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* 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.

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.

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).

* 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.

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.