Biologie

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Biologie bezeichnet die Naturwissenschaft, die sich mit der Organisation und Entwicklung von Individuen, sowie deren Interaktion untereinander und mit ihrer Umwelt beschäftigt. Es ist die Lehre von der lebendigen Natur. Das Wort Biologie setzt sich aus den altgriechischen Wörtern βiοs (bios) = das Leben und λoγοs (logos) = die Lehre zusammen.

Die Biologie ist eine äußerst umfassende Wissenschaft, die sich in viele Fachgebiete unterteilen lässt. Die Betrachtungsebenen reichen von Molekülstrukturen über Zellen, Zellverbände und Gewebe zu komplexen Organismen. In größeren Zusammenhängen untersucht man das Verhalten einzelner Organismen, sowie ihr Zusammenspiel mit anderen und ihrer Umwelt.

Anders als in der Physik und der Chemie kann man biologische Systeme nicht immer mit mathematischen Formeln beschreiben. Trotzdem gibt es allgemeingültige Prinzipien, die überall in der Natur anzutreffen sind: Universalität, Evolution, Diversität, Kontinuität, Homöostase und Interaktion.


Inhaltsverzeichnis

Kurze Historie

siehe auch Geschichte der Biologie

Die Lehre vom Leben wurde bereits 600 v.Chr. von Thales von Milet entwickelt, der damals unter anderem glaubte, dass das Leben aus dem Wasser komme. Von der Antike bis ins Mittelalter beruhte die Biologie hauptsächlich auf Beobachtungen der Natur. In die Interpretation flossen häufig Dinge wie die Kraft der Elemente oder eine gewisse Spiritualität ein.
Erst mit Beginn der wissenschaftlichen Revolution begann man sich vom Übernatürlichen zu lösen und beschrieb reine Fakten. Im 16. und 17. Jahrhundert erweiterte sich das Wissen über die Anatomie durch die Wiederaufnahme von Sektionen und neue Erfindungen, wie das Mikroskop, enorm. Die Entwicklung der Chemie brachte auch in der Biologie Fortschritte. Experimente, die zur Entdeckung von molekularen Lebensvorgängen wie der Fermentation und der Photosynthese führten, wurden möglich.
In 19. Jahrhundert wurden die Grundsteine für zwei große neue Zweige der Biologie gelegt: Mendels Arbeiten an Pflanzenkreuzungen begründeten die Vererbungslehre und spätere Genetik und Werke von Lamarck, Darwin und Wallace beschrieben die Evolutionstheorie.
Mit der Weiterentwicklung der Untersuchungsmethoden dringt die Biologie in immer kleinere Dimensionen vor. Das 20. Jahrhundert ist das Zeitalter der Molekularbiologie. Grundlegende Strukturen wie die DNA, Enzyme, Membransysteme und die gesamte Maschinerie der Zelle können selbst auf atomarer Ebene sichtbar gemacht und in ihrer Funktion genauestens aufgeklärt werden.
Mit Beginn des 21. Jahrhunderts beschreitet die Biologie neben dem Beobachten und Beschreiben nun einen neuen Weg. Mit Hilfe der Gentechnik verlässt sie ihren passiven Standpunkt und beginnt die Natur zu verändern. Die Menschheit hat durch die Erkenntnisse der Biologie eine neue Möglichkeit gefunden, die Umwelt den eigenen Bedürfnissen anzupassen.

Bild:Charles Darwin.jpg Meilensteine der Biologie

  • 600 v.Chr. Thales von Milet - stellt die erste Theorie zur Entstehung des Lebens auf
  • 350 v.Chr. Aristoteles - diverse Schriften zur Zoologie
  • 50-70 v.Chr.Plinius - veröffentlicht die 37bändige Historia Naturalis zur Botanik und Zoologie
  • 1665 Hooke - Beschreibung von Zellen in Korkgewebe
  • 1683 van Leeuwenhoek - entdeckt Bakterien, Einzeller und Blutzellen durch Mikroskopie
  • 1839 Schwann und Schleiden - Begründer der Zelltheorie
  • 1758 Linné - entwickelt die bis heute gültige Taxonomie im Tier- und Pflanzenreich
  • 1858 Darwin und Wallace - widerlegen Lamarcks Ansichten und stellen Evolutionstheorie auf
  • 1866 Mendel - Arbeiten über Versuche mit Pflanzenhybriden begründen die Genetik
  • 1952 Hershey und Chase - identifizieren die DNA als Träger der Erbinformation

Einteilung der Fachgebiete

Bild:Biologie.jpg


Die Biologie als Wissenschaft lässt sich durch die Vielzahl von Lebewesen, Untersuchungstechniken und Fragestellungen nach verschiedenen Kriterien in Teilbereiche untergliedern:

  • Zum einen kann man die Fachrichtungen nach den jeweils betrachteten Organismen-
    gruppen     (Pflanzen in der Botanik, Bakterien in der Mikrobiologie) einteilen.

  • Andererseits kann man sie auch anhand der bearbeiteten mikro- und makroskopischen Hierarchie-Ebenen (Molekülstrukturen in der Molekularbiologie, Zellen in der Zellbiologie) ordnen.

Die verschiedenen Systeme überschneiden sich jedoch, da beispielsweise die Genetik viele Organismengruppen betrachtet und in der Zoologie sowohl die molekulare Ebene der Tiere als auch ihr Verhalten untereinander erforscht wird. Die Abbildung zeigt in kompakter Form eine Ordnung, die beide Systeme miteinander verbindet.


Im Folgenden wird ein Überblick über die verschiedenen Hierarchie-Ebenen und den zugehörigen Gegenständen der Biologie gegeben. In seiner Einteilung orientiert er sich an der Abbildung. Beispielhaft sind Fachgebiete aufgeführt, die vornehmlich die jeweilige Ebene betrachten.

Biomoleküle

Bild:DNA.jpg

Die unterste Stufe in der Hierarchie bilden jene biologischen Teilbereiche, die sich mit Molekülen beschäftigen. Zu den großen biologisch wichtigen Molekülgruppen gehören:

Die Nukleinsäuren DNA und RNA sind als Speicher der Erbinformation ein wichtiges Objekt der Forschung. Man untersucht die Vielzahl der Gene, ihre Regulation und entschlüsselt die darin codierten Proteine.
Eine weitere große Bedeutung kommt den Proteinen und hier vor allem den Enzymen zu. Sie sind als biologische Katalysatoren für beinahe alle stoffumsetzenden Reaktionen in Lebewesen verantwortlich.
Neben den aufgeführten Gruppen gibt es noch viele weitere, wie Alkaloide, Terpene und Steroide. Allen gemeinsam ist ein Grundgerüst aus Kohlenstoff, Wasserstoff und oft auch Sauerstoff, Stickstoff und Schwefel. Auch Metalle spielen in sehr geringen Mengen in manchen Biomolekülen eine Rolle.

biologische Disziplinen, vornehmlich auf dieser Ebene

Zellen und Zellorganellen

Bild:Stylonychia.jpg Zellen werden oft als die kleinsten selbständigen Einheiten der Lebewesen bezeichnet. Sie sind äußerst komplex und bestehen aus Zytoplasma und bei den Eukaryoten auch aus mindestens einem Zellkern und aus Zellorganellen, in denen komplexe biochemische Vorgänge ablaufen. Andererseits stellen sie die materielle Grundlage von |Geweben und Organen. Die meisten Lebewesen (Einzeller) bestehen aus nur einer einzigen Zelle.

biologische Disziplinen, vornehmlich auf dieser Ebene (Beispiele):

biologische Disziplinen, die diese Ebene auch betrachten (Beispiele):

Organe

Bild:Kidneys from behind.jpg Organen bestehen aus Zellen unterschiedlicher Typen. Sie erfüllen meist spezifische Funktionen im Körper.

Organe werden nur bei Tieren unterschieden, während bei Pflanzen und Pilzen unterschiedliche Gewebetypen direkt bezeichnet werden.

biologische Disziplinen, vornehmlich auf dieser Ebene (Beispiele):

  • spezielle Disziplinen, einzelne Organe betreffend
  • Neurobiologie

biologische Disziplinen, die diese Ebene auch betrachten (Beispiele):

Individuen

Bild:Sleeping Anthidium manicatum 8808.jpg So wie jede einzelne Zelle, sind auch alle mehrzelligen Organismen Individuen. Das sind eigenständig lebensfähige Wesen, die innerhalb einer Art einander ähnlich, aber nie gleich sind. Jedes Individuum ist aus gleichen Bausteinen zusammen gesetzt, dennoch gleichen sich Individuum nicht.

Da alle Individuen einer Art nach einem sehr ähnlichen Bauplan aufgebaut sind, ist auch ihre Funktionsweise sehr ähnlich.

biologische Disziplinen, die diese Ebene auch betrachten (Beispiele):

biologische Disziplinen, vornehmlich auf dieser Ebene (Beispiele):

Populationen

Auf diese Hierarchieebene können Verteilungen von Arten, Populationen und Fortpflanzungsgemeinschaften geordnet werden. Da sich alle Arten und Stämme fortpflanzen, weisen sie alle diese Ebene auf.

Viele Arten bilden zudem soziale Verbände unterschiedlichster Strukturierung. Hier treten die Individuen miteinander in Kontakt und können gemeinsam Leistungen erbringen, die einem einzelnen Individuum nicht möglich sind. Die soziale Lebensweise ist evolutionär sehr erfolgreich gewesen und hat zahlreiche Formen hervor gebracht.

biologische Disziplinen, vornehmlich auf dieser Ebene (Beispiele):

biologische Disziplinen, die diese Ebene auch betrachten (Beispiele):

Bild:BeesAndHoneycombs01.jpg Geordnet nach den Gegenständen, sind auch die Gesellschaftswissenschaften Teilbereich der Biologie, denn auch sie betrachten Kombinationen biologischer Objekte. Auch die Gesellschaften haben eine evolutionäre Grundlage. Diese Wissenschaften werden jedoch derzeit nicht von allen Autoren unter die Biologie geordnet. Während Teilbereiche wie Sozialpsychologie, Ethnologie oder Demographie, welche einer weitgreifenden Anwendung der Ökologie auf den Menschen entspricht, noch als biologische Teildisziplinen durchgehen, werden Kunstwissenschaft(en), Pädagogik, Sprachwissenschaften oder auch die Rechtswissenschaft (Jurisprudenz) nicht unter die Biologie geordnet, in die sie genau genommen gehören würden.

Biozönosen

Biozönosen stellen Gemeinschaften von Organismen verschiedenster Arten und Abstammung dar, die sich sowohl in ihrer Individualentwicklung, als auch in ihrer Evolution gegenseitig beeinflussen. Die Menge der möglichen Einflussgrößen ist sehr hoch, weshalb auch die Entwicklung einer Biozönose sehr unterschiedlich sein kann.

biologische Disziplinen, vornehmlich auf dieser Ebene (Beispiele):

Die Entwicklung

Jedes Lebewesen ist Resultat einer Entwicklung. Nach Ernst Haeckel lässt sich diese Entwicklung auf zwei zeitlich unterschiedlichen Ebenen betrachten:

  • Die Ontogenese ist die Individualentwicklung eines einzelnen Organismus von seiner Zeugung, über seine verschiedenen Lebensstadien bis hin zum Tod. Die Entwicklungsbiologie untersucht diesen Verlauf.
  • Die Phylogenese beschreibt die Entwicklung einer Art im Verlauf von Generationen. Hier betrachtet die Evolutionsbiologie die langfristige Anpassung an Umweltbedingungen und die Aufspaltung in neue Arten.

Auf der Grundlage der phylogenetischen Entwicklung ordnet die biologische Taxonomie alle Lebewesen in ein Schema ein. Die Gesamtheit aller Organismen wird in drei Gruppen, die Domänen, unterteilt, welche wiederum weiter untergliedert werden:

Bild:PhylogeneticTree.jpg

Mit der Klassifizierung der Tiere in diesem System beschäftigt sich die Spezielle Zoologie, mit der Einteilung der Pflanzen die Spezielle Botanik, mit der Einteilung der Archaeen, Bakterien und Pilze die Mikrobiologie.

Als häufige Darstellung wird ein phylogenetischer Baum gezeichnet. Die Verbindungslinien zwischen den einzelnen Gruppen stellen dabei die evolutionäre Verwandtschaft dar. Je kürzer der Weg zwischen zwei Arten in einem solchen Baum, desto enger sind sie miteinander verwandt. Als Maß für die Verwandtschaft wird häufig die Sequenz eines weit verbreiteten Gens herangezogen.

Umfangsbereich der Biologie

Unabhängig von der Hierarchieebene ihrer Objekte lassen sich an Lebewesen verschiedene Funktionen erkennen, die als primäre Untersuchungsgegenstände angesehen werden können:

Arbeitsmethoden der Biologie

Einsichten in die wichtigsten Strukturen und Funktionen der Lebewesen sind nur mit Hilfe von Nachbarwissenschaften möglich. Hierzu zählen etwa die Chemie (und hier besonders die Biochemie), die Physik und die Medizin.

Die Biologie nutzt viele allgemein gebräuchliche wissenschaftliche Methoden, beispielsweise:

Systematische Ansätze der Teildisziplinen

Daneben kennen unterschiedliche Teildisziplinen eigene Zugänge:

  • Biologische Systematik: Lebewesen charakterisieren und anhand ihrer Eigenschaften und Merkmale ordnen (determinieren)
  • Anatomie: Zerlegung von Lebewesen in ihre Bestandteile, Beschreibung und Vergleich
  • Physiologie: Funktionserklärung biologischer Objekte (Zellen, Gewebe, Organe, Organismen)
  • Pathologie: aus kranken Zuständen auf zugrundeliegende Mechanismen schließen
  • Genetik: Katalogisieren und analysieren des Erbgutes und der Vererbung
  • Biochemie: Erklärung des Lebens auf Basis chemischer Funktionen (Eiweiße, Lipide, Nukleinsäuren und Kohlenhydrate) sowie die chemischen Stoffumsetzungen analysieren
  • Verhaltensbiologie, Soziobiologie: Das Verhalten von Individuen, von artgleichen Tieren in der Gruppe und zu anderen Tierarten beobachten und erklären
  • Ökologie: Lebensraum einer Art dokumentieren, Wechselbeziehungen der Lebewesen mit ihrer Umwelt und das Zusammenspiel verschiedener Arten in einem Lebensraum analysieren
  • Nutzansatz: Nutzpflanzen, Nutztiere und Nutzmikroorganismen halten, züchten, untersuchen

Spezielle Arbeitsmethoden der Biologie

Bild:431px-Revolving light microscope2.jpg

Anwendungsbereiche der Biologie

Die Biologie ist eine naturwissenschaftliche Disziplin, die sehr viele Anwendungsbereiche hat. Ein wichtiges Feld ist die Medizin / Veterinärmedizin, für die sie funktionelle Grundlagen schafft. Weiterhin revolutioniert sie durch die Molekulargenetik den Ackerbau und die Viehzucht. In der Nahrungs- und Genussmittelindustrie sorgt sie für eine breite Palette länger haltbarer und biologisch hochwertigerer Nahrungsmittel.
Weitere angrenzende Fachgebiete, die ihre eigenen Anwendungsfelder haben sind:

Siehe auch

Bild:Portal.gif Portal:Biologie

Literatur

Sachbücher

Fachbücher

  • Neil A. Campbell, Jane B. Reece: Biologie. 6. Auflage (Hrsg. Jürgen Markl), Spektrum Akademischer Verlag, Heidelberg, Berlin, 2003, ISBN 3827413524
  • dtv-Atlas zur Biologie. 3 Bände, 1984
  • Charles Darwin: Die Entstehung der Arten durch natürliche Zuchtwahl. Reclam, ISBN 3-15-003071-4
  • Jost Herbig und Rainer Hohlfeld (Hrsg.): Die zweite Schöpfung, Geist und Ungeist in der Biologie des 20. Jahrhunderts. München / Wien 1990, ISBN 3-4461-5293-8
  • Ilse Jahn (Hrsg.): Geschichte der Biologie. Spektrum 2000, ISBN 3-8274-1023-1

Nachschlagewerke

Weblinks

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