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Gärungsvorgänge gehören zu den ältesten Technologien der Menschheit. Die Zubereitung von Sauerkraut aus Weißkohl mit Hilfe von Milchsäurebakterien macht den Kohl nicht nur haltbar, er wird auch zu einem gesunden Nahrungsmittel.
Sehr aktuell in der Gegenwart ist die Joghurtherstellung, obwohl auch sie schon lange bekannt ist. Joghurtspeisen sind erfrischend und als Zwischenmahlzeit beliebt. Aus Lactose produzieren Milchsäurebakterienstämme die Milchsäure unter anaeroben Bedingungen.
Leichte alkoholische Getränke wie Bier und Wein sind entstanden, als die Menschen lernten Getreidesorten, Obst und Reben zu züchten. Während beim Bierbrauen die Stärke der Gersten- oder Weizenkörner zunächst in Zucker umgewandelt werden muss, können Trauben durch ihren Zuckergehalt sofort vergoren werden. Die notwendigen Enzyme liefern Hefepilze. Der Konsum alkoholischer Getränke hat sich gewandelt. Noch bis ins späte Mittelalter waren sie Ersatz für verunreinigtes Wasser; heute sind sie reine Genussmittel. Alkohol wurde zum gesellschaftlichen Problem, da der regelmäßige Konsum zum Alkoholismus führen kann.

Blutgerinnung und Fibrinolyse sind lebenswichtige Funktionen des Blutes. Die Gerinnung wird an den verletzten Stellen durch Veränderung der Thrombozyten ausgelöst und verläuft über eine komplizierte biochemische Reaktionskaskade bis zur Bildung von Fibrin. Dieses unlösliche Protein legt sich als Netz über die Wunde und verklebt Blutzellen zu einem Pfropf, der die Blutung unterbindet. Während der Heilung müssen die Blutgerinnsel wieder aufgelöst werden. Das geschieht durch die Reaktionen der Fibrinolyse. Im Blut stehen beide Vorgänge, Gerinnung und Fibrinolyse, in einem präzisen Gleichgewicht. Es garantiert lebenswichtigen Schutz bei Verletzungen.

Das Blut fließt in einem geschlossenen Röhrensystem, das von Arterien, Kapillaren und Venen gebildet wird, durch unseren Körper. Es wird geschlossenes Blutgefäßsystem genannt.
Beim Blutkreislauf wird zwischen Körperkreislauf und Lungenkreislauf unterschieden.

Der nach dem Entdecker benannte CALVIN-Zyklus beschreibt innerhalb der Fotosynthese der Pflanzen den Weg des Kohlenstoffdioxids bis zur Entstehung eines Kohlenhydrats. Für den Ablauf der chemischen Reaktionen, die im Stroma des Chloroplasten stattfinden, werden als Voraussetzungen lediglich ATP als Energiequelle und NADPH + H⁺ als Reduktionsmittel benötigt. Licht ist für diesen Vorgang nicht nötig. Die komplexen Vorgänge werden in drei Phasen eingeteilt. Zunächst erfolgt die Fixierung des Kohlenstoffdioxids an einen Akzeptor (Ribulose-1,5-bisphosphat). Das erste daraus entstehende stabile Produkt ist ein Molekül mit drei Kohlenstoffatomen: Glycerinsäure-3-phosphat. Pflanzen, die auf diesem Weg Kohlenhydrate herstellen, nennt man daher C3-Pflanzen. Neben diesem Weg haben Fotosynthesespezialisten in Anpassung an trockene Umweltbedingungen Mechanismen entwickelt, Kohlenstoffdioxid in ihren Blattgeweben vorläufig zu konzentrieren.
In einer zweiten Phase erfolgt über Zwischenprodukte unter Verbrauch von ATP und mithilfe von NADPH + H⁺ die Reduktion der Glycerinsäure-3-phosphat zu Glycerinaldehyd-3-phosphat. Einige Moleküle dieses entstehenden Kohlenhydrats werden aus dem Kreisprozess ausgeschleust und sind die Grundlage für die Bildung weiterer Kohlenhydrate, Fette und Eiweiße u. a. zur Speicherung von Energie. Die verbleibenden Glycerinaldehyd-3-phosphat-Moleküle werden im Kreislauf zur Regeneration des Akzeptors unter nochmaligem Verbrauch von ATP verwendet.
Fotosynthetisch aktive Pflanzen zeigen auch einen Gaswechsel (Sauerstoffverbrauch und Kohlenstoffdioxidabgabe), der im Licht wesentlich aktiver abläuft als im Dunkeln und wegen seiner Ähnlichkeit zur Atmung als Lichtatmung bzw. Fotorespiration bezeichnet wird.

Die Chloroplasten gehören neben Amylo-, Leuko- und Chromoplasten zu miteinander verwandten Pflanzenorganellen, die als Plastiden bezeichnet werden. Man findet sie in Blättern und anderen Organen der grünen Pflanzen sowie in ein- oder vielzelligen Algen. Sie enthalten den grünen Farbstoff Chlorophyll, Enzyme und Moleküle, die zum fotosynthetischen Stoffwechsel nötig sind.
Chloroplasten (bei Pflanzen haben sie einen Durchmesser von 1 bis 5 µm) als Zellorganellen der Fotosynthese lassen sich schon im Lichtmikroskop als linsenförmige Körperchen erkennen. Mithilfe des Elektronenmikroskops erhält man einen Einblick in die Feinstruktur der Chloroplasten. Sie bestehen im Innenraum aus einer Grundsubstanz (Stroma), lamellenartigen Membranen (Stroma- bzw. Granathylakoide), ringförmiger DNA, Assimilationsstärke, Ribosomen u. a. und werden nach außen durch eine Doppelmembran gegenüber dem Cytoplasma abgegrenzt. Durch spezielle Techniken, wie z. B. Gefrierätztechnik gelang es, den Feinbau der Thylakoidmembranen zu ermitteln. Diese enthalten besondere Strukturen, wie z. B. Fotosystem I und II, ATP-Synthase und die Enzym-Komplexe einer Elektronentransportkette.

Sterben in der freien Natur Pflanzen ab, so sorgen Bakterien dafür, dass die organische Masse zersetzt und somit umgewandelt wird und den Pflanzen im gelösten Wasser in Form von Mineralsalzionen wieder zur Verfügung steht. In landwirtschaftlichen oder privaten Anbaugebieten des Menschen wie Äcker, Gärten und Wiesen wird durch die angebauten Pflanzen zunächst ein hoher Gehalt an Mineralstoffen aus dem Boden entnommen. Durch großflächige und gründliche Ernte steht dem Boden nun kaum noch pflanzliche Biomasse für eine erneute Mineralisierung zur Verfügung. Durch die fehlende Zersetzung organischen Materials verarmt der Boden an Makro- und Mikronährstoffen, welche Pflanzen zum Wachstum benötigen. Um die Bodenfruchtbarkeit zu erhalten, muss er deshalb mit organischem oder mineralischem Dünger versorgt werden, welcher die Salzionen in bestimmter Verteilung beinhaltet. Den genauen Mineralbedarf eines Bodens kann man mithilfe von Bodenanalysen feststellen.

Der zyklische Elektronentransport gehört neben der Fotolyse des Wassers, der Elektronentransportkette und anderen Reaktionsschritten zur Lichtreaktion der Fotosynthese bei Pflanzen. Diese läuft in den Chloroplasten der grünen Pflanzen ab und ermöglicht es der Pflanze, mithilfe von Lichtenergie aus den einfachen Molekülen des Kohlenstoffdioxids und des Wassers energiereiche Glucose aufzubauen. Dabei fällt, quasi als „Abfallprodukt“, Sauerstoff an. Die durch die Strahlungsenergie des Sonnenlichts angeregten Elektronen werden dabei über eine Kette von Stoffen übertragen und entweder chemisch gebunden und in der anschließenden Dunkelreaktion für die Herstellung energiereicher Glucose verbraucht oder über mehrere Komplexe zum Chlorophyllmolekül zurückgeführt. Ein Elektron des Chlorophyllmoleküls im Fotosystems I (P 700) wird dabei auf ein höheres Energieniveau gehoben und langsam unter Passieren mehrerer Molekülkomplexe in das Ausgangsniveau zurückversetzt. Bei Ankunft am ursprünglichen Chlorophyllmolekül ist ATP entstanden. Da das Elektron sich in einem Kreislauf bewegt, wird der Vorgang als zyklischer Elektronentransport bezeichnet.

Durch Lichtabsorption des Fotosystems II gelangen angeregte Elektronen vom Reaktionszentrum (Chlorophyll a-Molekül: P 680) auf ein höheres Energieniveau und werden an einen Akzeptor abgegeben. Die dadurch entstandene Elektronenlücke im Reaktionszentrum wird durch die bei der lichtabhängigen Wasserzersetzung (Fotolyse des Wassers) entstehenden Elektronen wieder aufgefüllt. Zusätzlich entstehen bei dieser Reaktion noch Protonen (Reduktion des Coenzyms ${\text{NADP}}^{\text{+}}$) und Sauerstoff als Abfallprodukt.

Die Fotosynthese gehört zum aufbauenden Stoffwechsel. Innerhalb ihres Ablaufs werden mithilfe von Lichtenergie aus anorganischen energiearmen Stoffen organische energiereiche Stoffe hergestellt. Chemoautolithotrophie (Chemosynthese) ist eine andere Form des aufbauenden Stoffwechsels. Die Nutzung der Sonnenenergie durch Fotosynthese ermöglichte erst das Leben auf der Erde. Die Chloroplasten sind die Orte der Fotosynthese.
Die Fotosynthese kann man in lichtabhängige und lichtunabhängige Teilreaktionen untergliedern.
Licht, Wasserversorgung, Temperatur und Kohlenstoffdioxidangebot beeinflussen die Fotosyntheseleistung.

Die Fotosynthese ist vorwiegend von Licht, Kohlenstoffdioxidkonzentration und Temperatur abhängig, wobei generell der Faktor die Fotosyntheseleistung begrenzt, der im Minimum vorliegt (Gesetz des Minimums von LIEBIG). Die Abhängigkeit der Fotosyntheseleistung von Licht und Kohlenstoffdioxid lässt sich grafisch als Sättigungskurve darstellen. Der Licht- bzw. Kohlenstoffdioxidkompensationspunkt ist für die Pflanzen wichtig, da bei Überschreitung des Kompensationspunkts organische Stoffe innerhalb der Pflanze zur Speicherung von chemischer Energie gebildet werden können. Die Temperaturabhängigkeit der Fotosyntheseleistung wird in Form einer Optimumskurve beschrieben. Die Abhängigkeit der Fotosyntheseleistung von den Faktoren unterscheidet sich zum einen zwischen C3-Pflanzen und Fotosynthesespezialisten (C4-Pflanzen, CAM-Pflanzen) und ebenso bei Licht- und Schattenpflanzen bzw. Licht- und Schattenblättern.

* 01.08.1744 in Bazentin-le-Petit
† 18.12.1829 in Paris

LAMARCK war ein Botaniker und Zoologe, der sich neben umfangreichen systematischen Arbeiten dem Evolutionsgedanken widmete. Seine Evolutionstheorie besagte, dass die Lebewesen durch einen inneren Drang zur Vervollkommnung veranlasst würden, bestimmte Organe stärker oder schwächer zu betätigen. Dies führte zu erworbenen Veränderungen im Bauplan der Lebewesen, welche schließlich unter bestimmten Voraussetzungen an die Nachkommen vererbt werden könnten. Nach LAMARCK ist zum Beispiel die Länge des Giraffenhalses auf beständiges Hinaufrecken zum Laub der Bäume zurückzuführen. LAMARCK war der erste, der den Begriff „Biologie“ benutzt hat.

Der zelluläre Baustein aller Eukaryoten, gleichgültig ob Ein- oder Vielzeller, Pflanzen, Pilze oder Tiere, ist der Eucyt. Gegenüber dem Procyten zeichnet sich dieser Zelltyp grundsätzlich in erster Linie durch folgende Baueigenheiten aus:

Was die Wissenschaft heute vom Bau der Zelle und ihren Funktionen weiß, wie sie diese zu nutzen versteht, sie physiologisch beeinflussen und in ihrem Erbgut verändern kann, das ist das Ergebnis eines fast 350 Jahre währenden Erkenntnis- und Forschungsprozesses. Erst nach der Entwicklung stark vergrößernder optischer Geräte war es überhaupt möglich, die kleinsten Bestandteile eines Lebewesens sichtbar zu machen. Eine bedeutende Rolle nahm dabei die Konstruktion des Mikroskops ein. Viele Wissenschaftler beschäftigten sich seitdem mit der Erforschung der Zellen, ihrer Strukturen, Eigenschaften und Bestandteile und reicherten den Erkenntnisstand bis zum heute verfügbaren Wissen an.

So wie ein Haus aus Ziegeln, Betonteilen und Balken entsteht, so dienen auch relativ wenige Grundstrukturen zur Ausbildung von Zellorganellen und -bestandteilen. Immer wiederkehrende Grundstrukturen sind

Biomembranen sind häutchenartige Abgrenzungsstrukturen des Cytoplasmas, die eine lebende Zelle von außen umgeben und auch ihr Inneres durchziehen. Biomembranen sorgen für eine Kompartimentierung der Zelle: Jede Zelle enthält zahlreiche, unterschiedlich gestaltete Reaktionsräume (Kompartimente), die gegeneinander durch Biomembranen abgegrenzt sind. Alle Biomembranen trennen einzig und allein Plasma (plasmatische Phasen) von Nichtplasma (nichtplasmatischen Phasen) ab. Biomembranen haben vor allem zwei Funktionen:

Kleine hydrophile Moleküle dringen leicht durch die Membran. Für sie besteht eine Siebwirkung. Die Membranen müssen von winzigen Poren (Durchmesser ca. 0,4 nm) durchsetzt sein. Hydrophile Moleküle mit einer Molekülmasse von über 80 u können die meisten Membranen nicht mehr durchqueren. Da fettlösliche Stoffe, sogar größere lipophile Moleküle, die Membran ziemlich leicht passieren, muss ein Großteil der Membran aus Lipiden aufgebaut sein. Lipidlösungsmittel und Lipasen zerstören die Membranen.

Säuren werden zum Konservieren verwendet und sind Inhaltsstoffe in vielen Getränken. Außerdem werden sie zum Entkalken eingesetzt. Basen sind Inhaltsstoffe von Sanitärreinigern. Eines der häufigsten Schlagwörter, das in der Werbung gebraucht wird, ist der pH-Wert. Man spricht von pH-neutral, hautverträglich oder hautneutral. Doch was ist der pH-Wert und welcher Zusammenhang besteht zu chemischen Eigenschaften des Wassers?

Der Procyt ist der typische Baustein der Prokaryoten. Das sind meistens einzellige, erdgeschichtlich alte Lebewesen. Innerhalb der Prokarya kann man die ursprünglichen Archaea (Archaebakterien) und die Bacteria (Eubakterien) unterscheiden. Die Procyten haben sich wahrscheinlich vor über 4 Mrd. Jahren, also lange vor den Eucyten, herausgebildet. Sie sind relativ einfach gebaut. Es haben sich aber im Laufe der Evolution eine Vielzahl von Formen entwickelt, die zu unterschiedlichen physiologischen und biochemischen Leistungen in der Lage sind.

* 20.11.1886 in Wien
† 12.06.1982 in München

KARL VON FRISCH wurde durch seine Arbeiten zur Sinnesphysiologie bekannt. Neben vielen anderen Forschungen bewies er u. a. das Hörvermögen der Fische, oder wies nach, dass Bienen und Fische Farben sehen können. Seine Entdeckungen zum Hör- und Farbsehvermögen beruhen auf Dressurversuchen. KARL VON FRISCH enträtselte auch den Bienentanz. Dieses beobachtete Phänomen gilt als eine der kompliziertesten Verhaltensleistungen im Tierreich.

1973 wurde KARL VON FRISCH gemeinsam mit KONRAD LORENZ und NIKOLAAS TINBERGEN mit dem Nobelpreis geehrt.

Honigbienen sind wohl die bekanntesten und ältesten Nutzinsekten. Ohne ihre Bestäubungshilfe könnten sich viele Früchte nicht entwickeln, auch Honig und Wachs, die für uns eine wichtige Bedeutung erlangt haben, ständen uns nicht zur Verfügung. Honigbienen sind in einem Tierstaat als Sozialverband organisiert und durch unterschiedliche Kasten (Königin [Weisel], Arbeitsbiene, Drohne) gekennzeichnet. Diese Organismen nehmen durch morphologische und physiologische Unterschiede verschiedene Tätigkeiten wahr (Arbeitsteilung), zum Vorteil für die gesamten Individuen im Bienenstock. Verhaltensweisen der Bienen, z. B. die Drohnenschlacht, die Temperaturregulation im Bienenstock oder das Eintragen von Pollen oder Nektar mithilfe der Sammelbeine, sind bemerkenswert. Die Organisation und das Zusammenleben in einem Tierstaat setzt eine sehr gute Kommunikation (Bienensprache) und Koordination des Zusammenlebens mithilfe von chemischen Signalen (Pheromone) voraus.

„Life within a primate group is thus delicately balanced between competition and cooperation.” (CROOK, 1970). Das Gruppenleben soziallebender Primaten ist geprägt durch Kooperation und Konkurrenz.

Sowohl die ökologischen Bedingungen als auch die Zusammensetzung der Gruppe sind Faktoren, die das Verhältnis zwischen kooperativem und konkurrierendem Handeln in starkem Maße beeinflussen können. Das Leben in der Gruppe bzw. in einer Sozietät bringt sowohl Vorteile als auch Nachteile mit sich. Zu den Vorteilen zählen in erster Linie der verbesserte Schutz vor Raubfeinden durch die gemeinsame Verteidigung und frühere Signalisierung von Gefahren infolge sich abwechselnder Alarmrufe sowie der gemeinsame Austausch von erworbenen Erfahrungen hinsichtlich Futtersuche, Wanderrouten etc. und vor allem eine koordinierte Verteidigung von Futterressourcen gegen andere Gruppen, die um dieselben Ressourcen konkurrieren. Kosten oder Nachteile im Zusammenleben in einer Gruppe entstehen aus der wachsenden Konkurrenz um diese begrenzten Ressourcen.

Ozon ist ein Gas, das sich in geringer Konzentration in Höhen von
15-25 km über der Erdoberfläche befindet. Es absorbiert den kurzwelligen Teil des ultravioletten Lichts.

Seit geraumer Zeit beobachtet man eine Verdünnung dieser Ozonschicht und damit eine Verstärkung der schädlichen, kurzwelligen Ultraviolettstrahlung. Von einem Ozonloch spricht man, wenn die schützende Ozonschicht so dünn ist, dass sich die Intensität der kurzwelligen UV-Strahlung gegenüber dem ursprünglichen Normalwert verdoppelt.

Der natürliche Treibhauseffekt bewirkt, dass auf der Erdoberfläche eine durchschnittliche Temperatur von 15 °C herrscht und sich dadurch überhaupt erst Leben entwickeln konnte.

Davon zu unterscheiden ist der zusätzliche oder anthropogene Treibhauseffekt, der auf das Wirken des Menschen zurückzuführen ist und der eine zusätzliche Erwärmung der Erdoberfläche bewirkt.

Wasser gibt es genug: 1,38 Milliarden Kubikkilometer, das entspricht einem Würfel von 1100 km (Köln bis Rom) Seitenlänge. Diese Wassermasse bleibt immer gleich. Sie befindet sich in einem ständigen Kreislauf, deshalb spricht man auch von dem Wasserkreislauf der Erde.

Um die Information zwischen den erregbaren Strukturen zu sichern, müssen die Aktionspotenziale (AP) fortgeleitet werden. Voraussetzung dafür ist die Eigenschaft der Axonmembran, Spannungsänderungen an einer Stelle der Membran als Auslöser für die Spannungsänderung an der benachbarten Stelle der Membran zu nutzen. Diese Art der Erregungsleitung ist für marklose Neuriten (Axone) typisch. Sie wird als kontinuierliche Erregungsleitung bezeichnet.

Bei Isolierung des Neuriten durch die Markscheide (markhaltige Neurite) können die AP nur an den ranvierschen Schnürringen entstehen, da sich nur dort die spannungsabhängigen Ionenkanäle befinden und Kontakt zwischen Außenmedium und Zellinnerem besteht. Das AP „springt“ also von Schnürring zu Schnürring. Diese Art der Erregungsleitung wird deshalb auch als saltatorischen Erregungsleitung bezeichnet.