Biologie für Anfänger: Wie Sie die Grundlagen der Biologie leicht verstehen und die Geheimnisse des Lebens endlich lüften - inkl. Evolutionstheorie

Malinde Bachmann

• Éditeur: Books on Demand
• Année: 2021
• ISBN:
  9783755719403
• Édition: 1
• Sujet: Biological Sciences
• Sous-sujet: Biology

Bevor Sie in dieses Buch eintauchen, lehnen Sie sich noch einmal zurück, atmen Sie tief ein und werfen Sie einen Blick aus dem Fenster. Was sehen Sie? Sehen Sie Schmetterlinge, deren bunte Flügel im Sonnenlicht strahlen? Beobachten Sie vielleicht einen Vogel seine Eier ausbrüten? Blicken Sie auf Bienen, die gerade Blumen bestäuben oder regnet es vielleicht? Vermutlich ist der Blick aus dem Fenster für Sie bereits ein vertrauter Anblick und doch können Sie mir glauben, wenn ich Ihnen sage, dass genau dieser vertraute Anblick nach dem Lesen dieses Buches ein anderer sein wird, denn in die Biologie einzutauchen bedeutet, alles aus einer anderen Perspektive zu betrachten, um zu verstehen, wieso unsere Erde so ist, wie sie ist, und wieso wir so sind, wie wir sind. Dieses Buch beschäftigt sich mit den Grundzügen der Biologie. Und da die Biologie eine Wissenschaft ist, die sich mit Lebewesen beschäftigt, ist dieses Buch nicht nur geprägt von schlauen Theorien, klugen Naturwissenschaftlern und biologischen Prozessen, nein, vielmehr ist dieses Buch auch eine Geschichte über Sie! Biologie ist nichts, womit sich nur die Schüler in der Schule beschäftigen, worüber sich die Studenten in der Universität Vorlesungen anhören oder worüber die Forscher im Labor grübeln. Stattdessen ist Biologie das alltägliche Leben, das Sie und ich führen. Wenn Sie dieses Leben, Ihr Leben, auf einer ganz neuen Ebene näher kennenlernen wollen, dann ist dieses Buch genau das Richtige für Sie.

Genetik

DNA – UNSERE BAUANLEITUNG

Sicherlich kennen Sie die Abkürzung DNA. Aber was ist das? DNA steht eigentlich für Desoxyribonukleinsäure und ist ein gigantisches Molekül, ein sogenanntes Makromolekül. Man kann sich die DNA vorstellen als eine Art Bauanleitung für den Körper, denn in ihr sind alle Informationen enthalten, die benötigt werden, um vom Blut bis zum Auge alle Teile eines Lebewesens herzustellen. Außerdem gibt die DNA nicht nur an wie, sondern auch wo und wann etwas hergestellt wird.

Die Struktur der DNA war lange Zeit ein Geheimnis. Gelüftet wurde es im Jahr 1953 von James Watson und Francis Crick, die für ihre Entschlüsselung der DNA 1962 den Nobelpreis für Medizin und für Physiologie erhielten. Watson und Crick stellten fest, dass die DNA in ihrem Aufbau einer Doppelhelix entspricht, die aus zwei Einzelsträngen gebildet ist. Veranschaulicht sieht sie also aus wie eine Leiter, bestehend aus zahlreichen Sprossen, die von zwei Strängen zusammengehalten werden. Doch die Struktur ist nicht linear, sondern gedreht. Wie eine Leiter, die um eine gedachte Achse in ihrem Mittelpunkt schraubenförmig gewunden ist. Das ganze Konstrukt ist bei uns Menschen knapp zwei Meter lang und befindet sich im Zellkern. Kaum vorstellbar, nicht wahr?

Die beiden Stränge der Leiter stellen in Wirklichkeit eine abwechselnde Anordnung von Desoxyribose, einem Zucker, und Phosphat dar. Die Sprossen hingegen bestehen aus den organischen Basen Adenin, Thymin, Guanin und Cytosin. Jeweils zwei komplementäre Basen, Adenin und Thymin oder Guanin und Cytosin, bilden ein Basenpaar. Eine Sprosse der Leiter wird aus einem Basenpaar gebildet. Klingt kompliziert? Ist es auch! Der Aufbau der DNA ist so komplex, dass sie durch chemische oder physikalische Einflüsse sehr leicht beschädigt werden kann. Bis zu mehreren 10.000 solcher Schäden kann es in einer Zelle innerhalb eines Tages kommen. Weil die DNA allerdings so einen wichtigen Grundbaustein aller Menschen, Tiere, Pflanzen und auch Bakterien bildet, können fehlerhafte Abschnitte der DNA fatale Folgen haben. Um dies zu vermeiden, gibt es zahlreiche Enzyme, die allein für die Reparatur der DNA verantwortlich sind. Aber auch hierbei können Fehler unterlaufen. Wenn es den Enzymen nicht gelingt, die DNA zu hundert Prozent korrekt wieder herzustellen, kommt es zu Mutationen, also zu Fehlern im Erbgut. Je nach Mutation sind die Auswirkungen dessen verschieden, doch sie haben immer Einfluss auf die weitere Funktion der Zelle. So kann es sein, dass die jeweilige Pflanze, das Tier oder der Mensch aufgrund der Mutation eine ungewöhnliche Eigenschaft hat. Im Allgemeinen möchte die DNA beziehungsweise die Enzyme für die Reparatur das natürlich vermeiden. Doch es gibt auch Mutationen, die sich positiv auf den Organismus auswirken. Im Kapitel der Evolution haben Sie von Darwins Evolutionstheorie erfahren. Ausgangspunkt für die Evolution sind Veränderungen im Erbgut von Lebewesen, die zu dessen Überleben von Vorteil sind. Diese Veränderungen können durch Mutationen hervorgerufen werden und wir lernen: Nicht jeder Fehler ist automatisch auch schlecht. Allerdings muss an dieser Stelle auch erwähnt werden, dass Schäden in der DNA auch weitaus negativere Folgen haben können, bis hin zu einer Lebensunfähigkeit.

DNA selbst basteln:

Um sich den Aufbau der DNA besser vorstellen zu können, ist es hilfreich, sie einfach zu basteln. Alles, was sie hierfür benötigen, sind Pfeifenreiniger aus dem Bastelladen. Am besten ist es, wenn Sie den Pfeifenreiniger in sechs verschiedenen Farben haben. Dann ordnen Sie jeweils einem der folgenden Be-standteile eine Farbe zu:

Desoxyribose, Phosphat, Cytosin, Thymin, Adenin, Guanin

Nun geht es ans Basteln.

1. Der Strang:

Nehmen Sie den Pfeifenreiniger in der Farbe für Desoxyribose und Phosphat zur Hand und halten Sie diese parallel aneinander, damit sich die Enden berühren. Dann fangen Sie an einem Ende an und zwir-beln beide Pfeifenreiniger vollständig umeinander. Am Ende sollten Sie also beide Pfeifenreiniger zu einem zweifarbigen, spiralförmig gemusterten Strang vereinigt haben. Diesen Vorgang machen Sie zweimal. Die beiden erhaltenen Stränge stellen die Außenstränge der DNA dar.

2. Die Basenpaare

Die Basenpaare sind die Sprossen der Leiter, welche die beiden eben angefertigten Außenstränge miteinander verbinden. Deshalb sind diese um einiges kürzer. Zerschneiden Sie also die Pfeifenreiniger der vier Basen Guanin, Adenin, Thymin und Cytosin in fünf gleich lange Teile. Am Ende sollten also 20 kurze Stücke in vier verschiedenen Farben auf dem Tisch liegen.

3. Die Struktur

Da Adenin und Thymin ein Basenpaar bilden und Cytosin und Guanin das andere, nehmen Sie die fünf kurzen Stränge in der Farbe, die Adenin darstellt, und in der Farbe des Cytosin, sowie einen der im ersten Schritt angefertigten Stränge zur Hand. Befestigen Sie abwechselnd Adenin und Cytosin an dem langen Strang, sodass es am Ende aussieht wie eine halbe Leiter. Besonders gut funktioniert das, wenn Sie die kürzeren Stränge der Basen dazu um den äußeren Strang wickeln. Aber Achtung: Sie dürfen es nicht komplett umwickeln, denn es muss noch ein gutes Stück überstehen.

Das Ganze machen Sie auch noch mit den Basen Thymin und Guanin und dem anderen langen Strang. Hier müssen Sie allerdings darauf achten, dass die beiden „halben Leitern“ am Ende miteinander verbunden werden.

Wenn Sie also beim ersten Strang mit Adenin angefangen haben, müssen Sie beim zweiten Strang mit Thymin anfangen, da diese beiden Basen ein Basenpaar bilden.

Jetzt sollten Sie zwei lange Stränge mit jeweils zehn abstehenden kurzen Strängen haben, die aussehen wie zwei halbe Leitern. Diese legen Sie jetzt aneinander und kleben Sie dann zusammen. Hierfür können Sie einen Klebestreifen verwenden. Ihre DNA sollte jetzt aussehen wie eine bunte Leiter. Dieses leiterar-tige Konstrukt halten Sie nun an beiden Enden fest und drehen die Enden langsam in entgegengesetzte Richtungen, sodass es eine oder zwei Umdrehungen erhält. Das ist die Helix Struktur.

Herzlichen Glückwunsch, Sie haben jetzt ein DNA-Modell selbst gebaut!

VERERBUNG –
DIE MENDELSCHEN REGELN

Unter Vererbung versteht man die Weitergabe genetischer Informationen von Lebewesen an ihre Nachkommen. Ein wichtiger Fachbegriff, den man bezüglich Vererbung kennen sollte, ist Allel. Ein Allel ist eine mögliche Zustandsform beziehungsweise eine mögliche Ausprägung eines Gens. Eine Person kann zum Beispiel ein Allel für blaue Augen und ein Allel für braune Augen besitzen. Beide Merkmale, die blauen und die braunen Augen, sind also möglich. Aber was heißt das? Wenn die Person ein Allel für braune Augen und eines für blaue Augen hat, bekommt sie dann im Endeffekt eine Mischfarbe? Oder ein braunes und ein blaues Auge? Die Antwort ist: Die Person hat braune Augen. Wieso das so ist, erklären die Mendelschen Gesetze der Genetik.

Die Mendelschen Gesetze, oder auch die Mendelschen Regeln genannt, wurden nach Johann Gregor Mendel benannt. Mendel war nicht, wie man an dieser Stelle vielleicht annehmen würde, explizit im Bereich der Genetik tätig. Er studierte zwar neben Theologie auch Naturwissenschaften, trat dann allerdings als Mönch dem Augustinerkloster in Brünn bei und leitete dort den Klostergarten, in dem regelmäßig Versuche und Forschungsprojekte durchgeführt wurden. In diesem Klostergarten führte er ab 1855 Experimente mit Pflanzen durch, deren Ergebnisse 1865 einen wesentlichen Beitrag zur Erforschung der Vererbung beitrugen.

Mendels Experimente beschäftigten sich mit der Vererbung. Dazu überlegte er sich, wie er möglichst effektiv den verschiedenen Erbgängen auf die Spur kommen kann. Er entschied sich schließlich für Versuche mit der Erbsenpflanze, denn diese ist sehr pflegeleicht, da sie wenig Licht und Wasser benötigt und eine kurze Generationszeit hat, also eine kurze Zeitspanne zwischen zwei aufeinanderfolgenden Generationen.

Wieso hat Mendel für seine Versuche nicht zum Beispiel eine Kuh gewählt? Die Antwort finden Sie am Ende des Buches.

Mendel erkannte, dass Erbsen, genau wie Menschen immer zwei Kopien jedes Erbmerkmals haben. Ein Allel davon stammt von der Vaterpflanze und das andere von der Mutterpflanze. Und das Zusammenspiel dieser Allele bestimmt das Aussehen der aus der Kreuzung von Mutter- und Vaterpflanze entstehenden Pflanze.

Bei seinen Versuchen konzentrierte Mendel sich auf die Farbe der Blüte der Erbsenpflanze. Er kreuzte eine Erbsenpflanze mit reinerbig roten Blüten mit einer Erbsenpflanze mit reinerbig weißen Blüten. Reinerbig bedeutet, dass die rote Blüte aus zwei Allelen für rote Farbe und die weiße Blüte aus zwei Allelen für weiße Farbe gebildet wurde. Das wird später noch wichtig werden. Nachdem er diese beiden Erbsenpflanzen miteinander gekreuzt hatte, entstanden daraus Erbsenpflanzen mit roten Blüten. Das mag verwundern, denn die Tochter-Pflanze hat jeweils ein Merkmal für weiße Blüten und eines für rote Blüten vererbt bekommen. Mischt man rot und weiß, so entsteht eigentlich rosa, aber wieso sind die Blüten dann rot? Wohin ist das Weiß verschwunden? Die Antwort lautet: Es ist nicht verschwunden. Die Tochter-Pflanze hat sowohl das Merkmal der weißen Blüte in sich als auch das der roten. Mendel zieht daraus den Schluss, dass dies nur bedeuten kann, dass die rote Farbe sich gegenüber der weißen durchsetzt, also dominant ist. Die weiße Farbe hingegen ist rezessiv und wird von der roten Farbe unterdrückt. Vereinfacht gesagt ist Rot also schlichtweg stärker als Weiß und deswegen ist...

Table des matières

• Hinweise
• Inhaltsverzeichnis
• Das erwartet Sie in diesem Buch
• Was ist Biologie?
• Evolution
• Genetik
• Ökologie
• Die kleinsten Einheiten
• Ernährung
• Die Antworten auf die Fragen während des Buches:
• Impressum