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Mit dem Geruchssinn werden gasförmige Substanzen wahrgenommen. Der Geruchssinn ist ein chemisches Sinnesorgan.

Die Geruchssinneszellen liegen in der Riechschleimhaut der Nasenhöhlen.

Die Geschmackssinneszellen befinden sich in den an der Zungenoberfläche liegenden Geschmacksknospen. Die Geschmacksempfindungen konzentrieren sich an unterschiedlichen Abschnitten der Zunge. Wie der Geruchssinn ist auch der Geschmackssinn ein chemisches Sinnesorgan.

Bei Tieren und dem Menschen findet die Kopplung des Nerven- und endokrinen Systems auf drei Ebenen statt. Es gibt strukturelle, chemische und funktionelle Beziehungen. Beide Systeme sind Koordinationssysteme, die die Leistungen und das Verhalten des Organismus beeinflussen. Während vom Nervensystem schnelle, lokal meist stark begrenzte, nur kurz anhaltende (solange der Nervenimpuls anhält) Wirkungen ausgehen, beeinflusst das endokrine System langsamer, lokal weniger begrenzt und länger anhaltend.

Das menschliche Hörvermögen liegt zwischen 16 und 20 000 Hz und nimmt mit zunehmendem Alter ab. Lärm ist ein unerwünschtes Schallereignis, welches in der Lage ist, die Gesundheit und das Wohlbefinden von Menschen zu beeinflussen. Durch Lärm werden die Haarzellen im Innenohr schneller zerstört. Die Lärmschwerhörigkeit ist eine Krankheit unserer Zeit, die u. a. durch die Musikhörgewohnheiten verursacht wird. In den USA schätzt man die Zahl der schwerhörigen Musikfans auf 10 Millionen.
Es werden vier Lärmstufen und ihre Auswirkungen auf den menschlichen Organismus unterschieden. Direkte Lärmwirkungen können Veränderungen des Hörsinnesorgans verursachen. Indirekte Lärmwirkungen treten nach der Erregungsverarbeitung und anschließender zentralnervöser Beeinflussung aller Organsysteme auf.

Die Muskulatur des Menschen nimmt einen Anteil von ca. 50 % an der Gesamtkörpermasse ein. Die Muskeln kontrahieren aktiv, können aber nur passiv gedehnt werden. Die Dehnung erfolgt oft durch einen Gegenspieler (Antagonisten). Muskelpaare, die gleichförmig arbeiten, bezeichnet man als Synergisten.

Das Verrichten von Muskelarbeit erfordert den Einsatz von Energie in Form von ATP (Adenosintriphosphat) bzw. KTP (Kreatintriphosphat). Die Muskelarbeit wird von mehreren Faktoren beeinflusst. Um eine dauerhafte Steigerung der Leistungsfähigkeit zu erreichen, müssen diese Faktoren durch ein gezieltes, regelmäßiges Training gefördert werden. Es wird zwischen Ausdauer- und Krafttraining unterschieden.
Eine Überforderung des Bewegungssystems kann zu Muskelverletzungen (Muskelverhärtung, Muskelkater u. a.) führen. Ein Abbruch des Trainings führt zum Verlust der erzielten Wirkungen auf die verschiedenen Organsysteme (Herz-Kreislauf-System u. a.).

Mikroskopische Untersuchungen zeigen eine klare Unterscheidung der Muskelzellen in quer gestreifte Muskelfasern, glatte Muskelzellen und Herzmuskelzellen.
Die Querstreifung der quer gestreiften Muskelfasern, welche zur Skelettmuskulatur – oder auch bewusste bzw. willkürliche Muskulatur genannt – gehören, ergibt sich aus der horizontal gleichen Anordnung von kontraktilen Elementen, die entweder einfach lichtbrechende oder doppelt lichtbrechende Eigenschaften besitzen. Quer gestreifte Muskelfasern haben mehrere Zellkerne, da viele Zellen miteinander verschmolzen sind. Sie sind in der Lage, gesteuert durch das Bewusstsein für kurze Zeit sehr starke Kräfte zu entwickeln.
Glatte Muskelzellen bieten im Mikroskop ein einheitliches Bild. Es sind spindelförmige Zellen mit je einem Zellkern. Glatte Muskulatur kommt vor allem in Eingeweiden vor. Sie muss ständig in Bewegung sein, um beispielsweise den Nahrungsbrei in den Därmen weiterzutransportieren, braucht aber dafür nicht allzu kräftig zu sein. Sie wird auch unbewusste oder unwillkürliche Muskulatur genannt, da sie keiner direkten Steuerung durch das Bewusstsein unterliegt. Die Herzmuskelzellen weisen zwar eine Querstreifung auf, haben aber andere Besonderheiten, die eine Unterscheidung zur quer gestreiften Muskelfaser zulassen. Die quer gestreifte Muskulatur des Herzens ermöglicht eine kraftvolle Pumpbewegung, um das Blut ständig durch den Körper zu transportieren.
Die Unterschiede im Feinbau der jeweiligen Zellarten ergeben sich aus ihren unterschiedlichen Funktionen und Wirkungsorten.

Das Ohr besteht aus Außenohr (Ohrmuschel, Gehörgang), Mittelohr (Trommelfell, Gehörknöchelchen) und Innenohr (Schnecke als Hörsinnesorgan, Vorhof und Bogengänge als Gleichgewichtsorgan). Mittel- und Innenohr liegen geschützt im knöchernen Schädel.

Mit den Reiz aufnehmenden, erregungsleitenden, erregungsübertragenden und reagierenden Zellen und Zellstrukturen haben Tiere und Menschen die Möglichkeit, Reize der Umwelt wahrzunehmen, d. h., Informationen aufzunehmen, sie zu verarbeiten und zu speichern und in Abhängigkeit von Erfahrungen und Randbedingungen sinnvoll zu reagieren.

Sinneszellen und freie Nervenendigungen nehmen Reize aus der Umwelt auf und wandeln sie in Erregungen um. Sinnesorgane sind spezielle Organe zur Aufnahme von bestimmten Reizen. Sie bestehen aus zahlreichen Sinneszellen, die von Schutz- und Hilfseinrichtungen umgeben sein können. Die Sinneszellen sind auf die Aufnahme bestimmter Reize spezialisiert.

Tiere und Menschen können auf Umweltreize sehr schnell und zielgerichtet reagieren.
Das gelingt nur, wenn die durch Außenreize entstandene Erregung von einer Nervenzelle zur anderen bzw. von Nervenzellen zum reagierenden Organ (z. B. Muskel) übertragen werden.
Entscheidende Schaltstellen für die Erregungsübertragung sind die Synapsen. In den chemischen Synapsen gelingt die Erregungsübertragung durch Transmittersubstanzen, die von der präsynaptischen Membran zur postsynaptischen Membran gelangen und dort elektrische Synapsenpotenziale auslösen. Sie werden deshalb auch als Neurotransmitter bezeichnet.

Als Albinismus bezeichnet man einen vererbten Pigmentmangel. Bei dieser Krankheit kommt es zu Störungen der Herstellung und somit zu einem Mangel an Melaninen – Farbpigmenten, die sich in der Haut mit allen ihren Anhängen (Haare, Fingernägel) und in den Augen befinden. Sie schützen die Körperregionen vor schädlicher UV-Strahlung. Die meist autosomal-rezessiv vererbte Krankheit führt deshalb zu weißer Haut, weißem Fell bzw. Federn und heller Augenfarbe. Die Ursachen der Krankheit lassen sich meist in Fehlern des Stoffwechsels der Aminosäure Tyrosin finden. Durch Ausbruch der Krankheit besteht bei den betroffenen Menschen ein erhöhtes Hautkrebsrisiko bei starker Sonneneinstrahlung und/oder es kommt zu Beeinträchtigungen der Sehfähigkeit. Bei Tieren wird durch Albinismus die Fitness und damit die Überlebenschance erheblich beeinträchtigt, da die sonst schützende Tarntracht nicht ausgebildet wird und somit Fraßfeinde schneller auf die Albinos aufmerksam werden.

Drosophila melanogaster gilt als ideales Versuchstier für genetische und entwicklungsphysiologische Forschungen. Voraussetzungen dafür sind ihre leichte Züchtbarkeit in kleinen Gläschen, eine geringe Generationsdauer von etwa 10 Tagen und eine hohe Nachkommenzahl von etwa 400 pro Generation. Das Erbmaterial besteht nur aus 4 Chromosomenpaaren, die in den Speicheldrüsen besonders groß als Riesenchromosomen ausgebildet sind. Genetische Forschungen werden dadurch wesentlich vereinfacht. Viele Mutationen des Erbguts zeigen sich deutlich im Phänotyp (z. B. Augenfarbe, Flügelgröße). Dadurch ist Drosophila einer der am besten erforschten Organismen.

Es gibt seit der Diskussion über Atomenergie kein anderes Thema, welches Nationen so sehr spaltet wie die Gentechnologie. Laut Umfragen lehnen 75 % der Bevölkerung in Deutschland Gentechnologie in der Nahrung und auf dem Acker ab. Dagegen befürwortet etwa der gleiche Anteil den Einsatz von Gentechnologie in der Medizin.

Ein Bienenstaat besteht aus einer Königin (weiblich, fertil), wenigen Drohnen (männlich, fertil) und vielen Arbeiterinnen (weiblich, steril). Sie haben alle charakteristische Körpermerkmale. Zwischen ihnen besteht eine genau festgelegte Arbeitsteilung. Das Geschlecht (ob weiblich oder männlich) wird bei Bienen genotypisch bestimmt. Ob die weiblichen Tiere allerdings fertil (fruchtbar) oder steril (unfruchtbar), d. h. Königinnen oder Arbeiterinnen werden, wird modifikativ (durch äußere Einflüsse) bestimmt.

Die speziellen Merkmale eines Lebewesens werden durch Vererbung und Umwelteinflüsse geprägt. Wenn sich innerhalb einer Familie mit demselben Genotyp unter Mitwirkung von Außenbedingungen abweichende Erscheinungsformen innerhalb der Individuen ausbilden, nennt man diese Erscheinung variable Phänotypen. Diese umweltbedingte Variabilität von Lebewesen bezeichnet man auch als Modifikabilität, die unterschiedlichen Varianten sind Modifikationen.
Durch Klonierung genetisch identischer Individuen kann die Nichterblichkeit von Modifikationen und damit der Einfluss der Umwelt auf die Ausprägung von Merkmalen nachgewiesen werden. Als Ergebnis erhält man eine gleiche Verteilung der Merkmalsvariationen unter gleichen Umweltbedingungen.

Virus-Partikel bestehen generell aus einer Nucleinsäure (DNA oder RNA) und einer sie umgebenden Proteinhülle. Die Proteinhülle wird als Capsid, die Einheit von Capsid und Erbmaterial als Nucleocapsid bezeichnet. Zusätzlich kann das Nucleocapsid von einer Hüllmembran (Virushülle) umgeben sein. Das Capsid besteht ebenfalls aus Untereinheiten, den Capsomeren und ist meist symmetrisch aufgebaut. Viele kugelförmig erscheinenden Viren sind Polyeder. Die bevorzugte Polyederform ist das Eikosaeder (Zwanzigflächner), ein von 20 gleichseitigen Dreiecken begrenzter Körper mit 12 Ecken.
Retroviren gehören zu den Eikosaedern mit zusätzlicher Hüllmembran und enthalten ein einzelsträngige, positiv geladenes RNA-Genom. Die Bezeichnung Retroviren bezieht sich auf die Beteiligung der reversen Transkriptase – eine virusspezifische DNA-abhängige DNA-Polymerase – an ihrer Vermehrung. Die Vermehrung der eigentlich nicht infektiösen RNA dieser Viren erfolgt nämlich nicht nur durch die bloße Verdoppelung des vorhandenen Erbmaterials, sondern durchläuft zunächst die Transkription in eine doppelsträngige DNA, die anschließend in ein Chromosom der Wirtszelle integriert wird.
Retroviren sind unter Menschen und Tieren weit verbreitet und können Gene besitzen, die nach Integration in die Wirts-DNA onkogene Wirkung zeigen. Zu den Retroviren gehört beispielsweise das HI-Virus. Des Weiteren sind sie auch an der Tumorbildung bei Tieren beteiligt.

* 08.04.1911 in Saint Paul (Minnesota)
† 08.01.1997 in Berkeley (Kalifornien)

Melvin Calvin ist ein amerikanischer Chemiker. In den fünfziger Jahren klärte er mit Hilfe radioaktiv markierten Kohlenstoffs einen Teil der Fotosynthese auf, der nach ihm mit „Calvin- Zyklus“ benannt wurde. Für diese bahnbrechenden Ergebnisse erhielt Calvin 1961 den Nobelpreis für Chemie.

Calvin isolierte das Rhesus-Antigen und erforschte die Entstehung von Krebs, die chemische Evolution auf der Erde und Theorien zur Urzeugung. Calvin war während des zweiten Weltkrieges an der Entwicklung der Atombombe in den USA mitbeteiligt.

* 12.02.1809 in The Mount bei Shrewsbury
† 19.04.1882 in Down House (gehört heute zu London-Bromley)

DARWIN gilt als der Begründer der modernen Evolutionslehre. Aufgrund eigener Beobachtungen waren ihm Zweifel an der Unveränderlichkeit der Arten gekommen. Sein Untersuchungsansatz bestand nicht darin zu beweisen, dass Arten sich ändern, sondern wie dies geschieht. Er ging von Kulturpflanzen und Haustieren aus. Es war allgemein bekannt, dass Zuchtformen wie die Pfauentaube, die Perückentaube oder der Kröpfer auf eine Grundform, die Wilde Felsentaube, zurückgehen. Sie sind das Ergebnis einer wiederholten (zielgerichteten) Auslese durch den Züchter über mehrere Taubengenerationen. DARWIN nannte das „künstliche Zuchtwahl“. Er fragte sich, ob es auch in der Natur etwas Vergleichbares, eine „natürliche Zuchtwahl“ oder Selektion, geben könnte. Doch wer oder was übernahm hier die Rolle des Züchters?

DARWIN fand heraus, dass die Umweltbedingungen eine entscheidende Rolle spielen. Es überleben und vermehren sich bevorzugt die Lebewesen, die sich in der Auseinandersetzung mit ihrer Umwelt behaupten. Über Generationen werden dabei zunehmend die Merkmale, deren Vorhandensein sich in dieser Auseinandersetzung als vorteilhaft erweisen, an die Nachkommen weitergegeben. DARWIN fasst das zusammen, indem er im „Kampf ums Dasein“ ein „Überleben der Bestgeeigneten“ sieht.

Er nahm sich 20 Jahre Zeit, um seine Annahmen mit klaren Argumenten zu stützen und daraus eine Abstammungstheorie zu formulieren. Diese veröffentlichte er 1859 in seinem Hauptwerk „Entstehung der Arten durch natürliche Auslese“. Das Buch war am Tag seines Erscheinens ausverkauft, es folgten sechs Auflagen.

Im ausgehenden 18. Jh. staunte man über die riesige Artenfülle, die durch Forschungsreisen zusammengetragen worden war. Vergleichende Untersuchungen zeigten konvergente Entwicklungen und Homologien auf. Ebenso wie die ersten gründlicheren Bearbeitungen von Fossilfunden forderten sie Erklärungen, die über die biblische Schöpfungsgeschichte hinausgingen. Der Franzose GEORGES BARON DE CUVIER (1769–1832) versuchte, die in unterschiedlichen geologischen Schichten gefundenen Fossilien damit zu erklären, dass gewaltige Naturkatastrophen auf einen Schlag Tier- und Pflanzengruppen ausgelöscht hätten. Er vermutete, dass es anschließend jeweils zu Neuschöpfungen kam (Katastrophen-Theorie).

Auf unserer Erde lebt eine Vielzahl von Organismenarten. Diese rezenten Arten machen jedoch nur einen Bruchteil des Artenreichtums aus, den die jetzt ca. 4,6 Milliarden Jahre währende Erdgeschichte hervorgebracht hat. Die ältesten fossilen Hinweise auf Leben geben hefezellenartige Strukturen, die auf ein Alter von 3,8 Milliarden Jahre datiert wurden.

Die allermeisten Arten sind ausgestorben. Einige davon waren in evolutionäre Sackgassen geraten, ihre Baupläne hatten sich unter den sich ändernden Umweltbedingungen als nicht zukunftsfähig erwiesen. Andere Arten sind zwar verschwunden, haben jedoch ein großes evolutionäres Vermächtnis hinterlassen.

Große Entwicklungsschübe gab es stets nach Massenaussterben, die in den allermeisten Fällen auf globale Klimaveränderungen zurückgeführt werden können. Durch das Massenaussterben gingen die jeweils erreichten Entwicklungsstufen selten gänzlich verloren. Aus vergleichsweise wenigen Arten konnten sich in den frei gewordenen Lebensräumen neue, modernere Formen entwickeln. Insgesamt ergab sich auf diese Weise ein Trend unter den Lebewesen hin zu höher organisierten Formen. Altertümliche Organismen blieben in ihrer Art manchmal erhalten, sofern sich auch ihre ökologische Nischen erhalten hatten.

Zahlreiche Funde belegen die Evolution des Menschen aus nicht menschlichen Vorfahren. Der Mensch gehört im natürlichen System der Organismen mit den Halbaffen (z. B. Maki) und den Echten Affen (Neuwelt- und Altweltaffen) zu den rezenten (heute lebenden) Primaten.

Fototrophe Bakterien sind fotosynthetisch aktive Mikroorganismen, die die Lichtenergie als Energiequelle nutzen. Zu ihnen gehören alle prokaryotischen Mikroorganismen wie Cyanobakterien, Anoxyphotobacteria (anoxygene fototrophe Bakterien) und Archaebakterien. Sie sind typische Wasserbakterien in Süß-, Brack- und Salzwasser sowie feuchten Böden und überschwemmten Feldern. Sie können beweglich oder unbeweglich sein und sind stets braun, rötlich (purpur), grün oder gelblich gefärbt. Sie sind gram-negativ. Es lassen sich zwei Gruppen unterscheiden: Purpur-, Grüne und Heliobakterien einerseits und die Cyanobakterien andererseits. Neben den Vertretern der Domäne der Bakterien können auch die Archaebakterien Fotosynthese betreiben.
Die Fotosynthese der Bakterien war in ihrer ursprünglichen Form an die sauerstofffreie Biosphäre angepasst (anaerob). Archaebakterien verwenden darum beispielsweise als Fotosynthesepigment kein Chlorophyll sondern Bakterienrhodopsin zur Lichtabsorption. Typische Pigmente des fototrophen Stoffwechsels sind ansonsten Bakterienchlorophylle und bestimmte Carotinoide. Im engeren Sinne grenzt man Fotosynthesebakterien von Cyanobakterien und Chloroxybakterien ab. Fotosynthesebakterien im engeren Sinne unterscheiden sich u. a. durch Aufbau und Ablauf der chemischen Reaktionen. So besitzen sie z. B. nur das Fotosystem I, Coenzym NAD⁺, Bakterienchlorophylle als Fotosynthesepigmente und können außerdem keinen Sauerstoff herstellen. Während Aufbau und Vorgänge der Cyanobakterien denen der höheren Pflanzen entsprechen (z. B. auch Sauerstoffbildung), nehmen Chloroxybakterien eine Zwischenstellung in der Evolution der Fotosynthese ein.

Dass die Steinzeitmenschen in ihren Höhlen Kunstwerke schufen, ist dem modernen Mensch erst seit dem Beginn des 20. Jahrhunderts bewusst. So wurde z. B. die im Jahr 1880 entdeckte Höhlenkunst in der spanischen Höhle von Altamira anfangs nicht als Steinzeitkunst anerkannt. Erst nach und nach führten das Entdecken weiterer Fundorte zu einer wissenschaftlichen Akzeptanz. Im Jahre 1940 entdeckten spielende Kinder in der Nähe des Ortes Montignac (Dordogne) einen Zugang zu der Höhle von Lascaux, welche in einer Gesamtausdehnung von über 100 Metern Bilder von zahlreichen Pferden, Rindern, Wisenten, Katzen und Steinböcken enthält. Diese Höhle kann heute zu ihrem eigenen Schutz nicht mehr besichtigt werden. Stattdessen werden die Besucher in eine originalgetreue Kopie der Höhle geführt.

Die Höhlenkunst ist das älteste Zeugnis des Menschen für die Verwendung von Pigmenten und Bindemitteln. Sie entstand in der Steinzeit mit dem Ausgang der Eiszeit, einer Klimaperiode, in der weite Teile Europas noch mit Gletschern überzogen waren. Der Eingang der Grotte Cosquer in Südfrankreich liegt heute unter dem Meeresspiegel. Dies beweist, dass mit der Erwärmung des Klimas viel Eis abgeschmolzen ist und der Meeresspiegel anstieg.

Die Insekten sind in die drei Körperabschnitte Kopf, Brust und Hinterleib gegliedert. Sie besitzen am Kopf 1 Paar Fühler, 1 Paar leistungsfähige Augen und Mundwerkzeuge. An der Brust befinden sich 3 Paar gegliederte Beine sowie meist 2 Paar Flügel. Im Hinterleib liegen die inneren Organe.

Insekten atmen durch Tracheen. Sie besitzen ein offenes Blutgefäßsystem und ein Strickleiternervensystem.

Ein Teil der großen Tiergruppe Insekten wird nach der Anzahl und der Ausbildung der Flügel in die Insektenordnungen Käfer, Schmetterlinge, Zweiflügler und Hautflügler unterteilt.

Unter der Vielfalt der Insekten gibt es für den Menschen schädliche und nützliche Insekten.

In enger Verbindung mit der biologischen Evolution verlief die kulturelle Evolution des Menschen anfangs äußerst langsam, seit etwa 80 000 Jahren jedoch sehr beschleunigt. Dabei handelt es sich um die Herausbildung von Traditionen und deren Weitergabe von Generation zu Generation.

Biologische und kulturelle Evolution sollten als Einheit gesehen werden, da die Leistungen des Menschen nur aufgrund seiner genetischen Ausstattung möglich sind.