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Alles, was mit den Ohren gehört werden kann, ist Schall. Schall geht von Schallquellen aus. Seinem Wesen nach ist Schall eine longitudinale mechanische Welle, bei der sich zeitlich periodisch der Druck ändert. Schall breitet sich in einem Stoff mit einer bestimmten Geschwindigkeit, der Schallgeschwindigkeit, aus. Er kann reflektiert, gebrochen und absorbiert werden. Da Schall eine mechanische Welle ist, treten bei Schallwellen auch Beugung und Interferenz auf.

Der Schlaf ist ein Privileg, das nur wenige Lebewesen genießen. Im streng wissenschaftlichen Sinne schlafen nämlich nur Säugetiere und einige Vogelarten. Viele Menschen scheinen, unabhängig vom Alter, unter Schlafstörungen zu leiden. Schlaflabore versuchen, die Ursachen hierfür zu ermitteln und renommierte Forschungsinstitute gehen den Fragen nach: „Warum schlafen wir?“, „Was ist Schlaf?“, „Wie viel Schlaf brauchen Tiere und Menschen?“ usw.
Der Schlaf ist ein Zustand des Gehirns, der ein bewusstes Wahrnehmen der Umwelt einschränkt, indem die Organisation der Hirntätigkeit verändert wird und Reparaturleistungen an den Nervenzellen vollzogen werden können. Gleichzeitig sind körperliche Aktivitäten auf ein Minimum reduziert. Es scheint also, als ob Schlaf einen besonders intensiven Erholungszustand eines Organismus darstellt. Eine wahrhaft interessante Phase des Schlafs ist der REM-Schlaf, während dessen Träume entstehen können.

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.

Stress wird als Zustand bezeichnet, der durch außergewöhnliche psychische und physische Belastung eines Organismus auftritt und mit vielfältigen Reaktionen, die im Extremfall zu Erkrankungen führen, beantwortet wird. HANS SELYE (1907-1982) führte 1936 diesen Begriff ein. Reize, die Stress hervorrufen, werden als Stressoren bezeichnet.
Die Zustandsänderungen, die durch Stress entstehen, betreffen das Nervensystem: die catecholaminergen Neurone (sympathisches NS), Teile des Hypothalamus und des limbischen Systems; sowie das Hormonsystem: Adenohypohyse, Schilddrüse, Nebennierenmark und Nebennierenrinde.
Hoher Adrenalinspiegel, der nerval und hormonell entsteht, führt zur Mobilisierung der Körperfunktionen speziell des Betriebsstoffwechsel und wird als „fight or flight“-Syndrom bezeichnet.
Man unterscheidet Eustress, eine Mobilisierung der Körperfunktionen bei geringer Belastung und Distress, eine Dauerbelastung der Körperfunktionen mit möglicher Schädigung des Organismus.
Stressoren (Hitze, Wassermangel) treten auch bei Pflanzen auf. Ihre Regulationsmechanismen sind anders als bei Menschen und Tieren.

Die Anfänge der Körperbemalung und Tätowierung reichen bis in die Altsteinzeit zurück. Archäologische Funde belegen, dass bereits dort rotfarbige Mineralien wie Hämatit und Ocker zum Färben einzelner Körperteile verwendet wurden.
Körperbemalungen dienten nicht nur zum Verschönern der Körpers, sie machten vor allem die Stammeszugehörigkeit kenntlich und wurden für religiöse und rituelle Zeremonien benutzt.
Im Mittelalter wurden Diebe und Verbrecher als Zeichen der Schande tätowiert.
Die Geschichte der modernen Tätowierung in Europa begann Ende des 17. Jahrhunderts. An den fürstlichen Höfen wurden zu der Zeit nämlich tätowierte Insulaner aus der Südsee bestaunt und von Empfang zu Empfang gereicht. Daraufhin setzte eine regelrechte Modewelle ein. Tätowierungen wurden salonfähig. JAMES COOK, der berühmte Seefahrer, war es, der das Wort „Tattow“ in die englische Sprache einführte.

Unter Tee im allgemeinen Sinne versteht man Getränke, die durch Abkochen bestimmter Pflanzenteile hergestellt werden. Tee im engeren Sinne ist der Aufguss von Blättern der Teepflanze (Camellia sinensis). Die Teeblätter, die das anregend wirkende Alkaloid Koffein enthalten, werden vor Ort zum fertigen Endprodukt – grüner und schwarzer Tee – verarbeitet. Die erste schriftliche Erwähnung des Getränks stammt aus dem China des dritten Jahrtausends v. Chr. In China und Japan war und ist der Tee nicht nur Getränk, sondern auch kultisches Objekt (Teehäuser, Teezeremonie). Holländische und vor allem britische Schiffe brachten den Tee ab dem 17. Jahrhundert nach Europa, wo er in Großbritannien und Irland zum Nationalgetränk wurde.

Wie wir Schall empfinden, hängt in starkem Maße von der Tonhöhe und der Lautstärke ab. Beides sind keine physikalischen, sondern physiologische Größen. Die Tonhöhe wird durch die Frequenz (Schnelligkeit der Druckschwankungen) bestimmt. Je größer die Frequenz der Schwingungen ist, desto höher ist der Ton. Die Lautstärke wird durch die Amplitude der Schwingungen (Größe der Druckschwankungen) bestimmt. Je größer die Amplitude der Schwingungen ist, desto lauter ist der Ton. Die Lautstärke wird in der Einheit Phon (phon) angegeben und kann mit Schallpegelmessern bestimmt werden.

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.

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WISSENSTEST

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.

Bonellia viridis („Meerquappe“) gehört zur Gattung der Echiurida (Igelwürmer) und ist an Nordsee- und Atlantikküsten, vor allem aber im Mittelmeer verbreitet. Bonellia ist bekannt als Beispiel für extremen Geschlechtsdimorphismus und phänotypische (modifikatorische) Geschlechtsbestimmung. D. h. das Geschlecht wird beim Igelwurm Bonellia viridis modifikativ durch äußere Faktoren bestimmt. Trifft eine Larve auf ein Weibchen, entwickelt sie sich zu einem im Uterus parasitierenden Zwergmännchen. Ohne Kontakt entstehen dagegen Weibchen.

* 30.11.1927 in Cleveland Heights, Ohio
† 08.08.2003 in Lorain, Ohio

Das berühmte HERSHEY-CHASE-Experiment kennt fast jeder, der sich ein wenig mit der Geschichte der Biologie, insbesondere der Gentechnik beschäftigt hat. Kaum einer weiß jedoch, wer sich hinter dem Namen CHASE verbirgt.

Es handelt sich um die amerikanische Biologin MARTHA CHASE, die damals in den 1950er Jahren als Assistentin in ALFRED HERSHEYs (1908-1997) Labor arbeitete und mit ihm zusammen das Experiment, welches die DNA als den Träger der genetischen Information identifizierte, entwickelte. Das Ergebnis dieses Experiments war ein Meilenstein in der Entwicklung der Molekularbiologie.

Die Chorea Huntington gehört zu den schwerwiegendsten und häufigsten autosomal dominanten Erbkrankheiten. Sie tritt phänotypisch erst spät, meist nach dem 40. Lebensjahr auf und äußert sich im fortgeschrittenen Zustand in unkontrollierten veitstanzartigen Bewegungen, die auf eine allmähliche Degeneration der Neuronen im Gehirn zurückzuführen sind. Die Gehirndegeneration führt zu mentalen Veränderungen und später zu Persönlichkeitsveränderungen, die schließlich zum Tode führen. Das Fehlen jeglicher Therapie zum gegenwärtigen Zeitpunkt führt zu schwerwiegenden sozialen Problemen.

Durch endogene und exogene Faktoren verursacht treten an DNA-Molekülen immer wieder Schäden bzw. Fehler auf. Ebenso können im Verlauf der Replikation des Erbmaterials Fehler entstehen. Derartige Schäden können u. a. sein: fehlende Basen, veränderte Basen, inkorrekte Basenpaarung, Deletion oder Insertion einzelner oder mehrerer Nucleotide in einem der beiden DNA-Stränge, Pyrimidin-Dimere, Strangbrüche (Einzelstrangbruch) oder die kovalente Quervernetzung der DNA-Stränge. DNA-eigene Reparatursysteme dienen der Schadensbehebung und sichern somit das Überleben einzelner Zellen und Organismen. Bei der Replikation entstehende falsche Basenpaarungen können direkt durch die Fehlerbehebungs-Funktion von DNA-Polymerasen eliminiert werden. Im weiteren Verlauf des Zellzyklus auftretende DNA-Schäden können u. a. durch Krebs verursachende Chemikalien, ultraviolette Strahlung oder freie Radikale hervorgerufen werden. DNA-Reparatur-Prozesse sind im gesamten Organismenreich weitverbreitet und verlaufen in allen Organismen ähnlich, aus technischen Gründen sind sie jedoch an Mikroorganismen, besonders Escherichia coli, am gründlichsten untersucht.

Das Down-Syndrom ist noch unter anderen Namen bekannt: als Langdon-Down-Syndrom, als Trisomie 21 und als Mongolismus. Benannt wurde es nach dem britischen Arzt JOHN LANGDON HAYDON DOWN (1828-1896), der es als Erster beschrieb. Das Down-Syndrom wird durch eine Chromosomenanomalie verursacht, bei der das Chromosom 21 dreimal (daher auch Trisomie 21) und nicht wie normal nur zweimal vorliegt. Es äußert sich in Entwicklungsstörungen vor und nach der Geburt und äußerlich vor allem in der schrägen Stellung der Augenlidachse, die an mongolide Gesichtszüge erinnert und die zu dem ersten Namen des Syndroms – Mongolismus – geführt hat. Diese Bezeichnung ist jedoch veraltet und irreführend (v. a. weil die oft mit dem Syndrom einhergehenden geistigen Beeinträchtigungen diskriminierend für den Volksstamm der Mongolen waren) und wird heutzutage nicht mehr verwendet. Neben den körperlichen Auswirkungen, wie beispielsweise angeborenen Herzfehlern und Anomalien des Magen-Darm-Trakts ist nämlich auch die geistige Entwicklung merklich gestört, doch ist diese Störung individuell recht unterschiedlich ausgeprägt.

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.

Ein Gen ist eine abgegrenzte Funktionseinheit des genetischen Materials. Seine Basensequenz bestimmt die Struktur von Proteinen und RNA-Molekülen (tRNA, rRNA, mRNA). Diese sogenannten Strukturgene werden hinsichtlich ihrer Aktivität durch Kontrollgene reguliert. Die Informationskapazität eines Gens ist praktisch unbegrenzt.

Der Begriff Genexpression umfasst ganz allgemein die Realisierung der genetischen Information der DNA durch die Umwandlung und Herstellung funktioneller Proteine, d. h. genauer formuliert die im Verlauf der Transkription stattfindende Bildung von tRNA, rRNA und mRNA sowie die darauf aufbauende Translation reifer mRNA-Sequenzen zu Proteinen. Ein wesentlicher Teil dieses Prozesses ist die Proteinbiosynthese, die als Endergebnis die lebensnotwendigen Proteine bereitstellt. Die vollständige Ausprägung der genetischen Information führt zur Entwicklung des speziellen Phänotyps eines Organismus. Die Ausbildung eines Merkmals wird meist durch mehrere miteinander in Wechselwirkung stehende Gene kontrolliert und hängt darüber hinaus zum Teil auch von Umwelteinflüssen ab. Die nachfolgend beschriebenen Experimente dienen dem Nachweis einer speziell ausgeprägten Nahrungsbevorzugung bei Hefepilzen.

Mitte der 80er-Jahre tauchten in den USA die ersten Ideen auf, das menschliche Genom zu entschlüsseln. Man versprach sich davon, das Zusammenspiel der Gene untereinander und mit der Umwelt besser zu verstehen. Die Prophylaxe, Diagnostik und Therapie vieler weitverbreiteter Krankheiten, wie Herz-Kreislauf-Erkrankungen, Krebs, Diabetes oder Infektionskrankheiten, soll durch Kenntnisse aus der Genomforschung entscheidend verbessert werden. Der offizielle Beginn des Genomprojekts war 1990. Die vollständige Entschlüsselung des menschlichen Erbguts war 2003 abgeschlossen. Die wesentlich komplizierteren Forschungen zu den Funktionen, Regulationen und Wechselwirkungen der Gene schließen sich an das Humangenomprojekt an.

Laut biologischer Definition sind Mutationen spontane, d. h. natürlich verursachte, oder durch Mutagene induzierte Veränderungen des Erbguts (Veränderung der Basensequenz), die sich möglicherweise phänotypisch zeigen. Die Bezeichnung „Mutation“ wurde um 1901 von HUGO DE VRIES eingeführt. Cytologisch lassen sich Mutationen in 3 Gruppen einteilen: Genommutationen, Chromosomenmutationen und Genmutationen oder Punktmutationen. MAX DELBRÜCK (1906-1981) und SALVADOR LURIA (1912-1991) bewiesen in ihren Experimenten 1943 sowie JOSHUA LEDERBERG (1925-2008) 1952 die spontane Entstehung von Mutationen und die Nichtausrichtung auf einen bestimmten Adaptationswert.

Der Einsatz transgener Organismen in der Industrie, der Landwirtschaft, dem Umweltschutz, der Forschung und der Medizin wird immer vielfältiger. Sie können u. a. zur Stoffproduktion, wie z. B. für Medikamente oder Enzyme, zur Qualitätsverbesserung und Ertragssicherung von lanwirtschaftlichen Erzeugnissen, zur Beseitigung von Umweltverschmutzungen, aber auch zur Diagnostik und Therapie in der Medizin eingesetzt werden.

Die Wissenschaft von der gezielten Veränderung von Genen wird als Gentechnologie, ihre praktische Anwendung als Gentechnik bezeichnet. Die Gentechnik reicht durch ihre Ergebnisse in vielfältige Bereiche von Wissenschaft und Wirtschaft, wie Medizin, Pharmazie und Landwirtschaft.
Seit den 70er-Jahren des letzten Jahrhunderts wurde eine Vielzahl von genetisch-molekularbiologischen Verfahren entwickelt, die Voraussetzungen für die Gentechnik schufen.

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.

Eine neue Methode zur Behandlung genetisch bedingter Krankheiten ist die Gentherapie. Hierbei werden „gesunde“ Gene in das Erbgut der Patienten übertragen, um den Funktionsausfall defekter Gene zu kompensieren und somit die Krankheit zu heilen. Mithilfe der Gentherapie können bestimmte genetische Defekte behandelt werden. Dabei liegt ein genetischer Defekt vor, wenn bei einem Lebewesen ein Gen fehlt, defekt ist oder die beabsichtigte Funktion nicht erfüllt. Bei einer Gentherapie werden dem Körper einige Zellen entnommen. Diese Zellen erhalten das neue (therapeutische) Gen und werden danach wieder in den Körper eingebracht. Das Ziel einer Gentherapie besteht darin, in die genetische Information einer Körperzelle Erbsubstanz künstlich einzuschleusen. Für den ungezielten Transfer gibt es verschiedene Methoden (Vektoren), um ein therapeutisches Gen in eine Zelle zu transportieren. Im engeren Sinn wird dieser Ansatz auch als somatische Gentherapie bezeichnet (vom griechischen „Soma“ für Körper). Das veränderte Erbmaterial bleibt dabei auf das Gewebe oder den Körper des behandelten Menschen beschränkt, im Gegensatz zu einer in Deutschland als sogenannte „Keimbahntherapie“ nicht erlaubten Veränderung an Ei- oder Samenzellen, die weitervererbt werden könnte.

Das Gift der Herbstzeitlosen, das Colchicin, hemmt die Ausbildung von Mikrotubuli, da es sich an ihre Bausteine (Tubulindimere) bindet. Dadurch werden Mitose bzw. Meiose gehemmt. Dies ermöglicht die Herstellung von Karyogrammen (bildliche Darstellung der sortierten Chromosomen) mit Metaphasechromosomen. Das Gift kann aber auch zum Auslösen von Polyploidiemutationen in der Pflanzenzüchtung genutzt werden.