Zusammenfassung: Purves Biologie

Lebewesen weisen Gemeinsamkeiten auf und gehen auf einen gemeinsamen Ursprung zurück
Biologen erforschen das Leben mithilfe von Experimenten, mit denen sie Hypothesen überprüfen
Biologisches Wissen ist wichtig für die Gesundheit, das Wohlergehen und politische Entscheidungen

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Kapitel 2 Leben und Chemie: kleine Moleküle

Der atomare Aufbau beeinflusst die Eigenschaften der Materie
Atome verbinden sich zu Molekülen
Atome wechseln in chemischen Reaktionen ihre Partner
Wasser hat für das Leben eine zentrale Bedeutung

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Kapitel 3 Proteine, Kohlenhydrate und Lipide

Makromoleküle sind für Lebewesen charakteristisch
Die Funktion eines Proteins ist abhängig von dessen räumlicher Struktur
Einfache Zucker sind die Grundbausteine der Kohlenhydrate
Lipide werden eher durch ihre Löslichkeit definiert als durch ihre chemische Struktur

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Kapitel 4 Nucleinsäuren und die Entstehung des Lebens

Die Struktur von Nucleinsäuren spiegelt die Funktionen dieser Makromoleküle wider
Die Bausteine des Lebens entstanden auf der jungen Erde
Die für das Leben typischen Makromoleküle sind aus kleinen Molekülen entstanden
Die ersten Zellen bildeten sich aus makromolekularen Komponenten

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Teil II Zellen

Kapitel 5 Zellen: die kleinsten Einheiten des Lebens

Zellen sind die Grundeinheiten des Lebens
Prokaryotische Zellen sind klein und effizient
Eukaryotische Zellen enthalten membranumhüllte Organellen
Extrazelluläre Strukturen haben wichtige Funktionen
Eukaryotische Zellen sind in mehreren Schritten entstanden

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Kapitel 6 Zelluläre Membranen

Biomembranen sind proteinhaltige Lipiddoppelschichten
Die Plasmamembran ist an der gegenseitigen Erkennung und Adhäsion von Zellen beteiligt
Substanzen können Biomembranen durch passiven Transport durchqueren
Der aktive Transport durch Biomembranen erfordert den Aufwand von chemischer Energie
Makromoleküle gelangen mithilfe von Vesikeln in die Zelle hinein oder aus ihr heraus

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Kapitel 7 Signalübertragung und Kommunikation zwischen Zellen

Das Erkennen und Übertragen von Signalen beeinflusst die Zellfunktion
Die Bindung eines Rezeptors an ein Signalmolekül löst eine Signalübertragung aus
Die Signalübertragung kann über eine komplexe Proteinkaskade laufen
Die Antwort von Zellen auf Signale kann sehr unterschiedlich sein
Benachbarte Zellen eines Gewebes können über Kanäle direkt miteinander kommunizieren

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Teil III Zellen und Energie

Kapitel 8 Energie, Enzyme und Stoffwechsel

Biologische Energieumwandlungen erfolgen nach physikalischen Prinzipien
ATP spielt bei der biochemischen Energieübertragung eine Schlüsselrolle
Enzyme beschleunigen biochemische Reaktionen
Enzyme bringen Substrate so zusammen, dass sie leicht miteinander reagieren können
Enzymaktivitäten können reguliert werden

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Kapitel 9 Stoffwechselwege zur Gewinnung chemischer Energie

Zellen gewinnen aus der Oxidation von Glucose Energie
Bei Anwesenheit von O₂ wird Glucose vollständig zu CO₂ oxidiert
Die ATP-Synthese erfolgt über einen Protonengradienten
Bei O₂-Mangel wird nur ein Teil der in Glucose enthaltenen Energie gewonnen
Stoffwechselwege sind miteinander verknüpft und werden reguliert

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Kapitel 10 Photosynthese: Energie aus dem Sonnenlicht

Die Photosynthese nutzt Licht zur Synthese von Kohlenhydraten
Die Lichtreaktionen wandeln Lichtenergie in chemische Energie um
Die chemische Energie aus den Lichtreaktionen dient dem Aufbau von Kohlenhydraten
Spezielle Umweltanpassungen verbessern die Photosyntheserate
Die Photosynthese ist ein integraler Bestandteil des Pflanzenstoffwechsels

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Teil IV Gene und Vererbung

Kapitel 11 Zellzyklus und Zellteilung

Alle Zellen stammen von anderen Zellen ab
Die Zellteilung der Eukaryoten wird durch den Zellzyklus reguliert
Zellkerne teilen sich durch Mitose
Die Meiose ist für die geschlechtliche Fortpflanzung unabdingbar
Die Meiose führt zur Bildung von Keimzellen
Der programmierte Zelltod ist für Lebewesen wichtig
Eine nicht regulierte Zellteilung führt zu Krebs

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Kapitel 12 Vererbung, Gene und Chromosomen

Die Vererbung von Genen folgt den Mendel-Regeln
Allele können mehrere Phänotypen hervorrufen
Gene können durch Wechselwirkung einen bestimmten Phänotyp hervorrufen
Chromosomen sind die Träger der Gene
Einige eukaryotische Gene liegen außerhalb des Zellkerns
Prokaryoten können durch Paarung Gene übertragen

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Kapitel 13 DNA und ihre Funktion bei der Vererbung

Experimente zeigten: Das genetische Material ist die DNA
DNA besitzt eine Struktur, die zu ihrer Funktion passt
Die DNA wird semikonservativ repliziert
Fehler in der DNA können repariert werden
Die Polymerasekettenreaktion dient der Vervielfältigung von DNA

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Kapitel 14 Von der DNA zum Protein: die Genexpression

Gene codieren Proteine
Die Information fließt von den Genen zu den Proteinen
DNA wird in RNA transkribiert
Eukaryotische Prä-mRNA-Transkripte werden vor der Translation prozessiert
Die Information der mRNA wird in Proteine translatiert
Polypeptide können nach der Translation modifiziert und zu Zielorten transportiert werden

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Kapitel 15 Genmutationen und molekulare Medizin

Mutationen sind vererbbare Veränderungen in der DNA
Mutationen können Krankheiten hervorrufen
Mutationen lassen sich in der DNA nachweisen und analysieren
Mithilfe genetischer Screenings kann man Krankheiten erkennen
Ziel ist, genetisch bedingte Krankheiten ursächlich zu behandeln

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Kapitel 16 Regulation der Genexpression

Die Genexpression der Prokaryoten wird in Form von Operons reguliert
Die Genexpression der Eukaryoten wird durch Transkriptionsfaktoren reguliert
Viren regulieren während ihres Vermehrungszyklus ihre Genexpression
Epigenetische Veränderungen regulieren die Genexpression
Die Genexpression der Eukaryoten kann auch nach der Transkription reguliert werden

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Teil V Genome

Kapitel 17 Genome

Genome lassen sich heute sehr schnell sequenzieren
Das Genom von Prokaryoten ist sehr kompakt
Das Genom von Eukaryoten enthält viele Arten von Sequenzen
Die Biologie des Menschen zeigt sich in seinem Genom
Transkriptomik, Proteomik und Metabolomik erforschen die Vorgänge jenseits des Genoms

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Kapitel 18 Rekombinante DNA und Gentechnik

Rekombinante DNA entsteht, indem aus unterschiedlichen Quellen stammende DNA zusammengebaut wird
Es gibt mehrere Methoden, DNA in Zellen einzuschleusen
Jede DNA-Sequenz kann kloniert werden
Die Veränderung und Untersuchung von DANN erfordert spezielle Methoden
DNA kann zum Nutzen des Menschen verändert werden, was aber auch Probleme schafft

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Kapitel 19 Gene, Entwicklung und Evolution

Die vier wichtigsten Prozesse der Entwicklung sind Determination, Differenzierung, Morphogenese und Wachstum
Unterschiede in der Genexpression legen das Schicksal und die Differenzierung einer Tierzelle fest
Die Genexpression bestimmt die Morphogenese und die Musterbildung
Veränderungen der Genexpression sind die Basis für die Evolution von Entwicklungsprozessen
Veränderungen von Entwicklungsgenen können die Evolution beeinflussen

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Teil VI Prozesse und Muster der Evolution

Kapitel 20 Prozesse der Evolution

Das Evolutionsgeschehen ist eine historische Tatsache und bildet die Grundlage der Evolutionstheorie
Mutation, Selektion, Genfluss, Gendrift und nichtzufällige Paarung bewirken Evolution
Evolution lässt sich anhand von Veränderungen der Allelfrequenzen bemessen
Selektion kann stabilisierend, gerichtet oder disruptiv sein
Die Variabilität in Populationen wird durch mehrere Faktoren aufrechterhalten
Die Evolution unterliegt Einschränkungen durch die Vergangenheit und durch Kompromisse

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Kapitel 21 Die Rekonstruktion der Phylogenie und ihre Anwendungen

Sämtliche Organismen sind durch eine gemeinsame Stammesgeschichte miteinander verbunden
Die Phylogenie lässt sich anhand der Merkmale von Organismen rekonstruieren
Die Phylogenie ermöglicht der Biologie Vergleiche und Vorhersagen
Die Phylogenie bildet die Grundlage für die biologische Klassifikation

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Kapitel 22 Artbildung

Arten sind reproduktiv isolierte Zweige am Stammbaum des Lebens
Artbildung ist eine natürliche Folge der Unterteilung von Populationen
Artbildung kann durch geographische Isolation, aber auch sympatrisch erfolgen
Wenn divergierende Arten miteinander in Kontakt kommen, verstärkt sich die reproduktive Isolation
Die Artbildungsraten in verschiedenen Organismengruppen sind höchst variabel

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Kapitel 23 Evolution von Genen und Genomen

In den DNA-Sequenzen ist die Evolutionsgeschichte der Gene aufgezeichnet
An Genomen lassen sich sowohl neutrale als auch selektive Evolutionsprozesse ablesen
Horizontaler Gentransfer und Genduplikationen können große Veränderungen nach sich ziehen
Die Prinzipien der molekularen Evolution haben viele praktische Anwendungsmöglichkeiten

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Kapitel 24 Die Geschichte des Lebens auf der Erde

Ereignisse in der Erdgeschichte lassen sich datieren
Veränderungen der physikalischen Umwelt der Erde haben sich auf die Evolution des Lebens ausgewirkt
Bedeutende Ereignisse in der Geschichte des Lebens lassen sich aus Fossilfunden ablesen

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Teil VII Die Evolution der biologischen Vielfalt

Kapitel 25 Bakterien, Archaeen und Viren

Das Leben spaltete sich zuerst in Bakterien und Archaeen auf
Die Diversität der Prokaryoten spiegelt wider, dass das Leben schon vor sehr langer Zeit entstanden ist
Ökosysteme und Biozönosen sind auf Prokaryoten angewiesen
Viren haben sich viele Male unabhängig voneinander entwickelt

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Kapitel 26 Die Entstehung und Diversifizierung der Eukaryoten

Eukaryoten erwarben Merkmale von Archaeen und Bakterien
Im Präkambrium kam es zur Radiation mehrerer großer Linien der Eukaryoten
Protisten pflanzen sich sexuell und asexuell fort
Protisten sind wesentliche Bestandteile vieler Ökosysteme

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Kapitel 27 Samenlose Pflanzen: Übergang vom Wasser ans Land

Die ersten zur Photosynthese fähigen Eukaryoten entstanden durch eine primäre Endosymbiose
Entscheidende Anpassungen ermöglichten den Pflanzen, das Festland zu besiedeln
Die Entstehung von Leitgeweben führte zu einer raschen Diversifizierung der Landpflanzen

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Kapitel 28 Die Evolution der Samenpflanzen

Pollen, Samen und Holz trugen zum Erfolg der Samenpflanzen bei
Die einst weltweit dominierenden Gymnospermen gedeihen in manchen Gebieten nach wie vor gut
Blüten und Früchte führten zur zunehmenden Diversifizierung der Angiospermen
Pflanzen übernehmen wichtige Funktionen in terrestrischen Ökosystemen

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Kapitel 29 Die Evolution und Vielfalt der Pilze

Pilze verdauen ihre Nahrung außerhalb ihres Körpers
Pilze sind Zersetzer, Parasiten, Räuber oder Symbionten
Die geschlechtliche Fortpflanzung der Pilze erfolgt zwischen unterschiedlichen Paarungstypen
Für Pilze gibt es viele praktische Verwendungsmöglichkeiten

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Kapitel 30 Die Entstehung der Tiere und die Evolution ihrer Körperbaupläne

Manche der Merkmale von Tieren sind mehrmals unabhängig entstanden
Bei den Tieren haben sich zahlreiche spezielle Körperbaupläne entwickelt
Tiere erlangen ihre Nahrung auf sehr unterschiedliche Weise
Die Entwicklungszyklen von Tieren sind von Kompromissen geprägt
Manche Verzweigungen im Stammbaum der Tiere sind noch unklar

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Kapitel 31 Protostomier

Über die Hälfte aller beschriebenen Organismenarten sind Protostomier
Viele Lophotrochozoa haben bewimperte Strudelorgane oder Lebensstadien
Ecdysozoa müssen sich für ihr Wachstum häuten
Die Arthropoden sind die artenreichste aller Tiergruppen
Der Erfolg der Protostomier beruht auf mehreren Faktoren

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Kapitel 32 Deuterostomier

Die Deuterostomier umfassen die Stachelhäuter, die Hemichordaten und die Chordatiere
Stachelhäuter und Hemichordaten sind auf marine Lebensräume beschränkt
Chordaten besitzen ein dorsales Neuralrohr und eine Chorda dorsalis
Die Anpassung an ein Leben an Land trug zur Diversifizierung der Wirbeltiere bei
Innerhalb der Primaten evolvierte auch der Mensch

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Teil VIII Blütenpflanzen: Form und Funktion

Kapitel 33 Der Pflanzenkörper

Der Pflanzenkörper hat eine charakteristische Organisation
Die Organe von Pflanzen werden aus drei verschiedenen Gewebetypen gebildet
Meristeme sorgen dafür, dass Pflanzen zeitlebens weiterwachsen können
Durch gezielte Züchtung hat sich die Gestalt des Pflanzenkörpers verändert

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Kapitel 34 Transport in Pflanzen

Pflanzen nehmen Wasser und Mineralstoffe aus dem Boden auf
Wasser und Mineralionen werden im Xylem transportiert
Die Spaltöffnungen kontrollieren den Wasserverlust und die CO2-Aufnahme
Gelöste Assimilate werden im Phloem transportiert

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Kapitel 35 Mineralstoffversorgung der Pflanzen

Pflanzen benötigen Mineralstoffe
Pflanzen nehmen Mineralstoffe aus dem Boden auf
Die Bodenstruktur wirkt sich auf die Mineralstoffversorgung von Pflanzen aus
Bodenorganismen erleichtern Pflanzenwurzeln die Aufnahme von Mineralstoffen
Tierfangende und parasitische Pflanzen stillen ihren Bedarf auf besondere Weise

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Kapitel 36 Regulation des Pflanzenwachstums

Pflanzen reagieren bei ihrer Entwicklung auf ihre Umgebung
Gibberelline und Auxin wirken unterschiedlich, aber der Mechanismus ist ähnlich
Andere Pflanzenhormone haben vielfältige Wirkungen
Photorezeptoren lösen als Reaktion auf Licht Entwicklungsvorgänge aus

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Kapitel 37 Fortpflanzung bei Blütenpflanzen

Die meisten Angiospermen pflanzen sich sexuell fort
Hormone und Umweltsignale determinieren den Übergang vom vegetativen Stadium zur Fortpflanzung
Angiospermen können sich auch vegetativ vermehren

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Kapitel 38 Reaktionen der Pflanze auf Umweltstress

Pflanzen begegnen Pathogenen mit konstitutiven und induzierten Abwehrmechanismen
Pflanzen besitzen mechanische und chemische Abwehrmechanismen gegen Herbivoren
Pflanzen können sich an Umweltstress anpassen

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Teil IX Tiere: Form und Funktion

Kapitel 39 Physiologie, Homöostase und Temperaturregulation

Tiere bestehen aus Organen, die sich aus vier Gewebetypen aufbauen
Physiologische Systeme halten die Homöostase des inneren Milieus aufrecht
Biologische Prozesse sind temperaturempfindlich
Tiere beeinflussen ihren Wärmeaustausch mit der Umgebung
Die Körpertemperatur wird durch Anpassungen von Wärmeproduktion und Wärmeabgabe reguliert

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Kapitel 40 Hormone der Tiere

Hormone beeinflussen Zellen, die über passende Rezeptoren verfügen
Das Hormonsystem arbeitet eng mit dem Nervensystem zusammen
Hormone spielen eine wichtige Rolle bei der Entwicklung
Hormone regulieren den Stoffwechsel und das innere Milieu

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Kapitel 41 Immunologie: Abwehrsysteme der Tiere

Tiere haben angeborene und adaptive Abwehrmechanismen
Die angeborene Immunabwehr ist wenig spezifisch
Die adaptive Immunabwehr ist hochspezifisch
An der humoralen adaptiven Immunantwort sind Antikörper beteiligt
An der zellulären adaptiven Immunantwort sind T-Zellen und T-Zell-Rezeptoren beteiligt
Fehlfunktionen des Immunsystems können schädlich sein

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Kapitel 42 Fortpflanzung der Tiere

Asexuelle Fortpflanzung ist effizient, schränkt aber die genetische Variabilität ein
Bei der bisexuellen Fortpflanzung vereinigen sich eine haploide Eizelle und ein haploides Spermium
Die männlichen Sexualorgane produzieren und übertragen Spermien
Die weiblichen Sexualorgane produzieren Eizellen und ernähren Embryonen
Die Fruchtbarkeit lässt sich kontrollieren

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Kapitel 43 Entwicklung der Tiere

Die Befruchtung der Eizelle aktiviert die Embryonalentwicklung
Eine Serie von Mitosen furchen den frühen Embryo
Die Gastrulation erzeugt mehrere Gewebeschichten
Organe entwickeln sich aus den drei Keimblättern
Extraembryonale Membranen schützen und versorgen den Embryo der Amnioten

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Kapitel 44 Nervenzellen, Gliazellen und Nervensysteme

Das Nervensystem besteht aus Neuronen und Gliazellen
Neuronen erzeugen elektrische Signale und leiten sie weiter
Neuronen kommunizieren über Synapsen mit anderen Zellen
Neuronen und Gliazellen bilden informationsverarbeitende Schaltkreise

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Kapitel 45 Sensorische Systeme

Sinneszellen wandeln Reize in Rezeptorpotenziale um
Chemorezeptoren wirken über die Bindung eines Duft- oder Geschmacksstoffs
Mechanische Kräfte werden über eine Verformung der Plasmamembran wahrgenommen
Photorezeptoren reagieren auf einzelne Lichtquanten

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Kapitel 46 Das Nervensystem von Säugern: Struktur und höhere Funktionen

Die Areale des Nervensystems lassen sich einzelnen Funktionen zuordnen
Die Funktion des Nervensystems beruht auf neuronalen Schaltkreisen
Höhere Gehirnfunktionen erfordern die Integration zahlreicher neuronaler Systeme

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Kapitel 47 Muskeln und Skelette

Muskeln kontrahieren sich, weil Actin und Myosin in Wechselwirkung treten
Viele Faktoren beeinflussen die Muskelleistung
Muskel- und Skelettsysteme arbeiten zusammen

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Kapitel 48 Gasaustausch

Physikalische Faktoren bestimmen den Atemgasaustausch
Höhere Diffusionsraten verbessern den Atemgasaustausch
Der Atemluftstrom von Säugern ist bidirektional
Atemgase werden im Blut transportiert
Die Atmung wird homöostatisch kontrolliert

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Kapitel 49 Kreislaufsysteme

Kreislaufsysteme erfüllen viele Funktionen
Bei Wirbeltieren haben sich aus einem einfachen Kreislauf doppelte Kreisläufe entwickelt
Die Herzfunktion beruht auf den besonderen Eigenschaften des Herzmuskels
Die Eigenschaften des Blutes und der Gefäße bestimmen die Funktionsweise des Kreislaufsystems
Das Kreislaufsystem wird hormonell und neuronal kontrolliert

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Kapitel 50 Ernährung, Verdauung und Resorption

Nahrung liefert Energieträger und Baustoffe für die Biosynthese
Es gibt zahlreiche Möglichkeiten, Nahrung aufzunehmen und zu verdauen
Im Verdauungssystem der Wirbeltiere werden die Nährstoffe schrittweise zerlegt
Der Nährstofffluss wird kontrolliert und reguliert

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Kapitel 51 Salzhaushalt, Wasserhaushalt und Stickstoffausscheidung

Exkretionssysteme regulieren den Salz- und Wasserhaushalt des Körpers
Tiere scheiden Stickstoff als Ammoniak, Harnstoff oder Harnsäure aus
Zur Exkretion nutzen Wirbellose Druckfiltration, Sekretion und Reabsorption
Das Nephron ist die funktionelle Einheit des Exkretionssystems der Wirbeltiere
Die Säugerniere kann einen konzentrierten Harn erzeugen
Die Nierenfunktion wird sehr genau reguliert

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Kapitel 52 Verhalten von Tieren

Die Ethologie führte zur modernen Verhaltensbiologie
Verhalten kann genetisch determiniert sein
Verhalten hängt oft vom Entwicklungsstadium ab
Kosten und Nutzen bestimmen den Anpassungswert von Verhalten
Die Wirkursachen von Verhalten können erforscht werden

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Teil X Ökologie

Kapitel 53 Abiotische Umwelt und Biogeographie der Organismen

Ökologie ist die Erforschung der Wechselbeziehungen zwischen Organismen und ihrer Umwelt
Das globale Klima ist ein grundlegender abiotischer Umweltfaktor
Die Topographie, die Vegetation und der Mensch beeinflussen die abiotischen Umweltfaktoren
Die Biogeographie befasst sich mit der Verbreitung der Organismenarten auf der Erde
Die Habitatfläche und der Mensch beeinflussen die regionale Artenvielfalt

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Kapitel 54 Populationen

Die Größe von Populationen unterliegt dynamischen räumlichen und zeitlichen Schwankungen
Das Populationswachstum beschreibt die Veränderungen der Populationsgröße im Laufe der Zeit
Das lebenslange Muster von Wachstum, Fortpflanzung und Überleben bestimmt den Lebenszyklus
Erkenntnisse aus der Populationsbiologie lassen sich für das Populationsmanagement nutzen

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Kapitel 55 Wechselbeziehungen zwischen Arten

Wechselbeziehungen zwischen Arten wirken sich auf die Beteiligten unterschiedlich aus
Prädation ist eine trophische Wechselbeziehung, durch die Prädatoren profitieren und Beutearten geschädigt werden
Interspezifische Konkurrenz ist eine negative Interaktion, bei der mehrere Arten die gleiche begrenzte Ressource nutzen
Von positiven Interaktionen spricht man, wenn davon mindestens eine Art profitiert und keine geschädigt wird

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Kapitel 56 Biozönosen

Biozönosen bestehen aus verschiedenen Arten, die miteinander interagieren
Die Artenzusammensetzung einer Biozönose hängt vom Artenpool und den lokalen Bedingungen ab
Die Wechselbeziehungen in Biozönosen unterscheiden sich in ihrer Stärke und Ausrichtung
Biozönosen unterliegen einem stetigen Wandel
Artenvielfalt und Effizienz von Biozönosen korrelieren häufig positiv miteinander

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Kapitel 57 Ökosysteme

Die Ökosystemforschung befasst sich mit Energieflüssen und Stoffkreisläufen
Energie und Stoffe gelangen über die Primärproduzenten in die Ökosysteme
In Nahrungsnetzen übernehmen Konsumenten energiereiche Stoffe von den Primärproduzenten
Die Stoffkreisläufe in Ökosystemen beruhen auf chemischen Umwandlungen
Ökosysteme sind aufgrund ihrer wichtigen Dienstleistungen wertvoll für den Menschen

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Kapitel 58 Die Biosphäre im Wandel

Aktivitäten des Menschen verändern die Biosphäre und führen zu einem Verlust an biologischer Vielfalt
Die größten Verluste an Biodiversität beruhen auf der Zerstörung von Habitaten
Die Bewahrung der biologischen Vielfalt erfordert Schutzmaßnahmen und ein geeignetes Management

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