DNA/RNA: RNA enthält Ribose, DNA nicht.
• RNA-Typen: Messenger-RNA (mRNA), Transfer-RNA (tRNA), ribosomale RNA und Nukleolus-RNA.
• Translation: Übertragung der Information von der mRNA auf das Protein.
• Transkription: Übertragung der Information von der DNA auf die mRNA.
• Anticodon: Befindet sich auf der tRNA.

Mutationen

• Mutation: Veränderung in der Sequenz der Nukleotide der DNA.
• Polymorphismus: Eine Mutation, die in einem DNA-Abschnitt auftritt, der kein Gen codiert, und keine Veränderung des Proteins verursacht.
• Pathologische Mutationen: Mutationen, die zu großen Veränderungen in Proteinen führen und Krankheiten verursachen können.
• Gründereffekt: Wenn eine Unterart, deren Gründer Träger eines relativ seltenen Allels sind, dieses Allel in der neuen Population mit hoher Frequenz fixiert werden kann.

Biotechnologie und Gentechnik

Definitionen

• Biotechnologie: Eine Reihe von Techniken, die biochemische Transformationen nutzen, die durch die Stoffwechselaktivität von Mikroorganismen erzeugt werden, um Lebensmittel zu veredeln, medizinische Substanzen herzustellen oder Umweltveränderungen zu verbessern.
• Gentechnik: Gezielte Manipulation und Übertragung von DNA von einem Organismus auf einen anderen. Trägt zur Schaffung neuer Linien einer bestimmten Art bei, hilft bei der Vorbeugung von Krankheiten oder der Gentherapie.
• Transgener Organismus: Ein Organismus, dessen Erbmaterial durch die Einführung oder Unterdrückung eines fremden Gens verändert wurde.
• Klon: Zellen, die das gleiche genetische Material wie ihre Eltern haben.
• Klon-Organismus: Organismen, die ein völlig identisches genetisches Material besitzen.
• Genom: Abkürzung für Gen- und Chromosomensatz.

Spezialverfahren

• Transgene Haustiere: Komplizierter Prozess. Mikroinjektion in die Eizelle, bevor sie sich teilt; die DNA wird injiziert, und alle Zellen erhalten eine Kopie des transgenen Gens. (Am häufigsten verwendete Tiere: Ratten).
• Stammzelle (Mutterzelle): Eine Zelle, die durch Differenzierung jede Zelle im Organismus werden kann. (Ethische Probleme bei der Gewinnung aus dem Fötus oder aus Knochenmark-Stammzellen).
• Spinalknochen (Knochenmark): Schwammartiges Gewebe, das die Hohlräume der Knochen füllt und Mutterzellen enthält, die sich nicht entwickeln.

Ökologie und Nachhaltigkeit

Planetare Bedingungen und Bevölkerung

• Merkmale eines bewohnbaren Planeten: Geeignete Temperatur, tektonische Aktivität, Vorhandensein von flüssigem Wasser, Schutz vor hochfrequenter Strahlung.
• Malthus: Sah die Überbevölkerung als größtes Problem der menschlichen Bevölkerung an (obwohl das eigentliche Problem die übermäßige Ballung von Menschen in Städten ist).
• Dienstleistungssektor: Ein Sektor, in dem der größte Teil der aktiven Bevölkerung in Bereichen wie Gesundheit, Bildung und Sicherheit beschäftigt ist.

Systeme und Umwelt

• Systemtheorie: Methode zur Annäherung an das Verständnis komplexer Dinge mithilfe neuer Technologien.
• Gaia-Hypothese: Theorie, die die Natur als ein komplexes Ganzes interpretiert, das durch Wechselbeziehungen zwischen Umweltsystemen (Atmosphäre, Hydrosphäre usw.) gekennzeichnet ist.
• Klima: Standardisierte meteorologische Bedingungen in einem weiten Gebiet über Jahre hinweg.
• Treibhauseffekt: Überhitzung der Atmosphäre aufgrund der Anwesenheit verschiedener Gase (Treibhausgase wie Kohlendioxid, Wasserdampf oder Methan, Distickstoffoxid), die die gestreute Strahlung als Wärme zurückhalten.
• Verlust der Artenvielfalt: Übermäßige Jagd, Zerstörung von Lebensräumen, Einführung neuer Arten, genetische Erosion, Umweltverschmutzung, klimatische Veränderungen.

Nachhaltige Entwicklung

• Paradigma der Nachhaltigkeit: Ein Kontext von Verpflichtungen, Grundsätzen und Praktiken, die eine wissenschaftliche Disziplin definieren, der alle Wissenschaftler in einem bestimmten Zeitraum folgen.
• Nachhaltige Entwicklung: Eine Entwicklung, die den Bedürfnissen der Gegenwart entspricht, ohne zu riskieren, dass zukünftige Generationen ihre eigenen Bedürfnisse nicht erfüllen können.
• Gesetz: Festgelegte Strategie, die das zukünftige Wirtschaftswachstum leitet und die Bedürfnisse der Gesellschaft und der Umwelt erfüllt.
• Agenda 21: Ein umfassendes Arbeitsprogramm, das Institutionen dazu verpflichtet, Verantwortung für alle Umweltauswirkungen zu übernehmen. Ziel ist es, zur Schaffung eines globalen Rahmens für nachhaltige Entwicklung beizutragen.

Indikatoren

• Ökologischer Fußabdruck: Ein Indikator, der quantitativ den Grad der Auswirkungen menschlicher Aktivitäten auf die Erde bestimmt. Er ist die ökologisch produktive Fläche, die benötigt wird, um die von einer bestimmten Bevölkerungsgruppe verbrauchten Ressourcen zu erzeugen und die Abfälle zu assimilieren, unabhängig davon, wo sich diese Fläche befindet.
• Biokapazität: Die maximale Anzahl von Individuen, die die Ressourcen eines Gebiets erzeugen können.
• Ökologisches Defizit: Tritt ein, wenn der weltweite Verbrauch die Produktionskapazität der natürlichen Regenerationssysteme übersteigt.
• Energieintensität: Die Menge an Energie, die pro Währungseinheit der Wirtschaftsleistung verbraucht wird.
• Index der menschlichen Entwicklung (HDI): Ein Indikator, der verschiedene demografische, kulturelle und ökonomische Faktoren zusammenfasst, um den Entwicklungsgrad eines Landes zu bewerten.

Physik, Materialien und Energie

Thermodynamik

Wissenschaft, die die Transformationen von Energie in all ihren Formen untersucht.

• 1. Gesetz (Energieerhaltung): Energie kann weder erzeugt noch vernichtet werden.
• 2. Gesetz (Entropie): Im Rahmen eines Energieumwandlungsprozesses ist die potenzielle Energie des Endzustands geringer als die potenzielle Energie des ursprünglichen Zustands.
• Exosomatische Energie: Energie, die für Dienste verwendet wird, die nicht direkt mit dem Überleben zusammenhängen.
• Energieträger: Natürliche Ressourcen, aus denen Energie gewonnen werden kann.
• Primärenergie: Energie, die direkt aus natürlichen Systemen stammt.

Energiequellen

• Erneuerbare Energien: Wasserkraft, Meeresenergie (Gezeiten), Biokraftstoffe/Abfall, Geothermie, Solarthermie, Photovoltaik, Windenergie, Ozeanthermie.
• Nicht erneuerbare Energien: Öl, Kohle, Erdgas, Kernspaltung oder Kernfusion.

Materialwissenschaft

• Keramik: Kristallines oder teilweise kristallines Material, das durch die Einwirkung von Hitze auf eine Mischung im Wesentlichen anorganischer Komponenten entsteht.
• Polymere (= Synthetischer Kunststoff): Molekül, das durch die Vereinigung elementarer Einheiten (Monomere) gebildet wird.

Typen von Polymeren

• Natürlich: Durch biologische Prozesse (Keratin, Chitin, Harz).
• Künstlich: Durch Transformationsprozesse (Vulkanisation).
• Synthetisch: Konstruiert und hergestellt (Kunststoff).

Typen von Kunststoffen

• Thermoplaste: Mehrmals modellierbar, recycelbar.
• Duroplaste: Weder remodelierbar noch recycelbar.
• Elastomere: Ähnlich wie Thermoplaste, verlieren aber durch Vulkanisation ihre Formbarkeit.
• Vulkanisation: Transformation, bei der heißer Kautschuk mit einer bestimmten Menge Schwefel gemischt wird.

Gängige Kunststoffe

Polyvinylchlorid (PVC), Polyethylen hoher Dichte (HDPE), Polyethylen niedriger Dichte (LDPE), Polypropylen (PP), Polystyrol (PS), Polyethylenterephthalat (PET).

• Biokunststoffe: Polymere, die von Organismen oder aus anderen biologischen Polymeren (Zellulose) hergestellt werden.
• Nanometer: Ein milliardstel Teil eines Meters.

Informationstechnologie und Kybernetik

Dateneinheiten und Speichermedien

• 1 Byte: 8 Bits.
• 1 KByte: 2¹⁰ Bytes = 1024 Bytes.
• 1 MByte: 2²⁰ Bytes = 1024 KBytes.
• 1 GByte: 2³⁰ Bytes = 1024 MBytes.
• 1 TByte: 2⁴⁰ Bytes = 1024 GBytes.
• 1 Googol Byte: 10¹⁰⁰ Byte.

Speichermedien

• Festplatte (HDD): Magnetisches Speichermedium mit beweglichen Teilen und Schreib-Lese-Funktionen, das Kapazitäten von bis zu 100 GBytes erreichen kann.
• CD-R: Compact Disc, die nur einmal beschrieben werden kann (Kapazität ca. 700 MBytes).
• CD-RW: Compact Disc, die beliebig oft beschrieben und gelesen werden kann.
• DVD-R: DVD mit einer Kapazität von 4,7 GB, die nur einmal beschrieben werden kann.
• DVD-RW: DVD, die beliebig oft beschrieben und gelesen werden kann. (Es gibt DVDs mit mehreren Schichten und Seiten, die Kapazitäten von 17,1 GBytes erreichen können).
• USB-Stick (Flash-Laufwerk): Kleines Gerät ohne externe Anschlüsse mit einer Kapazität von über 8 GBytes.
• Flash-Speicherkarten (Memory Stick): Kleine Speicherkarten, die häufig in Digitalkameras verwendet werden und Kapazitäten von 8 GBytes erreichen können. Viele Computer verfügen bereits über Steckplätze, um sie direkt auszulesen.

Computerarchitektur

• CPU (Central Processing Unit): Das Gehirn des Computers.
• Steuereinheit (UC): Interpretiert und führt Befehle nacheinander aus, sendet und empfängt Daten zwischen den verschiedenen Komponenten.
• Arithmetisch-logische Einheit (LAU): Führt elementare Operationen (Addition und Vergleich) durch.
• Interner RAM-Speicher: Sehr schneller Zugriffsspeicher, in dem Zwischenergebnisse von Berechnungen und Operationen gespeichert werden, bevor die zu verarbeitenden Daten hochgeladen werden.

Netzwerke und Sicherheit

• Penetrationsrate: Der Prozentsatz der Bevölkerung, der Zugang zum Internet hat.
• Trojaner-Virus: Viren, die nach der Installation auf dem Computer der Person, die sie gesendet hat, die Kontrolle über den Computer ermöglichen und Zugriff auf die dort gespeicherten Informationen erhalten.

Kommunikation und Technologie

• GPS (Global Positioning System).
• Morsecode: Weist jedem Buchstaben und jeder Zahl eine Kombination aus Punkten und Strichen zu, ähnlich einem binären Code, der von Computern verwendet wird.
• Glasfaser: Ein Rohr, das innen mit einem widerstandsfähigen Material beschichtet ist und Licht leitet.
• Schwarze Faser: Glasfaser, die ohne Verwendung installiert wurde.

Kybernetik und Bioethik

• Kybernetik: Die Wissenschaft, die die Unterschiede und Gemeinsamkeiten zwischen Kommunikationsprozessen bei Menschen und Maschinen untersucht, mit dem Ziel, Haustechnik zu entwickeln, die Kommunikationssysteme und menschliches Verhalten imitiert.
• Cyborgs: Fiktive Charaktere, deren körperliche Fähigkeiten durch die Integration mechanischer Komponenten in den Körper verbessert wurden.
• Bioethik und Technoethik: Zwei Disziplinen, die die Grenzen der Möglichkeiten diskutieren müssen, die durch Fortschritte in Biologie, Medizin und neuen Technologien entstehen.

Verbindungen

• Konjunktive Links: Eine Wechselbeziehung zwischen verschiedenen Elementen.
• Disjunktive Links: Funktionieren gleichzeitig mit zwei oder mehr Elementen auf demselben Bildschirm.