Biologie

Wissenschaft vom Haushalt der Natur, befasst sich mit Beziehungen zwischen den Organismen und ihrer belebten und unbelebten Umwelt sowie mit dem Stoff-&Energiehaushalt der Erde und ihrer Ökosysteme (mehr oder weniger deutlich abgegrenzter Bereich, in dem bestimmte Bedingungen herrschen und der meistens viel verschiedene Lebewesen beherbergt: besteht aus Biotop (Lebensraum) und Biozönose (Lebensgemeinschaft))

Abiotische = unbelebte -> Biotop (Lebensraum): Licht, Feuchtigkeit, Temperatur, Niederschlag, Bodenfeuchtigkeit
Auswirkungen auf Lebewesen (Tiere+Pflanzen), Anpassung nötig, gut/schlecht...
Bsp. Temperatur: Aktivität wechselwarme Tiere, Gefrieren schädigt Eizellen, Wasserspeicher...

Biotische = belebte & ihre Wechselwirkungen -> Biozönose: Räuber-Beute, Fressfeinde (=Nahrungsbeziehungen), Konkurrenz, Symbiosen, Wirt-Parasit (Paratsit lebt in Wirt und ernährt sich von ihm keine Vorteile für Wirt)

Nahrungsketten sind verzweigt und bilden ein komplexes Nahrungsnetz

Primärproduzenten (autotroph): Pflanze (Land) und Phytoplankton (Meer) -> stellen organische aus anorganischen her
Primärkonsumenten (heterotroph): Insekten und Zooplankton -> Pflanzenfresser
Sekundärkonsumten: Maus (frisst Insekten) und kleine Fische -> Fleischfresser (essen vorwiegend Pflanzenfresser)
Tertiärkonsumenten: Schlange und grosse Fische -> Fleischfresser die vorwiegend Fleischfresser fressen
Quartärkonsumenten: Vogel und Orca -> Allesfresser
Destruenten (heterotroph): Wandeln tote Biomasse (organisches Material) in anorganische Ausgangstoffe um; es gibt Zerleger diese beschleunigen Zerlegungsprozess (grosse organische Moleküle in kleinere organische Moleküle) Aasfresser und Regenwürmer; Gewässer Einzeller und Prokaryoten; Mineralisierer (Reduzenten) bauen verbleibende organische Stoffe zu anorganischen ab(CO2 und Mineralstoffe) Bakterien und Pilze

--> anorganische Stoffe stehen Produzenten wieder zur Verfügung, Destruenten schliessen Kreislauf

Stoffe befinden sich in Ökosystemen in Kreislauf und muss nicht ständig hinzugefügt werden.
Produzenten zu Konsument und Destruent wieder anorganisch für Produzent

kommt hinein als Strahlungsenergie, geht weiter als chemische Energie (Fette, Kohlenhydrate, Eiweisse) von Primärproduzent zu Konsument und hinaus als Wärmeenergie

Gesamtmasse von energiereichen Stoffen; Produzenten nutzen ca. 1% der Sonnenergie zum Aufbau von energierichen organischen Stoffen wie Glucose.
ca. 20-75% Dissimilation (Zellatmung; Betriebsstoffwechsel) / Rest = Nettoprimärproduktion (Baustoffwechsel) Biomasse für Wachstum und Fortpflanzung

Bruttoprimärproduktion - Zellatmung = Nettoprimärproduktion

nur 10% des aufgenommenen Energiehaushaltes in Biomasse eingebaut -> steht nächster Trophiestufe zur Verfügung 
(Primär- zu Sekundär und Tertiärkonsument immer -90%)

Kohlenstoff = Grundbestandteil aller organischen Verbindungen
Vorkommen in der Natur: Biomasse (in Lebewesen und ihren Resten), CO2 in Luft und Wasser, Carbonate wie Kalk (Böden, Gesteine), Fossile in Kohle, Erdöl und Erdgas

Umwandlungsvorgänge = Fotosynthese Einbau CO2 ; Zellatmung Produktion CO2 -> diese zwei Prozesse stellen Verbindung zwischen Atmosphäre und terrestrischen Ökosystemen her und zeigen dass Stoffkreislauf parallel zu Energiefluss verläuft

1. Veränderung der Landschaft (Zerstörung natürlicher Lebensräume durch Bebauung, Abholzung..)
2. Chemische Belastungen (Boden = Anreicherung von Schadstoffen; Luft = Verschmutzung durch Abgase; Gewässer = Belastung durch Düngemittel und Abwasser; DDT = insektizid von früher immer noch in Boden
3. Ausbeutung von Rohstoff- und Energiequellen (Eingriffe in Kohlenstoffkreislauf durch Verbrennung fossiler Brennstoffe, verstärkt Treibhauseffekt)
4. Verminderung biologischer Vielfalt (Veränderung und Zerstörung von Lebensräume sowie Einschleppung Neobiota=fremde Arten Neozeon = Tiere und Neophyten = Pflanzen)

Massnahmen: 1. Renaturierungen und 2. Schutzgebiete

Evolution = Stammesgeschichtliche Entwicklung: Entstehung des Lebens, der verschiedenen Arten, ihre Veränderung im Laufe erdgeschichtlicher Zeiträume und ihr Aussterben
einzellige Lebewesen ohne Zellkern -> dann mit Zellkern -> dann Vielzeller

langsame Veränderung über grosse Zeiträume; Anpassung verschiedener Arten an Umweltbedingungen; kann mit Komplexitätszunahme verbunden sein; findet immer noch statt

Linné: Beschreibung und Klassifikation -> Nomenklatur

Cuvier: Begründer der Paläontologie -> Konstanz der Arten

Jean Baptiste de Lamarck: Artenwandel (Veränderung der Arten im Laufe der Zeit

Darwin: Entstehung der Arten durch natürliche Auslese; 1 Ursprungsart

1. Veränderte Lebensbedingungen führen zu neuen Bedürfnissen -> neue Gewohnheiten
2. Innerer Drang nach höherer Komplexitäät und Vervollkommnung; aktive und gewollte Anpassung an Umwelt
3. Nichtgebrauch von Organen führt zu Rückbildung
4. Gebrauch führt zu Stärkung
5. Vererbung erworbener Merkmale an Nachkommen

1. Überproduktion = erzeugen mehr Nachkommen als in Umwelt überleben können (begrenzte Ressourcen, Konkurrenz)
2. Variabilität = Nachkommen einer Art sind nicht völlig identisch, sonder weisen Unterschiede auf
3. Selektion = Individuen mit grösster Überlebenschance bleiben erhalten und können sich vermehren (Fitness)
4. Vererbung = Die zum Überleben führenden positiven Eigenschaften werden weitervererbt, die unterlegenen ausselektiert

Lamarck: Artenvielfalt = Vervollkommnung der Arten durch Vererbung erworbener Eigenschaften; kein gemeinsamer Vorfahre

Darwin: Artenvielfalt = fortlaufende Verzweigung, Evolution durch Variabilität und Selektion; gemeinsamer Vorfahre

- Fossilien und Mosaiktiere (Tiere welche Merkmale versch. Tiergrossgruppen auf sich vereinen z.B. Vogel und Reptilienmerkmale Krallen an Flügeln, Zähne und Feder..)

- Homologie = Ähnlichkeit von Merkmalen aufgund gemeinsamer Herkunft Bsp. Wirbeltierskelett: alle haben Wirbelsäule, gleiche Anzahl Strahlen an Extremitäten; Homologe Merkmale: Strukturen gleich, unterschiedliche Funktionen, entstehen durch Anpassung an Standort und Lebensbedingungen -> Zwischenformen: allmähliche Umwandlung

(Analogie: Ähnlichkeit von Merkmalen aufgrund gleicher Funktion; nicht verwechseln)

Kohlenhydrate: Bausteine Einfachzucker (Vorkommen: Traubenzucker/Früchte; Stärke/Getreide; Cellulose/Baumwolle)
Einfachzucker (Traubenzucker/Glucose); Doppelzucker (Rohrzucker/Glucose&Fructose); Vielfachzucker (Stärke/Cellulose)
Bedeutung: Betriebs-, Reserve- und Baustoffe

Proteine = Eiweisse: Baustein Aminosäuren (20versch.) (Vorkommen: Hühnerei, Fleisch, Haare
Bedeutung: Baustoffe, Enzyme als Katalysatoren

Lipide = Fette: Baustein Glycerin und Fettsäuren (Vorkommen: Fette in Butter/Fleisch, Pflanzenöle)
Bedeuteung: Reserve- und Betriebsstoffe, Baustoffe zur Isolation

Nukleinsäuren: Baustein Nukleotide (a,g,c,t) (Vorkommen: DNA im Zellkern, versch. Arten RNA
Bedeutung: Informationsspeicher, Botenstoffe

Baustoffe = aus denen ist Körper aufgebaut
Betriebsstoffe = liefern Energie
Reservestoffe = dienen als Speicher
Wirkstoffe = Regulation und Steuerung
Informationsträger = speichern und übermitteln Erbinformation

1. Stoffaufnahme & Stofftransport in Zelle
2. Aufbau körpereigener Stoffe (Assimilation)
3. Bereitstellung Energie in Form von ATP durch Abbau energiereicher organischer Verbindungen (Zellatmung=Dissimilation)
4. Abgabe der Abfallstoffe

Fotosynthese (autotroph) und Zellatmung (auto- und heterotroph)

Bedeutung: liefert nötige Bau- und Reservestoffe sowie Energie für alle Aktivitäten

Autotroph = selbsternährend, können alle ihre organischen Stoffe aus anorganischen Stoffen aufbauen

Heterotroph = von anderen ernährt, muss organische Stoffe mit Nahrung aufnehmen

Assimilation
Fotosynthese = alle grünen Pflanzenteile (Chloroplasten mit Farbstoff Chlorophyll) können FS mithilfe von Sonnenlicht betreiben; durch Spaltöffnungen kommt CO2 hinein und H2O und O2 verlassen die Pflanze
Gleichung: Kohlendioxid + Wasser + Lichtenergie --> Traubenzucker (Glucose) und Sauerstoff
                   6 CO2 + 6 H2O --> C6H12O6 + 6 O2

Dissimilation
Zellatmung in Mitochondrien (Abbau zu energiearmen Produkten wie Kohlendioxid und Wasser -> Energie wird frei)
Gleichung: umgekehrt wie Assimilation = C6H12O6 + 6O2 --> 6 CO2 + 6 H2O

Assimilation (keine Gleichung da keine Fotosynthese)
Organische Stoffe werden durch Nahrung aufgenommen (Makromoleküle: Eiweisse, Fette, Vielfachzucker) und werden in Nahrungsvakuole (Endocytose) durch Enzyme in Bausteine (Einfachzucker, Aminosäuren, Fettsäuren) zerlegt.

Dissimilation
Gleich wie bei autotroph ausser das Sauerstoff nicht gebildet wird sonder aus Umgebung aufgenommen werden muss
Gleichung: C6H12O6 + 6 O2 --> 6 CO2 + 6 H2O
 

Chloroplast: in Zellen grüner Pflanzenteile; enthalten grünen Farbstoff Chlorophyll; Fotosynthese und Umwandlung von Wasser und Kohlendioxid in Traubenzucker und Sauerstoff / innere und äussere Membran; Plasma/Stroma; Granum mit Chlorophyll (Stapel); rundlich

Mitochondrium: in allen Tier- und Pflanzenzellen in grossen Mengen; Zellatmung und Energieumwandlung / innere (gefaltet->Oberflächenvergrösserung) und äussere Membran; Plasma; dicker Wurm ähnliche Form

Vakuole: Lager für Reserve-, Farbstoffe und Abfälle aus Zellstoffwechsel (gross); nur in Pflanzenzellen / enthaltet Zellsaft und ist durch Membran von Plasma abgegrenzt

Zellkern: Datenbank und Steuerzentrale der Zelle; bewahrt Information (Erb-) für Bau und Betrieb und steuert Entwicklung und Aktivitäten der Zelle / grösstes Zellorganell (kugelförmig); Kernhülle aus zwei Membranen, Kernkörperchen (innerst); Kernplasma; Chromatin (Fäden, in Bild Pünktchen); Kernporen

Zellmembran: regelt Stoffaustausch; Abgrenzung der Zelle nach aussen; Kommunikation / Lipidmoleküle (gleich wie bei anderen Membranen) hat aber zusätzlich Kohlenhydratmoleküle für Erkennung und Kommunikation

Zellwand: nur bei Pflanzen; Stütze und Schutz; begrenzt Wasseraufnahme, indem Ausdehnung verhindert wird / Primär- und Sekundärwand; elastische Grundsubstanz in welcher wenig dehnbare Cellulosefasern sind

Zytoplasma: Grundsubstanz mit darin eingebetteten Zellorganellen (Grundplasma + Organellen) / durch Zellmembran begrenzt

Pflanzenzelle besitzt Plastiden, starre Zellwand, Vakuole
Tierzelle hat keine Plastiden (Chromo-/Chloro-/Leukoplasten), keine Zellwand, keine Vakuole

Diffusion = Durchmischung von Stoffen durch Bewegung der Teilchen bis Konzentrationsausgleich

1. Transport von Stoffen innerhalb der Zelle
2. Transport von sehr kleinen Stoffen durch Membran entlang dem Konzentrationsgefälle = passiver Transport, benötigt keine Energie

Diffusionsgeschwindigkeit ist abhängig von Konzentrationsunterschied, Distanz und Temperatur (je wärmer desto schneller)

Einseitig gerichtete Diffusion von Wasser durch semipermeable (lässt osmotische Substanzen nicht durch) Membran; Wasser diffundiert zu Lösung mit höhrer Konzentration gelöster Teilchen

Tierische (ohne Zellwand): Hypotonie -> Zelle platzt da mehr osmotisch aktive Teilchen in Zelle als in Umgebung
                                           Isotonie -> Normalzustand
                                            Hypertonie -> Zelle schrumpft, verliert Wasser da mehr osmotisch aktive Teilchen in Umgebung

Pflanzliche (mit Zellwand): Zellinhalt schwillt an und drückt von innen auf Zellwand (Druck=Turgor) Zellwand wird gedehnt und führt zu Gegendruck der Hülle -> weitere Wasseraufnahme  wird verhindert und Osmose stoppt
Hypotonische Umgebung = nimmt Wasser auf; Hypertonisch = gibt Wasser ab, Zelle schrumpft

Zellen können Turgor durch gezielte Veränderungen der Innenkonzentration ändern & somit Teile bewegen (Blätter)

Enyzme sind Stoffe die einen Prozess aktivieren ohne dabei verbraucht zu werden (Katalysatoren); sind Eiweisse und ihre Moleküle haben bestimmte Form; aktive Stelle bindet zu verändernder Stoff (Subrat/substratspezifisch) Schlüssel-Schloss-Prinzip; Substrat wird verändert und löst sich als Produktmolekül wieder ab

Wachstum des Lebewesens, Erneuerung und Reparatur (Regeneration), Fortpflanzung bei Einzellern (Mitose), Genetische Rekombination (Meiose), Reduktion des Chromosomensatzes auf Hälfte für Keimzellbildung

Mitose: nach Teilung ist Erbgut in Tochterzellen identisch mit Elternzelle (Chromosomensatz =)
Meiose: Bildung von keimzellen (Spermien, Eizellen) für Fortpflanzung, Erbgut genetisch verschieden (:2)