Biologie: ein Lehrbuch
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| Format: | Book |
|---|---|
| Language: | German |
| Published: |
Berlin u.a.
Springer
1981
|
| Edition: | 3., völlig neubearb. Aufl. |
| Subjects: | |
| Online Access: | Inhaltsverzeichnis |
| Physical Description: | XXIII, 944 S. zahlr. Ill. und graph. Darst. 2 Beil. |
| ISBN: | 354009363X 038709363X |
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Inhaltsverzeichnis
Einführung /
Bau und Leistungen der Zellen
I Cytologie 7
II Zelltypen und Zellfeinbau 9
11.1 Die Zelle als universelles Bauelement der Organismen 9
1.1.2 Eucyt und Protocyt / /
1.1.2.1 Strukturelemente des Eucyten: Lichtmikroskopie / /
1.1.2.2 Strukturelemente des Eucyten: Elektronenmikroskopie 13
1.1.2.3 Beispiele von Eucyten 18
1.1.2.4 Strukturelemente des Protocyten 23
1.2 Molekulare Architektur der Zelle 29
1.2.1 Proteine 30
1.2.2 Nucleinsäuren 37
12.2.1 Die Rolle der Nucleinsäuren in der Zelle 37
1.2.2.2 Struktur und Eigenschaften der DNA 38
1.2.2.3 Replikation der DNA 41
1.2.2.4 Struktur- und Funktionstypen von RNA 43
1.2.3 Nucleoproteine 43
12.3.1 Ribosomen 43
1.2.3.2 Viren 43
1.2.4 Polysaccharide 45
1-2.5 Lipide und Biomembranen 47
1.2.5.1 Permeabilität und Membrantransport 47
12.5.2 Membraniipide 48
1-2.5.3 Molekulare Architektur der Membranen 50
1-3 Inneres Milieu der Zelle 52
1.3.1 Die Bedeutung des Wassers 52
1-3.2 Zellsäfte als wäßrige Lösungen 53
1.3.3 Wasserstoffionenkonzentration und Pufferung 58
1.3.4 Dynamik des inneren Milieus 59
13.4.1 Dynamik des Lösungsmittels 60
1.3.4.2 Quellung 63
1.3.4.3 Dynamik der gelösten Stoffe 63
X Inhaltsverzeichnis
1.4 Energie-und Stoffwechsel 65
1.4.1 Energetische Grundlagen 65
1.4.1.1 Richtung und Energiebilanz biochemischer Reaktionen 65
1.4.1.2 Abhängigkeit der freien Enthalpie von den Konzentrationsverhältnissen 68
1.4.1.3 Triebkraft. Arbeitsausbeute und Gerichtetheit biochemischer Reaktionen 69
1.4.1.4 Aktivierungsenergie 70
1.4.2 Enzymatische Katalyse 71
1.4.2.1 Enzyme und Wirkgruppen 72
1.4.2.2 Mechanismen und Leistungen der enzymatischen Katalyse 75
1.4.2.3 Reaktionskinetik 76
1.4.3 Übertragung von Energie in Zellen 78
1.4.3.1 Elektronentransportketten 79
1.4.3.2 Phosphorylierung 81
1.4.3.3 Energetische Kopplung und biologische Arbeit 83
1.4.3.4 Einige Prinzipien der biologischen Organisation und der Biosynthese von Makromolekülen 84
IAA Photochemische Primärprozesse 87
1.4.4.1 Licht als Energie-und Informationsträger 87
1.4.4.2 Energiegewinnung durch Photosynthese 90
1.4.5 Chemolithotrophie 106
1.4.6 Zellstoffwechsel 107
1.4.6.1 Gemeinsame Endstrecke des Katabolismus 108
1.4.6.2 Weitere Reaktionen im Stoffwechsel der Kohlenhydrate 114
1.4.6.3 Stoffwechsel der Lipide 117
1.4.6.4 Umwandlung von Kohlenhydraten in Fette - ein Beispiel für die Wechselbeziehungen im Zellstoffwechsel 120
1.4.6.5 Denitrifikation und Stickstoffixierung 121
1.4.6.6 Stoffwechsel der Proteine und Aminosäuren 122
1.4.6.7 Stoffwechsel der Nucleinsäuren und Nucleotide 125
1.4.6.S Stickstoffendprodukte 125
1.4.6.9 Regulation des Zellstoffwechsels 126
1.5 Bioelektrizität 130
1.5.1 Gleichgewichtspotential 131
1.5.2 Membranpotential 132
1.6 Zellorganellen 134
1.6.1 Cytomembranen 134
1.6.1.1 Intrazellulärer Stofftransport 134
1.6.1.2 Kompartimentierung des Eucyten 136
1.6.1.3 Endoplasmatisches Reticulum (ER) 136
1.6.1.4 Golgi-Apparat 137
1.6.2 Cytosomen. Vesikeln. Vacuolen 138
1.6.2.1 Lysosomen 138
1.6.2.2 Cytosomen 139
1.6.2.3 Vacuolen 140
1.6.3 Cytoplasmatische Filamente und Mikrotubuli 140
1.6.3.1 Kontraktile Systeme im Cvtoplasma 140
1.6.3.2 Mikrombuli 141
1.6.3.3 Centriolen. Basalkörper. Flagellen und Cilien 142
Inhaltsverzeichnis XI
1.6.3.4 Cytoplasmatisches Skelett tierischer Zellen 144
1.6.4 Die Plasten: Mitochondrien und Piastiden 144
1.6.4.1 Feinbau und Funktion der Mitochondrien 144
1.6.4.2 Genese der Mitochondrien 145
1.6.4.3 Strukturtypen und Entwicklung der Piastiden 147
1.6.4.4 Piastiden als semi-autonome Systeme 148
1.6.4.5 Intrazelluläre Bewegungen der Plasten 149
1.6.4.6 Stammesgeschichtliche Herkunft der Plasten 150
1.6.5 Zellkern 151
1.6.5.1 Der Zellkern in der Interphase 151
1.6.5.2 Chromatin 151
1.6.5.3 Bau und Feinbau der Chromosomen 152
1.6.5.4 Endopolyploidie, Riesenchromosomen 155
1.6.5.5 Besonderheiten der Kern-DNA 156
1.6.5.6 Nucleolus, Bildung der Ribosomen 157
1.6.5.7 Kernmatrix 158
1.6.5.8 Kernhülle 159
1.7 Mitose und Zellteilung 160
1.7.1 Ablauf der Mitose 160
1.7.2 Zellteilung (Cytokinese) 163
1.7.3 Zellcyclus 163
1.7.4 Zellvermehrung 164
1.8 Zellwand 164
1.8.1 Zellwände bei Pflanzen 164
1.8.2 Zellwände bei Tieren 166
Strukturen und Funktionen der Organisation
2 Genetik 169
2.1 Nucleinsäuren als genetisches Material 170
2.1.1 Transformation 170
2.1.2 Transfektion 171
2.2 Funktion des genetischen Materials 172
2.2.1 Der genetische Code 174
2.2.2 Transkription 176
2.2.3 Processing 178
2.2.4 Translation 180
2.2.4.1 Die Prozesse der Translation 180
2.2.4.2 Ein Gen - Ein Polypeptid 183
2.2.5 Genwirkketten 185
XII Inhaltsverzeichnis
2.3 Mutation 189
2.3.1 Molekulare Basis 189
2.3.1.1 Chemikalien 189
2.3.1.2 Strahlen 797
2.3.2 Mutationstypen 797
2.3.2.1 Genmutationen 192
2.3.2.2 Chromosomenmutationen 194
2.3.2.3 Genommutationen 797
2.3.3 Rückmutationen 200
2.3.4 Suppressormutationen 200
2.3.5 Reparatur der DNA 201
2.4 Rekombination 207
2.4.1 Rekombination und Sexualität 202
2.4.1.1 Meiose 202
2.4.1.2 Crossing-over 203
2.4.2 Mendel-Gesetze 204
2.4.3 Koppelungsgruppen 206
2.4.4 Koppelungsbruch 206
2.4.5 Geschlechtschromosomen-gebundene Vererbung 208
2.4.6 Parasexualität 208
2.4.6.1 Eukaryoten 209
2.4.6.2 Bakterien 211
2.4.6.3 Phagen 213
2.4.7 Genetic engineering 213
2.4.7.1 DNA-Strukturen und ihre Veränderung 214
2.4.7.2 Einige Erfolge und Zielsetzungen 2/6
2.5 Extrachromosomale Vererbung 276
2.5.1 Piastom 217
2.5.2 Mitochondriom 218
2.5.3 Zusammenwirken von chromosomalen und extrachromosomalen Erbfaktoren 218
2.6 Regulation der Genaktivität 219
2.6.1 Bakterien 219
2.6.1.1 Negative Steuerung (Jacob-Monod-Modell) 219
2.6.1.2 Positive Steuerung 221
2.6.2 Höhere Pflanzen und Tiere 222
2.6.2.1 Operon-artige Systeme 222
2.6.2.2 Repression durch Histone. Nucleosomen 225
2.6.2.3 Funktionelle Organisation der DNA bei Eukaryoten 226
3 Furtpflanzung und Sexualität 229
3.1 Ungeschlechtliche Fortpflanzung 234
3.1.1 Monocytogene Fortpflanzung (Agamogonie) 234
Inhaltsverzeichnis XIII
.1.1 Agamogonie bei Pflanzen 234
.1.2 Agamogonie bei Tieren 235
.2 Polycytogene Fortpflanzung (Vegetative Fortpflanzung) 236
.2.1 Vegetative Fortpflanzung bei Pflanzen 236
.2.2 Vegetative Fortpflanzung bei Tieren 238
3.2 Geschlechtliehe Fortpflanzung 239
3.2.1 Parasexualität bei Bakterien und Pilzen 240
3.2.2 Gametogamie bei Algen und Pilzen 240
3.2.3 Gameto- und Gamontogamie bei Protozoen 241
3.2.4 Gametangiogamie und Somatogamie bei Pilzen 245
3.2.5 Gametogamie bei Archegoniaten 247
3.2.6 Gametophytenbefruchtung 248
3.2.6.1 Blüte 249
3.2.6.2 Entstehung der Geschlechtszellen 250
3.2.6.3 Befruchtungsprozeß 253
3.2.6.4 Endosperm. Frucht und Samen 258
3.2.7 Befruchtungsbarrieren 259
3.2.H Gamogonie der Metazoen 262
3.2.8.1 Gametogenese 262
3.2.8.2 Besamung 265
3.2.8.3 Befruchtung 267
3.2.9 Rudimentäre Formen der Gamogonie 268
3.2.9.1 Bei Pflanzen 268
3.2.9.2 Bei Tieren 270
3.3 Generations- und Fortpflanzungswechsel 272
3.3.1 Primärer Generationswechsel 272
3.3.1.1 Bei Pflanzen (Biontenwechsel) 273
3.3.1.2 Bei Tieren 274
3.3.2 Sekundärer Generationswechsel der Metazoen 275
3.4 Geschlechtsverteilung 277
3.4.1 Bei Pflanzen 277
3.4.2 Bei Tieren 278
3.5 Geschlechtsbestimmung 279
3.5.1 Haplogenotypische Geschlechtsbestimmung bei Thallophyten und Archegoniaten 280
3.5.2 Diplogenotypische Geschlechtsbestimmung 281
3.5.2.1 Normaltypus 281
3.5.2.2 Abweichende Geschlechtsbestimmungsmechanismen bei Metazoen 282
3.5.2.3 Subdiözie bei Pflanzen 284
3.5.2.4 Intersexualität und Gynandromorphismus bei Metazoen 284
3.5.3 Modifikatorische (phänotypische) Geschlechtsbestimmung 286
3.5.4 Geschlechtsdifferenzierung durch Sexualhormone 287
XIV Inhaltsverzeichnis
4 Entwicklung 291
4.1 Polarität und Struktur von Sporen und Eiern 294
4.2 Zellvermehrung 295
4.2.1 Zellteilungsmuster 295
4.2.2 Auslösung der Entwicklung und Keimung 300
4.3 Differenzierung 301
4.3.1 Zelldifferenzierung 301
4.3.1.1 Chromosomen- und Chromatinelimination und -diminution 302
4.3.1.2 Selektive Genamplifikation 303
4.3.1.3 Isolationsexperimente 304
4.3.1.4 Kerntransplantationen 307
4.3.1.5 Fusion somatischer Zellen 310
4.3.1.6 Differentielle Transkription genetischer Information 310
4.3.1.7 Differentielle Translation 314
4.3.1.8 Hormone und Genregulation 5/5
4.3.1.9 Chromatin und Genregulation 316
4.3.2 Lokalisierung des primären Differentials 317
4.3.3. Determination 320
4.3.3.1 Grundversuche 320
4.3.3.2 Gradienten 320
4.3.3.3 Transdetermination 323
4.4 Morphogenese 324
4.4.1 Steuerung durch innere Faktoren 324
4.4.2 Induktion 330
4.4.3 Photomorphogenese der Pflanzen 333
4.4.4 Steuerung der Morphogenese tierischer Organismen 337
4.4.5 Morphogenese der zellulären Schleimpilze 338
4.4.6 Kombinierte Wirkung innerer und äußerer Faktoren bei der Blütenbildung 340
4.5 Wachstum und Korrelationen 344
4.5.1 Streckungswachstum 344
4.5.2 Allometrisches Wachstum 346
4.5.3 Apicale Dominanz 346
4.5.4 Physiologie des Blattfalles 347
4.5.5 Regeneration 348
4.5.6 Ergebnisse von Organ- und Gewebekulturen bei Pflanzen 352
4.6 Seneszenz und Tod 353
4.7 Pathologie der Entwicklung 355
4.7.1 Entwicklungsanomalien 355
4.7.2 Das Krebsproblem im Lichte der Entwicklungsbiologie 357
Inhaltsverzeichnis XV
5 Struktur und Funktion pflanzlicher und tierischer Organe 359
5.1 Bau der Gewebe und Organe bei Höheren Pflanzen 360
5.1.1 Allgemeiner Aufbau 360
5.1.1.1 Samenbau und Keimung 362
5.1.1.2 Erstarkungswachstum und Dickenperiode des Achsenkörpers 363
5.1.1.3 Blattfolge 363
5.1.1.4 Blattstellung und Längen der Internodien 364
5.1.2 Die einzelnen Organe 367
5.1.2.1 Sproßachse 368
5.1.2.2 Blatt 375
5.1.2.3 Wurzel 382
5.1.2.4 Bau der Angiospermenblüte 385
5.2 Funktionen pflanzlicher Gewebe und Organe 388
5.2.1 Bildung organischer Materie im Blatt 389
5.2.1.1 Das Blatt als effektiver Lichtabsorber 389
5.2.1.2 Assimilatorischer und dissimilatorischer Gaswechsel 390
5.2.1.3 Begrenzende Faktoren der apparenten Photosynthese 392
5.2.1.4 Regulation des Gastransports an den Stomata 394
5.2.1.5 Photosynthesespezialisten: Cj-Pflanzen und CAM-Pflanzen 397
5.2.2 Regulation der Dissimilation heterotropher pflanzlicher Gewebe 400
5.2.3 Biosyntheseleistungen pflanzlicher Gewebe 402
5.2.3.1 Terpenoidbiosynthese 404
5.2.3.2 Flavonoidbiosynthesc 405
5.2.4 Funktionen der Wurzel 406
5.2.4.1 Wasseraufnahme 406
5.2.4.2 Ionenaufnahme 407
5.3 Bau und Leistungen tierischer Gewebe 408
5.3.1 Epithel-und Drüsengewebe 408
5.3.2 Stütz-und Bindegewebe einschließlich Blut 410
5.3.3 Muskelgewebe 414
5.3.4 Nervengewebe 419
5.4 Bau und Leistungen tierischer Organe 427
5.4.1 Organe des Stoffaustausches 428
5.4.1.1 Organe der Osmo- und lonenregulation und der Exkretion 431
5.4.1.2 Organe der Atmung und des Gasaustausches 434
5.4.2 Organe der Ernährung und des Stoffwechsels 439
5.4.2.1 Organe der Nahrungsaufnahme 440
5.4.2.2 Darm und Darmanhangsdrüsen 442
5.4.3 Nervensysteme 452
5.4.4 Sinnesorgane 454
5.4.4.1 Mechanische Sinnesorgane 457
5.4.4.2 Chemische Sinnesorgane 462
5.4.4.3 Lichtsinnesorgane 465
XVI Inhaltsverzeichnis
5.4.5 Bewegungssysteme 473
5.4.5.1 Biomechanische Einheiten 473
5.4.5.2 Muskulatur 476
5.4.6 Körperdecke 481
5.4.6.1 Haut der Wirbeltiere 481
5.4.6.2 Haut der Mollusken 483
5.4.6.3 Integument der Arthropoden 484
5.4.7 Immunsystem 486
5.4.7.1 Antikörpermoleküle 486
5.4.7.2 Zellen des Immunsystems, Lymphocyten 490
5.4.7.3 Abwehrmechanismen, Effectorzellen 495
6 Strukturelle und funktionelle Integration im Gesamtorganismus 497
6.1 Symmetrielehre 498
6.2 Morphologische Organisationsstufen bei Pflanzen 500
6.2.1 Protophyten 501
6.2.2 Thallophyten 503
6.2.3 Cormophyten: Anpassungen des Cormus an Lebensweise und Lebensraum 506
6.3 Gestalt des tierischen Organismus 510
6.3.1 Baupläne ausgewählter Tierstämme 510
6.3.2 Anpassungen an Lebensweise und Lebensraum 519
6.3.3 Optische (äußere) Gestalt 522
6.4 Homoiostase und Koordination 524
6.4.1 Homoiostase durch Regelprozesse 524
6.4.2 Homoiostase ohne »feed back« 526
6.4.3 Führung durch den schnellsten Prozeß 527
6.5 Gesamtenergiehaushalt der Organismen 528
6.5.1 Energiefluß in der belebten Natur 529
6.5.2 Quantitative Aspekte der Energiegewinnung aus Nährstoffen 529
6.5.3 Abhängigkeiten der Größe des Stoffwechselumsatzes 533
6.5.3.1 Einfluß der Körpergröße 533
6.5.3.2 Einfluß von Alter und Entwicklungsstadium 535
6.5.3.3 Einfluß der Aktivität 535
6.5.3.4 Einfluß des Sauerstoffangebotes 537
6.5.4 Thermoregulation 538
6.5.4.1 Bedingungen des Wärmeaustausches 538
6.5.4.2 Poikilothermie 539
6.5.4.3 Homoiothermie 541
6.6 Gesamtstoffhaushalt der Organismen 542
6.6.1 Mineralhaushalt 544
Inhaltsverzeichnis XVII
6.6.1.1 Mineralbedarf der Pflanzen 544
6.6.1.2 Mineralbedarf der Tiere 545
6.6.2 Ionen- und Osmoregulation 546
6.6.2.1 Ionen-und Osmoregulation bei Pflanzen 546
6.6.2.2 Ionen- und Osmoregulation bei Tieren 546
6.6.3 Ernährung von heterotrophen Organismen 552
6.6.3.1 Essentielle Nährstoffe 553
6.6.3.2 Vitamine 556
6.7 Transportvorgänge in Höheren Pflanzen und Tieren 56/
6.7.1 Langstreckentransport bei Pflanzen 56/
6.7.1.1 Ferntransport von Wasser 562
6.7.1.2 Ferntransport organischer Moleküle 566
6.7.1.3 Ferntransport von Ionen 567
6.7.1.4 Ferntransport von Gasen 567
6.7.2 Ferntransport bei Tieren 568
6.7.2.1 Tracheensystem 568
6.7.2.2 Blutgefäßsysteme 569
6.7.2.3 Blutkreislaufdynamik 572
6.7.2.4 Gastransport durch Körperflüssigkeiten 579
6.7.2.5 Kreislaufregulation 584
6.8 Bewegung 586
6.8.1 Bewegung von Einzellern 587
6.8.1.1 Chemophobotaktische Reaktion bei Bakterien 588
6.8.1.2 Phototaxis bei Euglena 588
6.8.2 Bewegungsvorgänge bei Höheren Pflanzen 589
6.8.2.1 Phototropismus 589
6.8.2.2 Geotropismus (Gravitropismus) 590
6.8.2.3 Nastische Bewegungen von Blattorganen 593
6.8.3 Lokomotion bei Tieren 595
6.8.3.1 Schwimmen 596
6.8.3.2 Fliegen 600
6.8.3.3 Kriechen 604
6.8.3.4 Graben 606
6.8.3.5 Laufen 607
6.8.3.6 Springen 610
6.8.4 Biomechanik des Sprunges 611
6.9 Humorale Integration 613
6.9.1 Chemische Botenstoffe 613
6.9.1.1 Funktionelle Einteilung 613
6.9.1.2 Chemische Einteilung 614
6.9.2 Humorale Regulation bei Tieren 6/5
6.9.2.1 Morphologie der Hormonbildungsstätten 6/5
6.9.2.2 Neuro-endokrine Integration 6/5
6.9.2.3 Wirkungsweise der Hormone 6/7
6.9.2.4 Allgemeine Möglichkeiten hormonaler Regelung und Steuerung 621
XVIII Inhaltsverzeichnis
6.9.2.5 Hormonsysteme und hormonale Regulationsvorgänge bei Wirbellosen 62/
6.9.2.6 Hormonsysteme und hormonale Regulationsvorgänge bei Wirbeltieren 623
6.9.2.7 Wichtige Parahormone der Wirbeltiere 628
6.9.2.8 Korrelationen zwischen Pheromonen und hormonalen Regelkreisen 628
6.9.3 Humorale Wechselwirkungen im Cormus der Höheren Pflanze 629
6.9.3.1 Nachweis und Wirkungen von Phytohormonen 629
6.9.3.2 Phytohormon-Transport und Integration im Cormus 634
6.9.3.3 Vergleich der Phytohormone mit tierischen Hormonen 636
6.10 Ordnungsleistungen des Zentralnervensystems 636
6.10.1 Stufenfolge der Reiz-Reaktions-Zusammenhänge 637
6.10.2 Schnelleitungssysteme 639
6.10.3 Steuerung von Muskelaktionen in Extremitäten 641
6.10.4 Steuerung der Fortbewegung 643
6.10.5 Reafferenzprinzip 645
6.10.6 Synergie: Sympathicus und Parasympathicus 646
6.10.7 Elektrische Gehirnreizung 649
6.10.8 Bewertung und Verrechnung von Sinnesdaten 651
6.10.9 Repräsentation 654
6.11 Biologische Rhythmen und biologische Zeitmessung 655
6.11.1 Taaesrhvthmik 656
6.1
6.1
6.1
6.1
6.1
.1.1 Nachweis einer .circadianen Uhr" 656
.1.2 Zeitgeber 657
.1.3 Tagesrhythmen beim Menschen 658
. 1.4 Lokalisation der circadianen Uhr 658
. 1.5 Nutzung der circadianen Uhr 660
6.1 1.2 Biologische Zeitmessungen in der Gezeitenzone 66/
6.11.3 Zeitmessung im Wechsel der Jahreszeiten 663
7 Verhalten 665
7.1 Angeborenes Verhalten 666
7.1.1 Endogene Periodik des Verhaltens 666
7.1.2 Reflexe 667
7.1.3 Gleichgewichtshaltung und Raumorientierung 668
7.1.4 Reaktionsbereitschaft 670
7.1.5 Auslösende Reize, angeborener auslösender Mechanismus 67/
7.1.6 Appeten/verhalten. instinktive Endhandlune 672
7.1.7 Bereitschaft (Antrieb) und Versorgungszustand 673
7.1.8 Bereitschaft (Antrieb) und instinktive Endhandlung 674
7.1.9 Antriebssenkende und antriebssteigernde Außenreize 675
7.1.10 Gegenseitige Hemmung zwischen Verhaltenstendenzen 675
7.1.11 Doppelte Quantifizierung. Leerlaufaktionen 676
liih;ilts\cr/cidinis \l\
Umorientiertes Verhalten, IiUentionsbewegungen 6 77
Übersprungverhalten 677
Lernen (erfahrungsbedingte Programmierung des Verhaltens) 678
Bedingte Reflexe 679
Lernen aufgrund von guten Erfahrungen (Belohnungen) 679
Lernen aufgrund von schlechten Erfahrungen (Strafen) 681
Prägung 681
Motorisches Lernen 683
Soziale Anregung, Nachahmung 683
Lernerfolg. Lernbereitschaft 684
Kurz- und Langzeitgedächtnis und deren physiologische Basis 685
Erkunden, Neugierde, Spielen 686
Erkunden 687
Neugierde 687
Spielen 688
Engrammwirkungen im nicht gelernten Zusammenhang 691)
Anwendung von Orts- und Geländekenntnis 690
Vergleich von Engramm und Wahrnehmung 691
Zielbedingte Neukombination von Engrammen 691
Verhaltensbeziehungen zwischen Artgenossen (I ier-So/iologie) 692
Soziale Auslöser. Realisierung 692
Kampf. Drohung. Tötungshemmung 693
Revierverhalten 695
Paarbildung 696
Eltern und Junge 698
Rangordnung 699
Gruppenbildung aufgrund individuellen Kennens 700
Anonyme Gruppen und Staaten 701
Organismen in ihrer l.'muelt und in Populationen
8 Ökologie 705
8.1 Umweltfaktoren und ihre Wirkungen auf Organismen, Autökologie 706
S.l.l Die Umwelt 706
8.1.1.1 Allgemeine Eigenschaften der Umweltfaktoren 706
8.1.1.2 Einige wichtige abiotische Umweltfaktoren und ihre Bedeutung für die Organismen 709
8.1.1.3 Koppelung und Unabhängigkeit der Umweltfaktoren 713
8.1.1.4 Die Sonderstellung der biotischen Faktoren 714
l.\ .12
7.1 .13
7.2
7.2 .1
7.2 2
7.2 3
7.2 .4
7.2.5
7.2 .6
7.2 .7
7.2.8
7.3
7.3 .1
7.3 .2
7.3 .3
7.4
7.4. .1
7.4. 2
7.4. 3
7.5
7.5. 1
7.5. 2
7.5. 3
7.5. 4
7.5. 5
7.5. 6
7.5.7
7.5. 8
XX Inhaltsverzeichnis
8.1.2 Die Wirkungen der Umwelt auf die Organismen 717
8.1.2.1 Fundamentale Reaktionsweisen der Individuen 717
8.1.2.2 Prinzipien von übergeordneter Bedeutung 720
8.1.2.3 Komplexe Organismus-Umwelt-Beziehungen 724
8.1.2.4 Die ökologische Nische 726
8.1.2.5 Limitierende Faktoren 728
8.2 Populationen 729
8.2.1 Populationsgröße. Anzahl und Biomasse. Populationsdichte 730
8.2.2 Variabilität in der Population 731
8.2.3 Populationsstruktur 732
8.2.4 Zeitliche Veränderungen der Populationen. Populationsdynamik 734
8.2.4.1 Grundelemente der Populationsveränderungen: Natalität und Mortalität 735
8.2.4.2 Exponentielles Wachstum der Population 736
8.2.4.3 Das Prinzip der dichteabhängigen Regulation der Populationsgröße 739
8.2.4.4 Schwankungen der Populationsdichte 740
8.2.4.5 Extinktion 743
8.2.5 Räumliche Veränderungen der Populationen 743
8.2.5.1 Ausbreitungsmechanismen 744
8.2.5.2 Populationsgrenze und Expansion 744
8.2.5.3 Kolonisierung und ihre Beziehung zur Extinktion 744
8.2.5.4 Wanderungen 745
8.3 Die Biozönose und das Ökosystem 747
8.3.1 Einfache Wechselbeziehungen 749
8.3.1.1 Konkurrenz 749
8.3.1.2 Symbiose 752
8.3.1.3 Feind-Beute-Beziehungen. Parasitismus 754
8.3.1.4 Kommensalismus, Amensalismus. Neutralismus 758
8.3.2 Komplexe Wechselbeziehungen 759
8.3.2.1 Konkurrenz und Räuber-Beute-Beziehung 759
8.3.2.2 Die Trophiestruktur des Ökosystems 760
8.3.2.3 Komplexität und Stabilität 761
8.3.2.4 Systemanalyse 762
8.3.2.5 Die Mannigfaltigkeit der Arten im Ökosystem 762
8.3.3 Stoff- und Energiehaushalt 764
8.3.3.1 Stoffkreisläufe 764
8.3.3.2 Abbau und Bodenbildung 767
8.3.3.3 Energiehaushalt 76,S
8.3.4 Sukzession 773
9 ßiogeographie 777
4.1 Beschreibende Biogeographie 777
4.1.1 Arealbegriff 777
4.1.2 Gliederung des Festlandes 778
4.1.2.1 Holarktis 779
4.1.2.2 Paläotropis 780
\\I
9.1.2.3 Neotropis (Neogäa) 781
9.1.2.4 Australis (Notogäa) 782
9.1.2.5 Antarktis 782
9.1.3 Gliederung des Meeres 782
9.2 Historische Biogeographie 784
9.2.1 Einfluß der Kontinentalverschiebung 784
9.2.2 Großdisjunktionen 784
9.2.3 Isolationsphänomene 785
9.2.4 Bedeutung der Landverbindungen 786
9.2.5 Biogeographie des Pleistozäns 787
9.2.5.1 Eiszeiten 788
9.2.5.2 Warmzeiten und Nacheiszeit 788
9.2.6 Gegenwart 789
9.2.6.1 Gegenwärtige Disjunktionen 789
9.2.6.2 Arealbeschränkungen 791
9.2.6.3 Evolutive Aufsplitterung 791
9.3 Ökologische Biogeographie 792
9.3.
9.3.
9.3.
9.3.
9.3.
Dynamische Faktoren 792
.1 Passive (allochore) Ausbreitung 792
.2 Aktive (autochore) Ausbreitung 793
.3 Kombinierte Ausbreitung 794
.4 Schranken der Ausbreitum» 794
9.3.2 Existenzfaktoren 795
9.3.3 Floren- und Faunenelemente, am Beispiel Mitteleuropas erläutert 795
9.3.4 Ökologische Gliederung der Biogeosphäre 798
10 Evolution 803
10.1 Nachweis von Verwandtschaftsbeziehungen 803
10.1.1 Homologie 803
10.1.1.1 Abwandlung homologer Strukturen durch Funktionsweehsel 804
10.1.1.2 Homologiekriterien mit Beispielen aus der Morphologie 8O4
10.1.1.3 Seriale Homologie (Homonomie) 805
10.1.1.4 Homologie und Korrelationsgesetz 806
10.1.1.5 Homologie von Makromolekülen 806
10.1.1.6 Homologie im Karyotyp 808
10.1.1.7 Homologie physiologischer Prozesse 808
10.1.1.8 Homologie von Verhaltensweisen 809
10.1.2 Historische Reste als Dokumente der Stammesgesehichte 810
10.1.3 Embryologie und Verwandtschaftsforschun« - Rekapitulationsentwicklung SI2
10.2 Anpassun«sähnlichkeit - Analogie und Konvergenz .V/5
10.3 Transformation von Strukturen in der Phvlogenese 818
XXII Inhaltsverzeichnis
10.3.1 Transformation morphologischer Strukturen - das fossile Belegmaterial 818
10.3.1.1 Fossile Abwandlungsreihen 819
10.3.1.2 Fossile Übergangsformen („connecting links") 821
10.3.2 Transformation von Makromolekülen 823
10.3.2.1 Zunahme der DNA-Menge in der Evolution 823
10.3.2.2 Transformation von Proteinen 823
10.3.2.3 Allozyme und der genetische Polymorphismus in Populationen 827
10.3.3 Transformationen im Karyotypus 828
10.3.3.1 Folgen von Transformationen des Karyotypus 829
10.3.3.2 Beispiele für Transformationen des Karyotypus durch Fusion und Inversion 829
10.4 Selektion als wesentlicher Evolutionsfaktor 831
10.4.1 Die Theorien von Lamarck und Darwin 831
10.4.2 Populationsgenetik 833
10.4.2.1 Phänotypische Variabilität und Erblichkeit 834
10.4.2.2 Genotyp-und Genfrequenz. Das Hardy-Weinberg-Gesetz 835
10.4.2.3 Genetische Drift: Die Rolle der Populationsgröße 838
10.4.2.4 Inzucht 838
10.4.2.5 Mutation 839
10.4.2.6 Selektion 840
10.4.2.7 Das Problem der Erhaltung genetischer Vielfalt 844
10.4.2.8 Fitness der Population und genetische Last. Die Harmonie des Genpools 846
10.4.3 Beispiele für das Wirken der Selektion 849
10.4.3.1 Ökologische Vorbemerkung 849
10.4.3.2 Anpassung an den abiotischen Faktor Wind auf Inseln 849
10.4.3.3 Resistenzphänomene bei Insekten und Bakterien 849
10.4.3.4 Industriemelanismus bei Schmetterlingen 850
10.4.4 Sexualdimorphismus und sexuelle Selektion 851
10.5 Artbildung (Speciation) 852
10.5.1 Artbegriff 852
10.5.2 Artbildungsmodi 854
10.5.3 Artbildungsfaktoren 854
10.5.4 Geographische Rassen (Subspecies) 856
10.5.5 Ökologische Rassen (Ökotypen) 856
10.5.6 Von der Rasse zur Art - allopatrische Artbildung 857
10.5.6.1 Sympatrie und ökologische Sonderung 858
10.5.6.2 Artbildung auf Inseln 859
10.5.6.3 Isolationsmechanismen 859
10.5.6.4 Phylogcnetische Entstehung von Isolationsmechanismen 861
10.5.6.5 .Zusammenbruch" von Isolationsmechanismen 862
10.5.7 Sympatrische Artbildung 863
10.5.7.1 Sympatrische Artbildung durch Polyploidic 863
10.5.7.2 Sympatrische Artbildung durch disruptive Selektion 866
10.6 Transspezifische Evolution und Typogencse 867
10.6.1 Bildung neuer .ökologischer Zonen" (Adaptationszonen) und adaptive Radiation 867
Inhaltsverzeichnis XXIII
10.6.2 Beispiele für transspezifische Evolution 869
10.6.2.1 Adaptive Radiation auf Inselgruppen 869
10.6.2.2 Die „Eroberung" des Landes durch die Wirbeltiere 871
10.7 Lebende Fossilien und das Aussterben 872
10.7.1 Lebende Fossilien 872
10.7.2 Aussterben 874
11 Systematik 879
11.1 Grundlagen und Ziele der biologischen Systematik 879
11.2 Übersicht über das System der Organismen 884
11.2.1 Gruppen der Prokaryoten 884
11.2.2 Systematische Gliederung der Pflanzen 886
11.2.3 Systematische Gliederung der Tiere 892
11.3 Stammbäume der Pflanzen und Tiere 599
Weiterführende Literatur 903
Abkürzungsverzeichnis 907
Internationales System der Einheiten (SI) 910
Sachverzeichnis 911
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