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Biologie - Evolution

Evolution

In seiner Theorie von natürliche Auslese , auf die später noch näher eingegangen wird,Charles Darwin schlug vor, dass “Überleben der Stärksten “war die Grundlage für die organische Evolution (die Veränderung der Lebewesen mit der Zeit). Die Evolution selbst ist ein biologisches Phänomen, das allen Lebewesen gemeinsam ist, obwohl es zu ihren Unterschieden geführt hat. Beweise für die Unterstützung der Evolutionstheorie stammen in erster Linie aus demFossilienbestand aus vergleichenden Studien zu Struktur und Funktion, aus Studien zur embryologischen Entwicklung und aus Studien zu DNA und RNA (Ribonukleinsäure).

Vielfalt

Trotz der grundlegenden biologischen, chemischen und physikalischen Ähnlichkeiten, die in allen Lebewesen zu finden sind, besteht eine Vielfalt des Lebens nicht nur zwischen und zwischen Arten, sondern auch innerhalb jeder natürlichen Population . Das Phänomen der Vielfalt hat eine lange Geschichte in der Erforschung, da so viele der Variationen, die in der Natur existieren, für das Auge sichtbar sind. Die Tatsache, dass sich Organismen in prähistorischen Zeiten verändert haben und sich ständig neue Variationen entwickeln, kann durch paläontologische Aufzeichnungen sowie durch Züchtungsexperimente im Labor bestätigt werden. Lange nachdem Darwin angenommen hatte, dass Variationen existieren, entdeckten Biologen, dass sie durch eine Veränderung des genetischen Materials (DNA) verursacht werden. Diese Änderung kann eine geringfügige Änderung in der Reihenfolge der Bestandteile seinvon DNA ( Nukleotiden ), eine größere Änderung wie eine strukturelle Veränderung eines Chromosoms oder eine vollständige Veränderung der Anzahl der Chromosomen. In jedem Fall manifestiert sich eine Veränderung des genetischen Materials in den Fortpflanzungszellen als eine Art strukturelle oder chemische Veränderung der Nachkommen. Die Konsequenz einer solchen Mutation hängt von der Wechselwirkung der mutierten Nachkommen mit ihrer Umgebung ab .

Es wurde vorgeschlagen, dass geschlechtliche Fortpflanzung wurde die dominierende Art der Reproduktion unter Organismen aufgrund seiner inhärenten Vorteile der Variabilität, die der ist Mechanismus , der eine Spezies ermöglicht an sich verändernde Bedingungen anzupassen. Neue Variationen sind möglicherweise in genetischen Unterschieden vorhanden, aber wie überwiegend eine Variation in einem Genpool wird, hängt von der Anzahl der Nachkommen ab, die die Mutanten oder Varianten produzieren (differentielle Reproduktion). Es ist möglich, dass sich eine genetische Neuheit (neue Variante) rechtzeitig auf alle Mitglieder einer Bevölkerung ausbreitet, insbesondere wenn die Neuheit die Überlebenschancen der Bevölkerung in der Umgebung erhöht, in der sie existiert. Also, wenn eine Art in eine neue eingeführt wirdLebensraum , passt es sich entweder durch natürliche Selektion oder durch einen anderen evolutionären Mechanismus an die Veränderung an oder stirbt schließlich ab. Da jeder neue Lebensraum neue Anpassungen bedeutet , waren Änderungen des Lebensraums für die Millionen verschiedener Arten von Lebensräumen verantwortlichArten und für die Heterogenität innerhalb jeder Art.

Die Gesamtzahl der vorhandenen Tier- und Pflanzenarten wird auf etwa 5 bis 10 Millionen geschätzt. Etwa 1,5 Millionen dieser Arten wurden von Wissenschaftlern beschrieben. Die Verwendung der Klassifikation als Mittel zur Erzeugung einer Art Ordnung aus der erstaunlichen Anzahl verschiedener Arten von Organismen erschien bereits im Buch vonGenesis - mit Hinweisen auf Rinder, Bestien, Geflügel, kriechende Dinge, Bäume und so weiter. Der erste wissenschaftliche Klassifizierungsversuch wird jedoch dem griechischen Philosophen zugeschriebenAristoteles , der versuchte, ein System zu etablieren, das die Beziehung aller Dinge zueinander anzeigt. Er ordnete alles entlang einer Skala oder „Leiter der Natur“ mit nicht lebenden Dingen am Boden; Pflanzen wurden unter Tiere gestellt und die Menschheit war an der Spitze. Andere Schemata, die zum Gruppieren von Arten verwendet wurden, umfassen große anatomische Ähnlichkeiten wie Flügel oder Flossen, die auf eine natürliche Beziehung hinweisen, sowie Ähnlichkeiten in Fortpflanzungsstrukturen.

Taxonomy wurde basierend auf zwei Haupt Annahmen: Die eine ist , dass ähnliche Körperkonstruktion als verwendet werden kann , Kriterium für eine Klassifikation Gruppierung; Das andere ist, dass zusätzlich zu strukturellen Ähnlichkeiten evolutionäre und molekulare Beziehungen zwischen Organismen als Mittel zur Bestimmung der Klassifizierung verwendet werden können.

Verhalten und Zusammenhänge

Das Studium der Beziehungen von Lebewesen untereinander und zu ihrer Umwelt wird als Ökologie bezeichnet . Weil diese Wechselbeziehungen für das Wohlergehen der Erde so wichtig sind und durch menschliche Aktivitäten ernsthaft gestört werden können, ist die Ökologie zu einem wichtigen Zweig der Biologie geworden.

Kontinuität

Unabhängig davon, ob ein Organismus ein Mensch oder ein Bakterium ist , ist seine Fortpflanzungsfähigkeit eines der wichtigsten Merkmale des Lebens. Da das Leben nur aus bereits existierendem Leben stammt, können aufeinanderfolgende Generationen nur durch Fortpflanzung die Eigenschaften einer Art weiterführen.

Das Studium der Struktur

Lebewesen werden in Bezug auf die Aktivitäten oder definiert Funktionen , die in nicht lebenden Dingen fehlen. DasLebensprozesse jedes Organismus werden durch spezifische Materialien ausgeführt, die in bestimmten Strukturen zusammengesetzt sind. So kann ein Lebewesen als ein System oder eine Struktur definiert werden, die sich reproduziert, sich über einen bestimmten Zeitraum mit seiner Umgebung verändert und seine Individualität durch konstanten und kontinuierlichen Stoffwechsel beibehält .

Zellen und ihre Bestandteile

Biologen waren einst auf das Lichtmikroskop angewiesen, um die Morphologie von zu untersuchenZellen in höheren Pflanzen und Tieren gefunden. Die Funktion von Zellen in einzelligen und in mehrzelligen Organismen wurde dann aus der Beobachtung der Struktur postuliert; Die Entdeckung der Chloroplasten in der Zelle führte beispielsweise zur Untersuchung des Photosyntheseprozesses . Mit der Erfindung des Elektronenmikroskops konnte die feine Organisation der Plastiden für weitere quantitative Untersuchungen der verschiedenen Teile dieses Prozesses genutzt werden.

Qualitative und quantitative Analysen in der Biologie verwenden eine Vielzahl von Techniken und Ansätzen, um die Gehalte an Nukleinsäuren, Proteinen , Kohlenhydraten und anderen chemischen Bestandteilen von Zellen und Geweben zu identifizieren und abzuschätzen . Viele solcher Techniken machen Verwendung von Antikörpern oder Sonden , die binden an spezifische Moleküle innerhalb von Zellen und die mit einer Chemikalie markiert sind, die üblicherweise ein fluoreszierender Farbstoff, einem radioaktiven Isotop oder einem biologischen Färbung, wodurch ermöglicht oder verbessert mikroskopische Visualisierung oder Detektion der Moleküle Interesse.

Chemische Markierungen sind leistungsstarke Mittel, mit denen Biologen Substanzen in lebender Materie identifizieren, lokalisieren oder verfolgen können. Einige Beispiele für weit verbreitete Assays, die Markierungen enthalten, umfassen die Gram-Färbung , die zur Identifizierung und Charakterisierung von Bakterien verwendet wird; Fluoreszenz-in-situ-Hybridisierung , die zum Nachweis spezifischer genetischer Sequenzen in Chromosomen verwendet wird ; und Luciferase-Assays, die die aus Luciferin- Luciferase-Reaktionen erzeugte Biolumineszenz messen und die Quantifizierung einer Vielzahl von Molekülen ermöglichen.

Gewebe und Organe

Frühe Biologen betrachteten ihre Arbeit als eine Untersuchung des Organismus. Der Organismus, der damals als grundlegende Einheit des Lebens angesehen wurde, ist nach wie vor das Hauptanliegen einiger moderner Biologen, und das Verständnis, wie Organismen ihre innere Umgebung erhalten, bleibt ein wichtiger Bestandteil der biologischen Forschung. Um die Physiologie von Organismen besser zu verstehen , untersuchen die Forscher die Gewebe und Organe, aus denen Organismen bestehen. Der Schlüssel zu dieser Arbeit ist die Fähigkeit, Zellen in vitro („in Glas“), auch als Gewebekultur bekannt, zu erhalten und zu züchten .

Einige der ersten Versuche einer Gewebekultur wurden im späten 19. Jahrhundert. 1885 pflegte der deutsche Zoologe Wilhelm Roux Gewebe aus einem Hühnerembryo in einer Salzlösung. Der erste große Durchbruch in der Gewebekultur, kam mit dem im Jahr 1907 jedoch das Wachstum von Frosch Nervenzellprozessen durch amerikanischen Zoologe Ross G. Harrison . Einige Jahre später hatten die französischen Forscher Alexis Carrel und Montrose Burrows Harrisons Methoden verfeinert und den Begriff Gewebekultur eingeführt. Mit strengen Labortechniken konnten die Arbeiter Zellen und Gewebe unter Kulturbedingungen über lange Zeiträume am Leben erhalten. Techniken zur Erhaltung der Organe bei der Vorbereitung auf Transplantationen stammen aus solchen Experimenten.

Fortschritte in der Gewebekultur haben unzählige Entdeckungen in der Biologie ermöglicht. Zum Beispiel waren viele Experimente darauf gerichtet, ein tieferes Verständnis der biologischen zu erreichenDifferenzierung , insbesondere der Faktoren, die die Differenzierung steuern. Ausschlaggebend für diese Studien war die Entwicklung von Gewebekulturmethoden im späten 20. Jahrhundert, die das Wachstum von embryonalen Stammzellen von Säugetieren - und letztendlich von humanen embryonalen Stammzellen - auf Kulturplatten ermöglichten.