Wissenschaft für die moderne Welt: Fragebogen

Wissenschaft für die moderne Welt: Fragebogen 2. Semester

1. Arten von Objekten: Atome und Moleküle

Die Welt von heute enthält zwei Arten von Objekten, die sowohl aus Atomen als auch aus Molekülen bestehen. Welche sind das, und was ist der große Unterschied zwischen ihnen? Begründen Sie Ihre Antworten.

Organische und anorganische Stoffe. Der große Unterschied besteht darin, dass organische Stoffe von Lebewesen stammen oder deren Prozesse betreffen, während anorganische Stoffe Prozesse sind, bei denen sich kein Leben entwickelt oder die nicht direkt mit Lebensprozessen verbunden sind.

2. Darwins Evolutionstheorie

Erklären Sie kurz Darwins Evolutionstheorie.

Evolution ist der Prozess, durch den eine Art Veränderungen im Laufe der Generationen durchläuft. Diese Veränderungen vollziehen sich sehr langsam über viele Generationen hinweg und führen zu einer Anpassung und Diversifizierung der Arten durch natürliche Selektion.

3. Vererbung und Gene

Erklären Sie die Begriffe "Vererbung" und "Gen".

• Vererbung: Vererbung ist der Prozess, bei dem Merkmale von Eltern an ihre Nachkommen weitergegeben werden.
• Gen: Gene sind bestimmte Abschnitte auf der DNA, die auf den Chromosomen verdichtet sind. Sie tragen die genetische Information für spezifische Merkmale, die sich entweder im Phänotyp (sichtbar) oder im Genotyp (genetische Ausstattung) ausdrücken können. Jedes Gen trägt eine spezifische Art von Information.

4. Phänotyp und Genotyp

Was sind Phänotyp und Genotyp? Erklären Sie dies anhand eines Beispiels.

Der Genotyp ist die gesamte genetische Ausstattung eines Organismus, also die Summe aller Gene. Der Phänotyp hingegen sind alle beobachtbaren Merkmale eines Organismus, die durch den Genotyp und Umwelteinflüsse bestimmt werden.

Beispiel: Eine Person kann den Genotyp für blaue Augen tragen (z.B. zwei rezessive Allele), aber der Phänotyp sind die tatsächlich blauen Augen, die man sehen kann.

5. Gene, Chromosomen und DNA

Wo befinden sich Gene? Erklären Sie den Zusammenhang zwischen Chromosom, Gen und DNA. Könnten Sie ein Diagramm skizzieren?

Gene befinden sich auf den Chromosomen. Ein Chromosom ist eine Struktur im Zellkern, die aus einem langen DNA-Molekül besteht, das eng um Proteine gewickelt ist. Die DNA (Desoxyribonukleinsäure) ist der Träger der genetischen Information, und die Gene sind spezifische Abschnitte auf diesem DNA-Molekül. Ein Diagramm kann hier nicht dargestellt werden, aber man kann sich die DNA als eine lange Kette vorstellen, auf der die Gene wie Perlen aufgereiht sind, und diese Kette ist dann zu einem Chromosom geformt.

6. Definition von Genen

Was sind Gene?

Gene sind die grundlegenden Einheiten der Vererbung. Sie enthalten die Anweisungen (oder 'Rezepte'), die den Zellen des Körpers mitteilen, wie sie spezifische Proteine herstellen sollen. Diese Proteine sind für die Struktur und Funktion aller Lebewesen unerlässlich.

7. Biotechnologie und Gentechnik

Was ist Biotechnologie? Gibt es einen Unterschied zur Gentechnik? Nennen Sie die wichtigsten Forschungs- und Entwicklungsbereiche.

Biotechnologie ist die Anwendung biologischer Systeme und lebender Organismen oder ihrer Derivate zur Entwicklung oder Herstellung von Produkten und Prozessen für spezifische Zwecke. Sie findet Anwendung in Bereichen wie der Landwirtschaft, Pharmazie, Ernährungswissenschaft, Forstwirtschaft und Medizin.

Gentechnik ist ein Teilbereich der Biotechnologie. Sie ist die Technologie, die sich speziell mit der gezielten Bearbeitung und dem Transfer von DNA von einem Organismus zu einem anderen befasst.

Wichtige Forschungs- und Entwicklungsbereiche umfassen die medizinische Biotechnologie (z.B. Medikamentenentwicklung, Gentherapie), die grüne Biotechnologie (z.B. Pflanzenzüchtung, Biokraftstoffe) und die industrielle Biotechnologie (z.B. Enzymproduktion).

8. Gentechnisch veränderte Lebensmittel (GVO)

Gentechnisch veränderte Lebensmittel (GVO): Was sind sie? Warum sind sie "in Mode"? Nennen Sie Argumente dafür und dagegen. Was ist Ihre Meinung?

• Definition: Gentechnisch veränderte Lebensmittel (GVO) sind Lebensmittel, die von Organismen stammen, deren genetisches Material (DNA) durch gentechnische Methoden so verändert wurde, dass sie eine gewünschte Eigenschaft aufweisen, die sie auf natürliche Weise nicht besitzen würden.
• "In Mode": Sie sind "in Mode" oder vielmehr Gegenstand intensiver Debatten, da Saatgutunternehmen und die intensive Landwirtschaft genetisch veränderte Samen einführen. Ein Hauptargument ist, dass diese Pflanzen widerstandsfähiger gegen Schädlinge und Krankheiten sind, was den Ertrag steigern und den Einsatz von Pestiziden reduzieren könnte.
• Argumente:
  • Dafür: Befürworter argumentieren, dass GVO zu höheren Erträgen, verbesserter Nährstoffqualität, erhöhter Schädlings- und Krankheitsresistenz sowie einer Reduzierung des Pestizideinsatzes führen können. Transgene Pflanzen benötigen oft weniger Pflege, da sie bereits die gewünschten Eigenschaften besitzen.
  • Dagegen: Gegner äußern Bedenken hinsichtlich potenzieller Umweltauswirkungen (z.B. Auskreuzung auf Wildpflanzen, Entwicklung von Resistenzen bei Schädlingen), gesundheitlicher Risiken (z.B. Allergien, Langzeitfolgen) und sozioökonomischer Aspekte (z.B. Abhängigkeit von Saatgutkonzernen, Verlust der Artenvielfalt). Die Sorge besteht auch, dass die Veränderung der Ernährung von Insekten und Parasiten durch GVO unvorhergesehene ökologische Folgen haben könnte.
• Ihre Meinung: Die eigene Meinung zu GVO ist komplex und hängt von der Abwägung dieser verschiedenen Aspekte ab.

9. Stammzellen: Typen und Verwendung

Stammzellen: Was sind sie, welche Typen gibt es und wofür werden sie verwendet?

Stammzellen sind undifferenzierte Zellen, die die einzigartige Fähigkeit besitzen, sich selbst zu erneuern und sich in verschiedene spezialisierte Zelltypen zu entwickeln. Sie sind die 'Bausteine' des Körpers.

• Typen:
  • Totipotent: Können sich zu jedem Zelltyp entwickeln, einschließlich Plazenta (z.B. Zygote).
  • Pluripotent: Können sich zu jedem Zelltyp des Körpers entwickeln, aber nicht zur Plazenta (z.B. embryonale Stammzellen).
  • Multipotent: Können sich zu verschiedenen Zelltypen innerhalb einer bestimmten Gewebelinie entwickeln (z.B. hämatopoetische Stammzellen, die verschiedene Blutzellen bilden).
  • Unipotent: Können sich nur zu einem einzigen Zelltyp entwickeln (z.B. Muskelstammzellen).
• Verwendung: Stammzellen werden in der medizinischen Forschung zur Untersuchung von Krankheiten, zur Medikamentenentwicklung und in der regenerativen Medizin eingesetzt, um geschädigtes Gewebe oder Organe zu reparieren oder zu ersetzen (z.B. bei Leukämie, Parkinson, Rückenmarksverletzungen).

10. Definition von Klonen

Was versteht man unter Klonen?

Klonen ist der Prozess, bei dem genetisch identische Kopien eines Organismus, einer Zelle oder eines Moleküls (z.B. DNA) erzeugt werden. Dies geschieht asexuell, das heißt, ohne die Beteiligung von Geschlechtszellen.

11. Bedeutende Wissenschaftler und ihre Beiträge

Erklären Sie kurz, warum die folgenden Wissenschaftler für die Menschheit wichtig sind:

• a. Gregor J. Mendel: Seine umfassenden Versuche führten zur Formulierung der beiden Prinzipien, die später als "Mendelsche Regeln der Vererbung" bekannt wurden. Seine Beobachtungen prägten die noch heute in der Genetik verwendeten Begriffe: dominant und rezessiv.
• b. Rosalind Franklin: Rosalind Franklin ist vor allem für das "Foto 51" bekannt, ein Röntgenbeugungsbild der DNA, das entscheidend zur Entdeckung der Doppelhelixstruktur beitrug.
• c. Severo Ochoa: Severo Ochoa entdeckte und isolierte ein Enzym aus einer Bakterienzelle von Escherichia coli, das er als Polynucleotid-Phosphorylase bezeichnete und das später als RNA-Polymerase bekannt wurde. Seine Arbeit war grundlegend für das Verständnis der RNA-Synthese.
• d. Margarita Salas: Margarita Salas war eine bekannte spanische Biochemikerin und Molekularbiologin, die für ihre Forschung im Bereich der DNA-Replikation, insbesondere an der Phi29-DNA-Polymerase, bekannt ist.
• e. Louis Pasteur: Louis Pasteur ist bekannt für die Entwicklung der Pasteurisierung und die Entwicklung des Impfstoffs gegen Tollwut.
• f. Florence Nightingale: Florence Nightingale war eine Krankenschwester während des Krimkriegs und ist bekannt für ihre Verdienste um die Reform der hygienischen Bedingungen in Militärkrankenhäusern. Sie gilt als Begründerin der modernen Krankenpflege.
• g. Alexander Fleming: Alexander Fleming entdeckte Penicillin, das erste Antibiotikum.
• h. Edward Jenner: Edward Jenner entdeckte den Pocken-Impfstoff, was einen Meilenstein in der Immunologie darstellte.
• i. R. Gallo + L. Montagnier: Robert Gallo und Luc Montagnier entdeckten gemeinsam das Virus, das AIDS verursacht (HIV).
• k. Santiago Ramón y Cajal: Santiago Ramón y Cajal entdeckte die Funktionsweise der Nervenzellen im Nervensystem und identifizierte die ersten Nervenzellen auf der Oberfläche des Gehirns, die als Cajal-Zellen bekannt wurden. Er gilt als Vater der modernen Neurowissenschaften.
• l. Karl Richter: Charles F. Richter entwickelte zusammen mit Beno Gutenberg die Richterskala zur Messung der Stärke von Erdbeben.

12. WHO-Definitionen: Gesundheit und Krankheit

Wie definiert die Weltgesundheitsorganisation (WHO) derzeit die Konzepte von Gesundheit und Krankheit? Erläutern Sie diese Definitionen.

Die Weltgesundheitsorganisation (WHO) definiert:

• Gesundheit: "Gesundheit ist ein Zustand des vollständigen körperlichen, geistigen und sozialen Wohlbefindens und nicht nur das Fehlen von Krankheit oder Gebrechen." Diese Definition betont, dass Gesundheit mehr ist als nur die Abwesenheit von Symptomen; sie umfasst auch psychische und soziale Aspekte.
• Krankheit: Krankheit wird als ein Zustand struktureller oder funktioneller Beeinträchtigungen definiert, die sich negativ auf das Wohlbefinden eines Individuums auswirken. Dies kann von leichten Beschwerden bis zu schweren chronischen Zuständen reichen.

13. Umwelteinflüsse auf die menschliche Gesundheit

Umwelteinflüsse können zu Veränderungen der menschlichen Gesundheit führen. Nennen und erklären Sie diese Einflüsse und geben Sie Beispiele.

• Ionisierende Strahlung: Ist Energie, die in der Lage ist, die Struktur von Materie zu verändern. Sie kann daher zu Veränderungen in unseren Zellen führen und die Gesundheit beeinträchtigen, z.B. durch DNA-Schäden, die Krebs verursachen können.
• Lärm: Kann zu Schlafstörungen, Verhaltensänderungen und Hörverlust führen.
• Temperaturschwankungen: Extreme Hitze oder Kälte können bestehende Krankheiten verschlimmern oder neue Gesundheitsprobleme verursachen (z.B. Hitzschlag, Erfrierungen).
• Luftverschmutzung: Durch Gase und Partikel kann die Gesundheit erheblich beeinträchtigt werden:
  • Kohlenmonoxid: Beeinträchtigt den Sauerstofftransport im Blut.
  • Schwefeldioxid: Verursacht Atemwegsbeschwerden.
  • Stickoxide: Reizen die Lunge und sind giftig.
  • Feinstaub: Kann als Dämpfe oder Aerosole auftreten und die Atemwege sowie die Lunge schädigen.

14. Zuordnung von Krankheiten zu Kategorien

Ordnen Sie die Krankheiten den entsprechenden Kategorien zu:

Krankheit – Art der Krankheit

• 1. Grippe – a. Infektiöse und parasitäre Krankheiten
• 2. Anämie – b. Blutkrankheiten
• 3. Diabetes – c. Hormon-, Ernährungs- und Stoffwechselkrankheiten
• 4. Adipositas – c. Hormon-, Ernährungs- und Stoffwechselkrankheiten
• 5. Down-Syndrom – l. Angeborene, genetische und chromosomale Anomalien
• 6. Osteoporose – j. Muskel-Skelett-Erkrankungen
• 7. Otitis (Mittelohrentzündung) – f. Erkrankungen der Sinnesorgane
• 8. Asthma – g. Atemwegserkrankungen
• 9. Schizophrenie – d. Psychische und Verhaltensstörungen
• 10. Meningitis – e. Erkrankungen des Nervensystems
• 11. Herpes – a. Infektiöse und parasitäre Krankheiten
• 12. Alzheimer – e. Erkrankungen des Nervensystems
• 13. Sinusitis (Nasennebenhöhlenentzündung) – g. Atemwegserkrankungen
• 14. Zirrhose – h. Krankheiten des Verdauungssystems
• 15. Ekzem – i. Hautkrankheiten
• 16. Skoliose – j. Muskel-Skelett-Erkrankungen
• 17. Vergiftungen – m. Verletzungen und andere äußere Ursachen
• 18. Karies – h. Krankheiten des Verdauungssystems
• 19. Appendizitis – h. Krankheiten des Verdauungssystems
• 20. Nierensteine – k. Krankheiten des Urogenitalsystems

15. Krankheitserreger und Beispiele

Wie nennt man Krankheitserreger? Nennen Sie verschiedene Arten und geben Sie für jede Art ein Beispiel für eine verursachte Krankheit.

Krankheitserreger werden auch als Pathogene bezeichnet. Sie sind Mikroorganismen, die Krankheiten verursachen können.

• Bakterien: Einzellige Mikroorganismen. Beispiel: Lepra, Tuberkulose.
• Viren: Sehr kleine infektiöse Partikel, die sich nur in lebenden Zellen vermehren können. Beispiel: AIDS (verursacht durch HIV), Grippe, Hepatitis.
• Pilze: Eukaryotische Organismen, die Infektionen verursachen können. Beispiel: Fußpilz, Soor.
• Protozoen: Einzellige Eukaryoten. Beispiel: Malaria, Amöbenruhr.
• Parasiten (Mehrzeller): Größere Organismen, die auf oder in einem Wirt leben. Beispiel: Bandwürmer, Läuse.

16. Schutzmechanismen des Immunsystems

Erläutern Sie die Mechanismen, mit denen unser Körper Infektionen verhindert oder bekämpft.

Unser Körper verfügt über ein hochkomplexes Immunsystem, das verschiedene Mechanismen nutzt, um Infektionen zu verhindern oder zu bekämpfen:

• Erste Verteidigungslinie: Physikalische Barrieren wie Haut und Schleimhäute, chemische Barrieren wie Magensäure oder Tränenflüssigkeit.
• Angeborene Immunität: Eine schnelle, unspezifische Reaktion durch Fresszellen (Makrophagen, Neutrophile) und natürliche Killerzellen, die eindringende Pathogene sofort angreifen.
• Adaptive Immunität: Eine spezifische und gedächtnisbasierte Reaktion, die durch Lymphozyten (B- und T-Zellen) vermittelt wird. B-Zellen produzieren Antikörper, die spezifische Krankheitserreger neutralisieren, während T-Zellen infizierte Zellen direkt angreifen oder andere Immunzellen koordinieren. Dieses System ermöglicht eine langfristige Immunität nach einer Infektion oder Impfung.

17. Behandlung von Infektionskrankheiten

Wie werden Infektionskrankheiten behandelt?

Die Behandlung von Infektionskrankheiten hängt vom jeweiligen Erreger ab:

• Bakterielle Infektionen: Werden in der Regel mit Antibiotika behandelt, die Bakterien abtöten oder ihr Wachstum hemmen.
• Virale Infektionen: Werden mit Antiviralia behandelt, die die Vermehrung von Viren im Körper hemmen können.
• Pilzinfektionen: Werden mit spezifischen Antimykotika (Fungiziden) behandelt.
• Protozoen- und Parasiteninfektionen: Werden mit spezifischen Antiprotozoika oder Antiparasitika behandelt.

18. Funktionsweise von Impfstoffen

Wie funktionieren Impfstoffe?

Impfstoffe funktionieren, indem sie das Immunsystem auf einen bestimmten Krankheitserreger vorbereiten, ohne eine tatsächliche Krankheit zu verursachen. Sie enthalten abgeschwächte oder inaktivierte Formen des Erregers, Teile davon (z.B. Proteine) oder genetische Informationen, die den Körper dazu anregen, Antikörper und Gedächtniszellen zu bilden. Wenn der geimpfte Körper später mit dem echten Erreger in Kontakt kommt, erkennt das Immunsystem diesen schnell und kann eine effektive Abwehrreaktion einleiten, bevor die Krankheit ausbricht oder schwerwiegend wird.

19. Das Ozonloch und seine Auswirkungen

Was ist das "Ozonloch" und warum wird es so genannt? Welche Auswirkungen hat es auf den Planeten?

Das "Ozonloch" bezeichnet eine starke Ausdünnung der Ozonschicht in der Stratosphäre, insbesondere über den Polarregionen. Es wird so genannt, weil die Ozonkonzentration in diesem Bereich drastisch abnimmt, was wie ein "Loch" in der schützenden Schicht wirkt.

• Auswirkungen auf den Planeten: Die Hauptfolge ist, dass eine größere Menge an schädlicher ultravioletter (UV-)Strahlung die Erdoberfläche erreicht. Dies kann zu folgenden Problemen führen:
  • Gesundheitliche Auswirkungen: Erhöhtes Risiko für Hautkrebs, Augenschäden (z.B. Katarakte) und Schwächung des Immunsystems beim Menschen.
  • Ökologische Auswirkungen: Schädigung von Phytoplankton (Basis der marinen Nahrungskette), Beeinträchtigung des Pflanzenwachstums und Störung von Ökosystemen.

20. Treibhauseffekt und Klimawandel

Erklären Sie den "Treibhauseffekt". Gibt es einen Zusammenhang zwischen der Zerstörung der Ozonschicht und dem Treibhauseffekt? Welche Auswirkungen hat er auf den Klimawandel?

Der Treibhauseffekt ist ein natürliches Phänomen, bei dem bestimmte Gase in der Erdatmosphäre (sogenannte Treibhausgase wie CO2, Methan, Wasserdampf) einen Teil der von der durch Sonneneinstrahlung erwärmten Erdoberfläche abgestrahlten Wärmeenergie absorbieren und wieder zur Erde zurücksenden. Dies führt dazu, dass die Erde eine höhere Durchschnittstemperatur hat, als sie ohne diese Gase hätte, und ermöglicht so Leben.

• Zusammenhang mit dem Ozonloch: Es gibt keinen direkten kausalen Zusammenhang zwischen der Zerstörung der Ozonschicht und dem Treibhauseffekt. Es handelt sich um zwei unterschiedliche Umweltprobleme, die jedoch beide durch menschliche Aktivitäten verursacht werden. Das Ozonloch betrifft die UV-Strahlung, während der Treibhauseffekt die Wärmestrahlung betrifft. Einige ozonschädigende Substanzen (z.B. FCKW) sind jedoch auch starke Treibhausgase.
• Auswirkungen auf den Klimawandel: Ein verstärkter Treibhauseffekt durch erhöhte Konzentrationen von Treibhausgasen (hauptsächlich durch menschliche Aktivitäten wie die Verbrennung fossiler Brennstoffe) führt zum Klimawandel. Dies äußert sich in einem Anstieg der globalen Durchschnittstemperaturen (globale Erwärmung), Veränderungen in Wettermustern, häufigeren Extremwetterereignissen, dem Abschmelzen von Gletschern und Polkappen sowie einem Anstieg des Meeresspiegels.