Biologie

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  Bakterien(Escherichia coli)
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  Tier(Rehbock)
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  Pflanze(Rotbuche)
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  Pilze (Pfifferling)

Biologie(vonaltgriechischβίοςbíos„Leben“undλόγοςlógoshier: „Lehre“,siehe auch-logie) oder historisch auchLebenskundeist dieWissenschaftvon der belebten Materie, denLebewesen.Sie ist ein Teilgebiet derNaturwissenschaftenund befasst sich sowohl mit den allgemeinen Gesetzmäßigkeiten des Lebendigen als auch mit den Besonderheiten der einzelnen Lebewesen: zum Beispiel mit ihrerEntwicklung,ihremBauplanund denphysikalischenundbiochemischenVorgängen in ihrem Inneren. Im FachBiologiewird in zahlreichen Teilgebieten geforscht. Zu den ganz allgemein auf das Verständnis des Lebendigen ausgerichteten Teilgebieten gehören insbesondereBiophysik,Genetik,Molekularbiologie,Ökologie,Physiologie,Theoretische BiologieundZellbiologie.Mit großen Gruppen der Lebewesen befassen sich dieBotanik(Pflanzen), dieZoologie(Tiere) und dieMikrobiologie(KleinstlebewesenundViren).

Die Betrachtungsobjekte der Biologie umfassen u. a.Moleküle,Organellen,Zellenund Zellverbände,GewebeundOrgane,aber auch dasVerhalteneinzelnerOrganismensowie deren Zusammenspiel mit anderen Organismen in ihrerUmwelt.Diese Vielfalt an Betrachtungsobjekten hat zur Folge, dass im Fach Biologie eine Vielfalt anMethoden,TheorienundModellenangewandt und gelehrt wird.

Die Ausbildung vonBiologenerfolgt an Universitäten im Rahmen einesBiologiestudiums,von Biologie-Lehramtsstudierenden zumindest zeitweise auch im Rahmen derBiologiedidaktik.

In neuerer Zeit haben sich infolge der fließenden Übergänge in andere Wissenschaftsbereiche (z. B.Medizin,PsychologieundErnährungswissenschaften) sowie wegen desinterdisziplinärenCharakters derForschungneben der BezeichnungBiologieweitere Bezeichnungen für die biologischen Forschungsrichtungen und Ausbildungsgänge etabliert wie zum BeispielBiowissenschaften,Life SciencesundLebenswissenschaften.

Geschichte

→Hauptartikel:Geschichte der Biologie

Allgemeines

Überlegungen zumLebengab es bereits um 600 v. Chr. bei dem griechischenNaturphilosophenThales von Milet,der dasWasserals den Anfang – den Urgrund – aller Dinge bezeichnet haben soll. Von derAntikebis insMittelalterberuhte die Biologie allerdings hauptsächlich auf derBeobachtungderNatur,also nicht aufExperimenten.In die Interpretation der Beobachtungen flossen zudem häufigTheorienwie dieVier-Elemente-Lehreoder verschiedenespirituelleHaltungen ein, so auch derSchöpfungsmythosder biblischenGenesis,demzufolge „Gott der HERR den Menschen aus Staub von der Erde “formte (Adam) und ihm „den Odem des Lebens in seine Nase “blies – „und so ward der Mensch ein lebendiges Wesen. “

Charles Darwin

Erst mit Beginn derwissenschaftlichen Revolutionin der frühenNeuzeitbegannenNaturforscher,sich vomÜbernatürlichenzu lösen. Im 16. und 17. Jahrhundert erweiterte sich zum Beispiel das Wissen über dieAnatomiedurch die Wiederaufnahme vonSektionenund Erfindungen wie dasMikroskopermöglichten ganz neue Einblicke in eine bis dahin nahezu unsichtbare Welt. Der Brüsseler Arzt und PhilosophJohan Baptista van Helmontgelangte, Gedanken vonParacelsusweiterentwickelnd, im 17. Jahrhundert zu einer biologischen Lebens- und Krankheitsauffassung.Die Entwicklung derChemiebrachte auch in der Biologie Fortschritte. Experimente, die zur Entdeckung von molekularen Lebensvorgängen wie derFermentationund derFotosyntheseführten, wurden möglich. Im 19. Jahrhundert wurden die Grundsteine für zwei große neue Wissenschaftszweige der Naturforschung gelegt:Gregor MendelsArbeiten an Pflanzenkreuzungen begründeten die Vererbungslehre und die spätereGenetikund Werke vonJean-Baptiste de Lamarck,Charles DarwinundAlfred Russel Wallacebegründeten dieEvolutionstheorien.

Die Bezeichnung Biologie, im modernen Sinne verwendet, scheint mehrfach unabhängig voneinander eingeführt worden zu sein.Gottfried Reinhold Treviranus(Biologie oder Philosophie der lebenden Natur,1802) undJean-Baptiste Lamarck(Hydrogéologie,1802) verwendeten und definierten ihn erstmals. Das Wort selbst wurde schon 1797 vonTheodor Gustav August Roose(1771–1803) im Vorwort seiner SchriftGrundzüge der Lehre von der Lebenskraftverwendet und taucht im Titel des dritten Bands vonMichael Christoph HanowsPhilosophiae naturalis sive physicae dogmaticae: Geologia, biologia, phytologia generalis et dendrologiavon 1766 auf. Zu den Ersten, die „Biologie “in einem umfassenden Sinn prägten, gehörte der deutsche Anatom und PhysiologeKarl Friedrich Burdach.

Mit der Weiterentwicklung der Untersuchungsmethoden drang die Biologie in immer kleinere Dimensionen vor. Im 19. Jahrhundert erhielt die Medizin mit der vonTheodor Schwannbegründeten tierischen Zellenlehre eine neue biologische Grundlage. Weitere Errungenschaften des Jahrhunderts waren die Anwendung derDeszendenztheorie,dervergleichenden Morphologieund Entwicklungsgeschichte auf dieAnatomiesowie wegbereitende ErkenntnissebiochemischerundbiophysikalischerLebensvorgänge.Im 20. Jahrhundert kamen die TeilgebietePhysiologieundMolekularbiologiezur Entfaltung. Grundlegende Strukturen wie die DNA, Enzyme, Membransysteme und die gesamte Maschinerie der Zelle können seitdem auf atomarer Ebene sichtbar gemacht und in ihrer Funktion genauer untersucht werden. Zugleich gewann die Bewertung von Datenerhebungen mit HilfestatistischerMethoden immer größere Bedeutung und verdrängte die zunehmend als bloß anekdotisch empfundene Beschreibung von Einzelphänomenen. Als Zweig derTheoretischen Biologiebegann sich seit den 1920er Jahren zudem, einemathematische Biologiezu etablieren.

Bis zur Mitte des 20. Jahrhunderts befassten sich Biologen neben Themen der Vererbung, Entwicklung und Beeinflussung des Menschen durch die Umwelt auch mit Fragen nach dem Wesen und Sinn des Lebens. So breitete sich der vonHans DrieschvertreteneNeovitalismusaus.Jakob Johann von Uexküllstellte 1909 seine Umwelttheorie auf,Hans Spemannund seine Schüler lieferten ab 1921 bahnbrechende Untersuchungen zum Organisatoreffekt, es erfolgten experimentelle Studien zu den biologischen Trägern der Erbmasse in der Zelle und 1927 wurden Mutationen als Folge von Röntgenbestrahlung vonHermann Joseph Mullernachgewiesen.

Seit dem Ende des 20. Jahrhunderts entwickeln sich aus der Biologie neue angewandte Disziplinen: Beispielsweise ergänzt dieGentechnikunter anderem die klassischen Methoden der Tier- und Pflanzenzucht und eröffnet zusätzliche Möglichkeiten, die Umwelt den menschlichen Bedürfnissen anzupassen.

Die praktische Biologie und Medizin gehörten zu den Disziplinen, in denen im Deutschen Reich noch Ende des 19. Jahrhunderts im Vergleich mit anderen Disziplinen am vehementesten Gegenwehr gegen die Zulassung von Frauen geübt wurde. So versuchten unter anderem E. Huschke, C. Vogt, P. J. Möbius und T. a.L. a.W. von Bischoff die geistigeInferioritätvon Frauen nachzuweisen, um deren Zulassung zum Studium zu verhindern.Hingegen waren die beschreibenden biologischen Naturwissenschaften (aber auch andere beschreibende Naturwissenschaften wie Physik und Mathematik) weiter. Hier zeigten sich die noch ausschließlich männlichen Lehrenden in einer Studie A. Kirchhoffs (1897) zumeist offen für die Zulassung von Frauen zum Studium.

Besondere Fortschritte (Auswahl)

Titelblatt von Robert Hookes 1665 erschienenem HauptwerkMicrographia,das zahlreiche mit Hilfe eines Mikroskops angefertigte Zeichnungen enthält.

• 600 v. Chr.Thales von Miletstellt die erste Theorie zur Entstehung des Lebens auf.
• 350 v. Chr.Aristoteles– diverse Schriften zur Zoologie
• 1. Jahrhundert n. Chr.Plinius der Ältereveröffentlicht die 37-bändigeNaturalis historiazur Botanik und Zoologie.
• 1665Robert Hookebeschreibt Zellen in Korkgewebe.
• 1683Antoni van Leeuwenhoekentdeckt Bakterien, Einzeller, Blutzellen und Spermien durchMikroskopie.
• 1758Carl von Linnébegründet in seinem WerkSystema Naturaedie bis heute gültigeTaxonomieim Tier- und Pflanzenreich
• um 1800 Entstehung der Auffassung von Lebewesen alsOrganismen(Georges Cuvier,Immanuel Kant), die konstitutiv für die (moderne) Biologie ist
• 1802Jean-Baptiste de Lamarck(Begründer der ersten Evolutionstheorie) undGottfried Reinhold Treviranusdefinieren als Erste den Begriff „Biologie “.
• 1839Theodor SchwannundMatthias Jacob Schleiden– Begründer derZelltheorie
• 1858Charles Darwin(1842, unveröffentlicht) undAlfred Russel Wallacebegründen unabhängig voneinander dieEvolutionstheorie.
• 1866Gregor Mendelserste Veröffentlichung über Versuche mit Pflanzenhybriden begründet die Genetik.
• 1879 Gesamtdarstellung der indirekten Kernteilung durchWalther Flemming
• 1881 Coelomtheorie vonOskar HertwigundRichard Hertwig
• 1888 Einführung der Bezeichnung „Chromosomen “durchWilhelm Waldeyer
• 1894 Entdeckung desPithecanthropusauf Java durchEugène Dubois
• 1925 mit der Aufstellung derLotka-Volterra-Gleichungen(Gleichungen zur Beschreibung vonRäuber-Beute-Beziehung) beginnt das Zeitalter der mathematischen Biologie
• 1935 erster eindeutiger Nachweis eines Virus durchWendell Meredith Stanley
• 1938 Einführung derÜbermikroskopiein Medizin und Biologie durchHelmut Ruska
• 1944Oswald Averyzeigt, dass die DNA, und nicht wie zuvor vermutet Proteine, der Träger der Erbinformationen ist
• 1950Barbara McClintockveröffentlicht ihre (lange Zeit nicht anerkannte) Entdeckung von beweglichen Elementen in der Erbmasse (Transposons). Heute bildet ihre Entdeckung die Grundlage gentechnologischer Verfahren
• 1952Alan Lloyd HodgkinundAndrew Fielding Huxleystellen dieGrundgleichungen der Elektrophysiologieauf
• 1953James D. WatsonundFrancis Crickveröffentlichen die Doppelhelixstruktur der DNA (wichtigen Anteil an der Strukturaufklärung hatten dabei auchRosalind FranklinundMaurice Wilkins)
• 1973John Maynard SmithundGeorge R. Priceführen das Konzept derEvolutionär Stabilen Strategieein.
• 1982 Hypothese überPrionen(infektiösesAgensohne Erbgut) vonStanley Prusiner.Anfang der 1990er Jahre wurden Prionen durch den sogenanntenRinderwahnsinnallgemein bekannt.
• 1983Kary Mulliserfindet diePolymerase-Kettenreaktion(PCR). DNA-Moleküle können fortan im Labor millionenfach vervielfältigt werden
• 1990–2003 Sequenzierung des menschlichen Erbguts durch dasHumangenomprojekt

Einteilung der Fachgebiete

Fachsystematik der Biologie

Die Biologie als Wissenschaft lässt sich durch die Vielzahl von Lebewesen, Untersuchungstechniken und Fragestellungen nach verschiedenen Kriterien in Teilbereiche untergliedern: Zum einen kann die Fachrichtung nach den jeweils betrachteten Organismengruppen (Pflanzen in der Botanik, Bakterien in der Mikrobiologie) eingeteilt werden. Andererseits kann sie auch anhand der bearbeiteten mikro- und makroskopischen Hierarchie-Ebenen (Molekülstrukturen in der Molekularbiologie, Zellen in der Zellbiologie) geordnet werden.

Die verschiedenen Systeme überschneiden sich jedoch, da beispielsweise die Genetik viele Organismengruppen betrachtet und in der Zoologie sowohl die molekulare Ebene der Tiere als auch ihr Verhalten untereinander erforscht wird. Die Abbildung zeigt in kompakter Form eine Ordnung, die beide Systeme miteinander verbindet.

Im Folgenden wird ein Überblick über die verschiedenen Hierarchie-Ebenen und die zugehörigen Gegenstände der Biologie gegeben. In seiner Einteilung orientiert er sich an der Abbildung. Beispielhaft sind Fachgebiete aufgeführt, die vornehmlich die jeweilige Ebene betrachten.

Mikrobiologie

→Hauptartikel:Mikrobiologie

Sie ist die Wissenschaft und Lehre von denMikroorganismen,also von den Lebewesen, die als Individuen nicht mit bloßem Auge erkannt werden können:Bakterienund andereEinzeller,bestimmtePilze,ein- und wenigzelligeAlgen(Mikroalgen) undViren.

Botanik / Pflanzenwissenschaft

→Hauptartikel:Botanik

Die Botanik (auch Pflanzenwissenschaft) ging aus derHeilpflanzenkundehervor und beschäftigt sich vor allem mit dem Bau, der Stammesgeschichte, der Verbreitung und dem Stoffwechsel der Pflanzen.

Zoologie / Tierbiologie

→Hauptartikel:Zoologie

Die Zoologie (auch Tierbiologie) beschäftigt sich vor allem mit dem Bau, der Stammesgeschichte, der Verbreitung und den Lebensäußerungen der Tiere.

Humanbiologie

→Hauptartikel:Humanbiologie

Die Humanbiologie ist eine Disziplin, die sich im engeren Sinn mit der Biologie des Menschen sowie den biologischen Grundlagen der Humanmedizin und im weiteren Sinn mit den für den Menschen relevanten Teilbereichen der Biologie befasst. Die Humanbiologie entstand als eigenständige Wissenschaftsdisziplin erst in der zweiten Hälfte des 20. Jahrhunderts.

Ihr verwandt ist diebiologische Anthropologie,welche jedoch zurAnthropologiegezählt wird. Ziel der biologischen Anthropologie mit ihren TeilgebietenPrimatologie,Evolutionstheorie,Sportanthropologie,Paläoanthropologie,Bevölkerungsbiologie,Industrieanthropologie,Genetik,Wachstum (Auxologie),KonstitutionundForensikist die Beschreibung, Ursachenanalyse und evolutionsbiologische Interpretation der Verschiedenheit biologischer Merkmale derHominiden.Ihre Methoden sind sowohl beschreibend als auch analytisch.

Molekularbiologie

→Hauptartikel:Molekularbiologie

Molekülstruktur einer DNA-Doppelhelix

Die grundlegende Stufe der Hierarchie bildet die Molekularbiologie. Sie ist jene biologische Teildisziplin, die sich mit Molekülen in lebenden Systemen beschäftigt. Zu den biologisch wichtigen Molekülklassen gehörenNukleinsäuren,Proteine,KohlenhydrateundLipide.Die NukleinsäurenDNAundRNAsind als Speicher der Erbinformation ein wichtiges Objekt der Forschung. Es werden die verschiedenenGeneund ihre Regulation entschlüsselt sowie die darin codierten Proteine untersucht. Eine weitere große Bedeutung kommt den Proteinen zu. Sie sind zum Beispiel in Form vonEnzymenals biologische Katalysatoren für beinahe alle stoffumsetzenden Reaktionen in Lebewesen verantwortlich. Neben den aufgeführten Gruppen gibt es noch viele weitere, wieAlkaloide,TerpeneundSteroide.Allen gemeinsam ist ein Grundgerüst ausKohlenstoff,Wasserstoffund oft auchSauerstoff,StickstoffundSchwefel.Auch Metalle spielen in sehr geringen Mengen in manchen Biomolekülen (z. B.ChlorophylloderHämoglobin) eine Rolle.

Biologische Disziplinen, die sich auf dieser Ebene beschäftigen, sind:

• Biochemie,
• Genetik undEpigenetik(DNA-unabhängige Vererbung von Merkmalen),
• Molekularbiologie,
• Pharmazeutische BiologieundToxikologie.

Zellbiologie

→Hauptartikel:Zellbiologie

Zellensind grundlegende strukturelle und funktionelle Einheiten von Lebewesen. Man unterscheidet zwischenprokaryotischenZellen, die keinenZellkernbesitzen und wenig untergliedert sind, undeukaryotischenZellen, deren Erbinformation sich in einem Zellkern befindet und die verschiedeneZellorganellenenthalten. Zellorganellen sind durch einfache oder doppelte Membranen abgegrenzte Reaktionsräume innerhalb einer Zelle. Sie ermöglichen den gleichzeitigen Ablauf verschiedener, auch entgegengesetzter chemischer Reaktionen. Einen großen Teil der belebten Welt stellen Organismen, die nur aus einer Zelle bestehen, dieEinzeller.Sie können dabei aus einer prokaryotischen Zelle bestehen (die Bakterien), oder aus einer eukaryotischen (wie manche Pilze).

In mehrzelligen Organismen schließen sich viele Zellen gleicher Bauart und mit gleicher Funktion zuGewebenzusammen. Mehrere Gewebe mit Funktionen, die ineinandergreifen, bilden einOrgan.

Biologische Disziplinen, vornehmlich auf dieser Ebene (Beispiele):

• Histologie,Anatomie
• Immunologie,Infektionsbiologie,Neurobiologie
• Mykologie,Mikrobiologie,Protozoologie,Phykologie
• Zellbiologie,Zellphysiologie

Entwicklungsbiologie

→Hauptartikel:Entwicklungsbiologie

Jedes Lebewesen ist Resultat einerEntwicklung.NachErnst Haeckellässt sich diese Entwicklung auf zwei zeitlich unterschiedlichen Ebenen betrachten:

• Durch dieEvolutionkann sich die Form von Organismen im Laufe der Generationen weiterentwickeln (Phylogenese).
• DieOntogeneseist die Individualentwicklung eines einzelnen Organismus von seiner Zeugung über seine verschiedenen Lebensstadien bis hin zum Tod. Die Entwicklungsbiologie untersucht diesen Verlauf.

Physiologie

→Hauptartikel:Physiologie

Die Physiologie befasst sich mit den physikalischen, biochemischen und informationsverarbeitenden Funktionen der Lebewesen. Physiologisch geforscht und ausgebildet wird sowohl in den akademischen Fachrichtungen Biologie und Medizin als auch in der Psychologie.

Genetik

→Hauptartikel:Genetik

Als Begründer der Genetik giltGregor Mendel.So entdeckte er die später nach ihm benanntenMendelschen Regeln,die in der Wissenschaft allerdings erst im Jahr 1900 rezipiert und bestätigt wurden. Der heute weitaus wichtigste Teilbereich der Genetik ist dieMolekulargenetik,die in den 1940er Jahren begründet wurde.

Verhaltensbiologie

→Hauptartikel:VerhaltensbiologieundEthologie

Die Verhaltensbiologie erforscht das Verhalten der Tiere und des Menschen. Sie beschreibt das Verhalten, stellt Vergleiche zwischen Individuen und Arten an und versucht, das Entstehen bestimmter Verhaltensweisen im Verlauf der Stammesgeschichte zu erklären, also den „Nutzen “für das Individuum.

Ökologie / Umweltbiologie

→Hauptartikel:Ökologie

Das Fachgebiet Ökologie (auch Umweltbiologie) setzt sich mit den Wechselwirkungen zwischen den Organismen und den abiotischen und biotischen Faktoren ihres Lebensraumes auf verschiedenen Organisationsebenen auseinander.

• Individuen: DieAutökologiebetrachtet vor allem Auswirkungen der abiotischen Faktoren wie Licht, Temperatur, Wasserversorgung oder jahreszeitlichen Wandel auf dasIndividuum.Biologische Disziplinen, die diese Ebene ebenfalls betrachten, sind beispielsweise dieAnthropologie,Zoologie,Botanikund Verhaltensbiologie.
• Populationen (Demökologie):

Bienen auf ihrer Wabe

EinePopulationist eine Fortpflanzungsgemeinschaft innerhalb einer Art in einem zeitlich und räumlich begrenzten Gebiet. Die Populationsökologie betrachtet vor allem die Dynamik der Populationen eines Lebensraumes auf Grund der Veränderungen der Geburten- und Sterberate, durch Veränderungen im Nahrungsangebot oder abiotischer Umweltfaktoren. Diese Ebene wird auch von der Verhaltensbiologie und derSoziobiologieuntersucht.

Im Zusammenhang mit der Beschreibung und Untersuchung sozialer Verbände wie Herden oder Rudel können auch die auf den Menschen angewandtenGesellschaftswissenschaftengesehen werden.

• Biozönosen (Synökologie): Sie stellen Gemeinschaften von Organismen dar. Pflanzen, Tiere, Pilze, Einzeller und Bakterien sind in einem Ökosystem meist voneinander abhängig und beeinflussen sich gegenseitig. Sie sind Teil von Stoffkreisläufen in ihrem Lebensraum bis hin zu den globalen Stoffkreisläufen wie demKohlenstoffzyklus.

Die Lebewesen können sich positiv (z. B.Symbiose), negativ (z. B.Fressfeinde,Parasitismus) oder einfach gar nicht beeinflussen.

Lebensgemeinschaft (Biozönose) und Lebensraum (Biotop) bilden zusammen einÖkosystem.

• DieLandschaftsökologieist auf die räumliche Ausprägung ökologischer Zusammenhänge und Regelkreise gerichtet. Sie erforscht das Zusammenwirken vonBiodiversitätundGeodiversitätauf der Ebene der daraus resultierendenLandschaftsdiversität.
• In derHumanökologiewerden im Besonderen die wechselseitigen Beziehungen zwischen Mensch und Umwelt in den Mittelpunkt gerückt.

Biologische Disziplinen, die sich mit Ökosystemen beschäftigen (Beispiele):

• Biogeografie,Biozönologie
• Ökologie,Chorologie,Geobotanik,Pflanzensoziologie

Da dieEvolutionder Organismen zu einer Anpassung an eine bestimmte Umwelt führen kann, besteht ein intensiver Austausch zwischen beiden Fachdisziplinen, was insbesondere in der Disziplin derEvolutionsökologiezum Ausdruck kommt.

Evolutionsbiologie und Systematik

→Hauptartikel:Evolution,Systematik (Biologie)undTaxonomie

DiePhylogenesebeschreibt die Entwicklung einer Art im Verlauf von Generationen. Hier betrachtet die Evolutionsbiologie die langfristige Anpassung an Umweltbedingungen und die Aufspaltung in neueArten.

Auf der Grundlage der phylogenetischen Entwicklung ordnet die biologische Taxonomie alle Lebewesen in ein Schema ein. Die Gesamtheit aller Organismen wird in drei Gruppen, dieDomänen,unterteilt, welche wiederum weiter untergliedert werden:

Phylogenetischer Baum, der die Einteilung der Lebewesen in die dreiDomänenzeigt

• Archaeen(Archaea)
• Bakterien(Bacteria)
• Eukaryoten(Eukarya)

Mit der Klassifizierung der Tiere in diesem System beschäftigt sich dieSpezielle Zoologie,mit der Einteilung der Pflanzen dieSpezielle Botanik,mit der Einteilung der Archaeen, Bakterien undPilzedieMikrobiologie.

Als häufige Darstellung wird einphylogenetischer Baumgezeichnet. Die Verbindungslinien zwischen den einzelnen Gruppen stellen dabei die evolutionäre Verwandtschaft dar. Je kürzer der Weg zwischen zwei Arten in einem solchen Baum, desto enger sind sie miteinander verwandt. Als Maß für die Verwandtschaft wird häufig die Sequenz eines weitverbreiteten Gens herangezogen.

Als in gewissem Sinne eine Synthese von Ökologie, Evolutionsbiologie und Systematik hat sich seit Ende der 1980er Jahre dieBiodiversitäts­forschung etabliert, die auch den Brückenschlag zu Schutzbestrebungen für die biologische Vielfalt und zu politischen Abkommen über Schutz und Nachhaltigkeit bildet.

Siehe auch:PaläontologieundPaläoanthropologie

Synthetische Biologie

→Hauptartikel:Synthetische Biologie

In diesem Fachgebiet versuchen Bio-Ingenieure, künstliche lebensfähige Systeme herzustellen, die wie naturgegebene Organismen von einem Genom gesteuert werden.

Theoretische Biologie

→Hauptartikel:Theoretische Biologie

Die Theoretische Biologie (auch Systemische Biologie) befasst sich mit mathematisch formulierbaren Grundprinzipien biologischer Systeme auf allen Organisationsstufen.

Systembiologie

→Hauptartikel:Systembiologie

Die Systembiologie versucht, Organismen in ihrer funktionellen Gesamtheit zu verstehen. Sie folgt derSystemtheorieund nutzt neben mathematischen Modellen auch Computersimulationen. Sie überschneidet sich mit der Theoretischen Biologie.

Arbeitsmethoden der Biologie

Die Biologie nutzt viele allgemein gebräuchlichewissenschaftliche Methoden,wie strukturiertes Beobachten, Dokumentation (Notizen, Fotos, Filme),Hypothesen­bildung, mathematische Modellierung, Abstraktion und Experimente. Bei der Formulierung von allgemeinen Prinzipien in der Biologie und der Knüpfung von Zusammenhängen stützt man sich sowohl auf empirische Daten als auch auf mathematische Sätze. Je mehr Versuche mit verschiedenen Ansatzpunkten auf das gleiche Ergebnis hinweisen, desto eher wird es als gültig anerkannt. Diese pragmatische Sicht ist allerdings umstritten; insbesondereKarl Popperhat sich gegen sie gestellt. Aus seiner Sicht können Theorien durch Experimente oder Beobachtungen und selbst durch erfolglose Versuche, eine Theorie zu widerlegen, nicht untermauert, sondern nur untergraben werden (sieheUnterdeterminierung von Theorien durch Evidenz).

Einsichten in die wichtigsten Strukturen und Funktionen der Lebewesen sind mit Hilfe von Nachbarwissenschaften möglich. DiePhysikbeispielsweise liefert eine Vielzahl Untersuchungsmethoden. Einfache optische Geräte wie das Lichtmikroskop ermöglichen das Beobachten von kleineren Strukturen wie Zellen und Zellorganellen. Das brachte neues Verständnis über den Aufbau von Organismen und mit derZellbiologieeröffnete sich ein neues Forschungsfeld. Mittlerweile gehört eine Palette hochauflösenderbildgebender Verfahren,wieFluoreszenzmikroskopieoderElektronenmikroskopie,zum Standard.

Als eigenständiges Fach zwischen den Wissenschaften Biologie undChemiehat sich dieBiochemieherausgebildet. Sie verbindet das Wissen um die chemischen und physikalischen Eigenschaften von den Bausteinen des Lebens mit der Wirkung auf das biologische Gesamtgefüge. Mit chemischen Methoden ist es möglich bei biologischer Versuchsführung zum Beispiel Biomoleküle mit einem Farbstoff oder einem radioaktivenIsotopzu versehen. Das ermöglicht ihre Verfolgung durch verschiedeneZellorganellen,den Organismus oder durch eine ganze Nahrungskette.

DieBioinformatikist eine sehr junge Disziplin zwischen der Biologie und derInformatik.Die Bioinformatik versucht mit Methoden der Informatik biologische Fragestellungen zu lösen. Im Gegensatz zur theoretischen Biologie, welche häufig nicht mit empirischen Daten arbeitet, um konkrete Fragen zu lösen, benutzt die Bioinformatik biologische Daten. So war eines der Großforschungsprojekte der Biologie, die Genomsequenzierung, nur mit Hilfe der Bioinformatik möglich. Die Bioinformatik wird aber auch in der Strukturbiologie eingesetzt, hier existieren enge Wechselwirkungen mit der Biophysik und Biochemie. Eine der fundamentalen Fragestellungen der Biologie, die Frage nach dem Ursprung der Lebewesen (auch als phylogenetischer Baum des Lebens bezeichnet, siehe Abbildung oben), wird heute mit bioinformatischen Methoden bearbeitet.

DieMathematikdient als Hauptinstrument der theoretischen Biologie der Beschreibung und Analyse allgemeinerer Zusammenhänge der Biologie. Beispielsweise erweist sich die Modellierung durch Systeme gewöhnlicherDifferenzialgleichungenin vielen Bereichen der Biologie (etwa derEvolutionstheorie,Ökologie, Neurobiologie und Entwicklungsbiologie) als grundlegend. Fragen der Phylogenetik werden mit Methoden der diskreten Mathematik und algebraischen Geometrie bearbeitet.

Zu Zwecken der Versuchsplanung und Analyse finden Methoden derStatistikAnwendung.

Die unterschiedlichen biologischen Teildisziplinen nutzen verschiedene systematische Ansätze:

• Mathematische Biologie:Aufstellen und Beweisen allgemeiner Sätze der Biologie.
• Biologische Systematik:Lebewesen charakterisieren und anhand ihrer Eigenschaften und Merkmale in ein System einordnen
• Physiologie: Zerlegung und Beschreibung von Organismen und ihren Bestandteilen mit anschließendem Vergleich mit anderen Organismen, mit dem Ziel einer Funktionserklärung
• Genetik: Katalogisieren und analysieren desErbgutesund derVererbung
• Verhaltensbiologie,Soziobiologie:Das Verhalten von Individuen, von artgleichen Tieren in der Gruppe und zu anderen Tierarten beobachten und erklären
• Ökologie: Beobachten einer oder mehrerer Arten in ihrem Lebensraum, ihrer Wechselbeziehung und den Auswirkungen biotischer und abiotischer Faktoren auf ihre Lebensweise
• Nutzansatz: die Zucht und Haltung vonNutzpflanzen,Nutztiereund Nutzmikroorganismen untersuchen und durch Variation der Haltungsbedingungen optimieren

Anwendungsbereiche der Biologie

Die Biologie ist eine naturwissenschaftliche Disziplin, die sehr viele Anwendungsbereiche hat. Durch biologische Forschung werden Erkenntnisse über den Aufbau des Körpers und die funktionellen Zusammenhänge gewonnen. Sie bilden eine zentrale Grundlage, auf der dieMedizinundVeterinärmedizinUrsachen und Auswirkungen von Krankheiten bei Mensch und Tier untersucht. Auf dem Gebiet derPharmaziewerden Medikamente, wie beispielsweiseInsulinoder zahlreicheAntibiotika,aus genetisch veränderten Mikroorganismen statt aus ihrer natürlichen biologischen Quelle gewonnen, weil diese Verfahren preisgünstiger und um ein Vielfaches produktiver sind. Für dieLandwirtschaftwerden Nutzpflanzen mittelsMolekulargenetikmitResistenzengegen Schädlinge versehen und unempfindlicher gegen Trockenheit und Nährstoffmangel gemacht. In derGenussmittel- undNahrungsmittelindustriesorgt die Biologie für eine breite Palette länger haltbarer und biologisch hochwertigerer Nahrungsmittel. Einzelne Lebensmittelbestandteile stammen auch hier von genetisch veränderten Mikroorganismen. So wird dasLabzur Herstellung von Käse heute nicht mehr aus Kälbermagen extrahiert, sondern mikrobiell erzeugt.

Weitere angrenzende Fachgebiete, die ihre eigenen Anwendungsfelder haben, sindEthnobiologie,Bionik,Bioökonomie,BioinformatikundBiotechnologie.

„Galerie des Lebens “(Vertreter verschiedener Organismengruppen)

• 
  RNA-Viren:
  SARS-CoV-2,Coronaviridae
• 
  DNA-Viren:Bacillus-Phage Gamma(KlasseCaudo­viricetes,Morpho­typSiphoviren)
• 
  Bacteria(Bakterien):Gemmatimonas aurantiaca
  (—: 1Mikrometer)
• 
  Archaea(„Urbakterien “):Halobacterium(Euryarchaeota)
• 
  Stramenopila/Chromista(Geißeltiere):Fucus serratus
• 
  Fungi(Pilze):Morchella esculenta
• 
  Planta(Pflanzen):Cocos nucifera
• 
  Animalia(mehrzellige Tiere):Bos primigenius taurus

Siehe auch

• Philosophie der Biologie

• Liste aller Wikipedia-Artikel, deren Titel mitBiologiebeginnt
• Liste aller Wikipedia-Artikel, deren TitelBiologieenthält

Literatur

• Ernst Almquist:Große Biologen.J.F. Lehmann Verlag, München 1931.
• Isaac Asimov:Geschichte der Biologie.Fischer, Frankfurt am Main 1968.
• Änne Bäumer:Geschichte der Biologie.
  • Band 1:Biologie von der Antike bis zur Renaissance.Lang, Frankfurt am Main [u. a.] 1991,ISBN 3-631-43312-3.
  • Band 2:Zoologie der Renaissance, Renaissance der Zoologie.Lang, Frankfurt am Main [u. a.] 1991,ISBN 3-631-43313-1.
  • Band 3:17. und 18. Jahrhundert.Lang, Frankfurt am Main [u. a.] 1996,ISBN 3-631-30317-3.
• Änne Bäumer:Bibliography of the history of biology / Bibliographie zur Geschichte der Biologie.Peter Lang, Frankfurt am Main u. a. 1997,ISBN 3-631-32261-5.
• Neil A. Campbell, Jane B. Reece:Biologie.6. Auflage. Pearson Studium, München 2006,ISBN 3-8273-7180-5.
• Christian Göldenboog:Das Loch im Walfisch. Die Philosophie der Biologie.Klett-Cotta, Stuttgart 2003. 270 S.ISBN 3-608-91991-0.
• Brigitte Hoppe:Biologie, Wissenschaft von der belebten Materie von der Antike zur Neuzeit. Biologische Methodologie und Lehren von der stofflichen Zusammensetzung der Organismen(=Sudhoffs Archiv.Beiheft 17). Franz Steiner, Wiesbaden 1976,ISBN 3-515-02163-9.(Zugleich Habilitationsschrift).
• Ilse Jahn(Hrsg.):Geschichte der Biologie. Theorien, Methoden, Institutionen, Kurzbiographien.3. Auflage. Spektrum, Heidelberg 2002 (und Kassel 2004),ISBN 3-8274-1023-1.
• Dieter Klämbt, Horst Kreiskott,Bruno Streit:Angewandte Biologie.VCH, Weinheim 1991,ISBN 3-527-28170-3.
• Ernst Mayr:Das ist Biologie.Die Wissenschaft des Lebens.Spektrum, Heidelberg 2000,ISBN 3-8274-1015-0.
• Ernst Mayr:Die Entwicklung der biologischen Gedankenwelt. Vielfalt, Evolution und Vererbung.Springer, Berlin 2002 (Nachdruck der Ausgabe 1984).
• Heinz Penzlin:Die theoretischen Konzepte der Biologie in ihrer geschichtlichen Entwicklung.In:Naturwissenschaftliche Rundschau.Band 62, Nr. 5, 2009,ISSN0028-1050,S. 233–243.
• William K. Purves u. a.:Biologie.10. Auflage. Springer Spektrum, Berlin 2019,ISBN 978-3-662-58171-1.
• Gertrud Scherf:Wörterbuch Biologie.Directmedia Publishing,CD-ROM, Berlin 2006,ISBN 978-3-89853-840-4.
• Georg Toepfer:Historisches Wörterbuch der Biologie. Geschichte und Theorie der biologischen Grundbegriffe.3 Bände. Metzler, Stuttgart 2011,ISBN 978-3-476-02316-2.

Weblinks

Commons:Biologie– Sammlung von Bildern, Videos und Audiodateien

Wikibooks: Biologie– Lern- und Lehrmaterialien

Wikiquote: Biologie– Zitate

Wikisource: Biologie– Quellen und Volltexte

Wiktionary: Biologie– Bedeutungserklärungen, Wortherkunft, Synonyme, Übersetzungen

Wiktionary: biologie (in anderen Sprachen)– Bedeutungserklärungen, Wortherkunft, Synonyme, Übersetzungen

• Literatur von und über Biologieim Katalog derDeutschen Nationalbibliothek
• Virtuelle Fachbibliothek Biologie(vifabio)
• BioLib.de– alte Bücher aus der Biologie mit vielen Originalabbildungen
• „Die Autonomie der Biologie “– umfangreicher Artikel von Ernst Mayr
• Verband Biologie, Biowissenschaften und Biomedizin in Deutschland
• ABA – Austrian Biologist AssociationVerein österreichischer Biologinnen und Biologen
• Marcel Weber:Experiment in Biology.In: Edward N. Zalta (Hrsg.):Stanford Encyclopedia of Philosophy.