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Organismus

  Eine Krabbe ist ein Beispiel für einen Organismus.   Vergrößern Eine Krabbe ist ein Beispiel für einen Organismus.

Im Biologie und Ökologie , ein Organismus (in Griechenland ein Organ = Instrument) ist ein Leben komplexes adaptives System von Organen, die sich gegenseitig so beeinflussen, dass sie in gewisser Weise als stabiles Ganzes funktionieren.

Der Ursprung des Lebens auf der Erde und die Beziehungen zwischen seinen Hauptlinien sind umstritten. Zwei Hauptklassen können unterschieden werden, die Prokaryoten und Eukaryoten . Die Prokaryoten werden im Allgemeinen als zwei getrennte Domänen angesehen, die als die bezeichnet werden Bakterien und Archaea, die einander nicht näher stehen als die Eukaryoten. Die Kluft zwischen Prokaryoten und Eukaryoten wird weithin als ein wichtiges fehlendes Glied in der Evolutionsgeschichte angesehen. Zwei eukaryotische Organellen, nämlich Mitochondrien und Chloroplasten, werden allgemein als von endosymbiotischen Bakterien abgeleitet angesehen.

Der Satz komplexer Organismus beschreibt jeden Organismus mit mehr als einem Zelle .



Semantik

Das Wort ' Organismus „kann allgemein definiert werden als eine Ansammlung von Molekülen, die sich gegenseitig so beeinflussen, dass sie als mehr oder weniger stabiles Ganzes funktionieren und Eigenschaften des Lebens haben. Viele lexikalische und wissenschaftliche Quellen fügen jedoch Bedingungen hinzu, die für die Definition des Wortes problematisch sind.

Das Oxford English Dictionary definiert einen Organismus als '[ein] einzelnes Tier, eine Pflanze oder eine einzellige Lebensform'. Diese Definition schließt problematischerweise nicht-tierische und pflanzliche mehrzellige Lebensformen wie einige Pilze und Protisten aus. Weniger kontrovers vielleicht schließt es aus Viren und theoretisch mögliche menschengemachte nicht-organische Lebensformen.

  Ein Polyporenpilz hat eine symbiotische Beziehung mit dieser Birke   Vergrößern Ein Polyporenpilz hat eine symbiotische Beziehung mit dieser Birke

Chambers Online Reference bietet eine viel breitere Definition: „Jede lebende Struktur, wie z. B. eine Pflanze, ein Tier, ein Pilz oder ein Bakterium, die wachsen und sich vermehren kann“. Die Definition betont Leben ; es erlaubt, dass jede Lebensform, ob organisch oder nicht, als Organismus betrachtet wird. Dies umfasst das gesamte zelluläre Leben sowie mögliches synthetisches Leben. Dieser Definition fehlt jegliche Annäherung an das Wort „Individuum“, das Viren ausschließen würde.

  Ein erikoider Mykorrhizapilz   Vergrößern Eine erikoide Mykorrhiza Pilz

Das Wort „Organismus“ bezeichnet üblicherweise eine eigenständige Ansammlung von Systemen (z Zellen . Das Konzept eines Organismus kann mit der Begründung in Frage gestellt werden, dass Organismen selbst niemals wirklich unabhängig von einem Ökosystem sind; Gruppen oder Populationen von Organismen funktionieren in einem Ökosystem in einer Weise, die der Funktion mehrzelliger Gewebe in einem Organismus nicht unähnlich ist; Wenn Organismen eine strenge Symbiose eingehen, sind sie in keiner Weise unabhängig, die nicht auch einem Organ oder einem Gewebe übertragen werden könnte. Symbiotische Pflanzen- und Algenbeziehungen bestehen aus radikal unterschiedlichen DNA-Strukturen zwischen kontrastierenden Gewebegruppen, die ausreichen, um ihre reproduktive Unabhängigkeit zu erkennen. Auf ähnliche Weise kann jedoch ein Organ innerhalb eines 'Organismus' (z. B. ein Magen) eine unabhängige und komplexe, voneinander abhängige Beziehung zu getrennten ganzen Organismen oder Gruppen von Organismen (einer Population von Viren oder Bakterien) haben, ohne Die stabile Funktion des Organs würde sich verändern oder aufhören. Andere Organe innerhalb dieses Systems (z. B. der Brustkorb) könnten von einer solchen Anordnung nur indirekt betroffen sein, ähnlich wie sich Arten in einem Ökosystem indirekt gegenseitig beeinflussen. Daher sind die Grenzen des Organismus fast immer umstritten, und alle lebende Materie existiert innerhalb größerer heterarchischer Lebenssysteme, die aus einer großen Vielfalt von vorübergehend lebenden und toten Geweben bestehen und in komplexen und dynamischen Beziehungen zueinander funktionieren.

Viren

Viren werden normalerweise nicht als Organismen angesehen, weil sie dazu nicht in der Lage sind unabhängig Fortpflanzung oder Stoffwechsel. Diese Kontroverse ist jedoch problematisch, da einige Parasiten und Endosymbionten auch nicht zu einem unabhängigen Leben fähig sind. Obwohl Viren über Enzyme und Moleküle verfügen, die für lebende Organismen charakteristisch sind, sind sie nicht in der Lage, außerhalb von a zu überleben Wirtszelle und die meisten ihrer Stoffwechselprozesse erfordern einen Wirt und seine „genetische Maschinerie“.

Superorganismus

Ein Superorganismus ist ein Organismus, der aus vielen Organismen besteht. Damit ist in der Regel eine soziale Einheit eusozialer Tiere gemeint, in der die Arbeitsteilung hochspezialisiert ist und in der die Individuen nicht in der Lage sind, längere Zeit alleine zu überleben. Ameisen sind das bekannteste Beispiel für einen solchen Superorganismus. Thermoregulation, ein Merkmal, das normalerweise von einzelnen Organismen gezeigt wird, tritt bei Individuen oder kleinen Gruppen von Honigbienen der Art nicht auf Apis mellifera . Wenn sich diese Bienen in Gruppen von 5000 bis 40000 zusammenschließen, kann die Kolonie thermoregulieren. James Lovelock , mit seiner „Gaia-Theorie“ hat die Arbeit von Vladimir Vernadsky parallelisiert, der das Ganze vorgeschlagen hat Biosphäre kann in mancher Hinsicht als Superorganismus betrachtet werden.

  Ein Meeresschwamm ist eine sehr einfache Art von vielzelligem Organismus   Vergrößern Ein Meeresschwamm ist eine sehr einfache Art von vielzelligem Organismus

Das Konzept des Superorganismus ist umstritten, wie viele Biologen behaupten, dass, damit eine soziale Einheit als eigenständiger Organismus betrachtet werden kann, die Individuen in ständiger physischer Verbindung miteinander stehen sollten, und ihre Evolution sollte durch Selektion auf die gesamte Gesellschaft statt auf Individuen geregelt werden. Während es allgemein anerkannt ist, dass die Gesellschaft eusozialer Tiere eine Einheit von ist natürliche Auslese Zumindest bis zu einem gewissen Grad behaupten die meisten Evolutionisten, dass die Individuen immer noch die primären Einheiten der Selektion sind.

Bleibt die Frage „Was ist zu beachten? der Einzelne ?'. Darwinisten wie Richard Dawkins schlagen vor, dass das ausgewählte Individuum das 'egoistische Gen' ist. Andere glauben, dass es das gesamte Genom eines Organismus ist. E. O. Wilson hat gezeigt, dass es bei Ameisenkolonien und anderen sozialen Insekten die Fortpflanzungseinheit des Gens ist Kolonie, die ausgewählt wird, und nicht ihre einzelnen Mitglieder. Dies könnte für die bakteriellen Mitglieder eines Stromatolithen gelten, die aufgrund genetischer Gemeinsamkeiten in gewisser Weise einen einzigen Genpool bilden. Gaian-Theoretiker wie Lynn Margulis würden argumentieren, dass dies gleichermaßen für die gilt Symbiogenese der bakteriellen Grundlagen der gesamten Erde.

Es würde aus Computersimulationen wie Daisyworld so biologisch erscheinen Auswahl findet auf mehreren Ebenen gleichzeitig statt.

Es wird auch argumentiert, dass der Mensch eigentlich ein Superorganismus ist, der Mikroorganismen wie z Bakterien . Es wird geschätzt, dass „die menschliche Darmmikrobiota aus 10 besteht 13 bis 10 14 Mikroorganismen, deren kollektives Genom ('Mikrobiom') mindestens 100-mal so viele Gene enthält wie unser eigenes[...] Unser Mikrobiom hat den Stoffwechsel von Glykanen, Aminosäuren und Xenobiotika erheblich angereichert; Methanogenese; und 2-Methyl-D-Erythritol-4-Phosphat-Weg-vermittelte Biosynthese von Vitaminen und Isoprenoiden. Der Mensch ist also ein Superorganismus, dessen Stoffwechsel eine Verschmelzung mikrobieller und menschlicher Eigenschaften darstellt.

Organisatorische Terminologie

Alle Organismen werden von der Wissenschaft der Alpha-Taxonomie entweder in Taxa oder Kladen klassifiziert.

Taxa sind geordnete Gruppen von Organismen, die vom Allgemeinen (Domäne) bis zum Spezifischen (Spezies) reichen. Ein breites Schema von Rängen in hierarchischer Reihenfolge ist:

  • Domain
  • Königreich
  • Stamm
  • Klasse
  • Befehl
  • Familie
  • Gattung
  • Spezies

Um ein Beispiel zu geben, Ein weiser Mann ist das lateinische Binom und entspricht dem modernen Menschen. Alle Mitglieder der Art sapiens sind, zumindest theoretisch, genetisch in der Lage, sich zu kreuzen. Mehrere Arten können zu einer Gattung gehören, aber die Mitglieder verschiedener Arten innerhalb einer Gattung können sich nicht kreuzen, um fruchtbare Nachkommen zu produzieren. Homo hat jedoch nur eine überlebende Spezies (sapiens); Stehender Mann , homo neandertalensis , &c. vor Tausenden von Jahren ausgestorben. Mehrere Gattungen gehören derselben Familie an und so weiter in der Hierarchie. Schließlich ist das relevante Königreich ( das Tier , im Fall des Menschen) wird in Abhängigkeit von bestimmten genetischen und strukturellen Merkmalen in eine der drei Domänen eingeordnet.

Alle der Wissenschaft bekannten lebenden Organismen werden von diesem System so klassifiziert, dass die Arten innerhalb einer bestimmten Familie enger verwandt und genetisch ähnlich sind als die Arten innerhalb eines bestimmten Stammes.

Chemie

Organismen sind komplexe chemische Reaktionen, die so organisiert sind, dass sie die Fortpflanzung und ein gewisses Maß an Nachhaltigkeit oder Überleben fördern. Die molekularen Phänomene der Chemie sind grundlegend für das Verständnis von Organismen, aber es ist ein philosophischer Fehler (Reduktionismus), die Biologie des Organismus auf bloße Chemie zu reduzieren. Es sind im Allgemeinen die Phänomene ganzer Organismen, die ihre Eignung für eine Umgebung und damit die Überlebensfähigkeit ihrer DNA-basierten Gene bestimmen.

Organismen verdanken ihren Ursprung, ihren Stoffwechsel und viele andere innere Funktionen eindeutig den Phänomenen auf der Ebene der Chemie, insbesondere der Chemie großer organischer Moleküle. Organismen sind komplexe Systeme chemischer Verbindungen, die durch Wechselwirkungen untereinander und mit der Umwelt verschiedenste Rollen spielen.

Organismen sind halbgeschlossene chemische Systeme. Obwohl sie individuelle Einheiten des Lebens sind (wie es die Definition erfordert), sind sie gegenüber der sie umgebenden Umwelt nicht abgeschlossen. Um zu funktionieren, nehmen sie ständig Energie auf und geben sie wieder ab. Autotrophe produzieren nutzbare Energie (in Form organischer Verbindungen) unter Verwendung von Sonnenlicht oder anorganischen Verbindungen, während Heterotrophe organische Verbindungen aus der Umwelt aufnehmen.

Die primäre Chemisches Element in diesen Verbindungen ist Kohlenstoff . Die physikalischen Eigenschaften dieses Elements, wie seine große Affinität zur Bindung an andere kleine Atome, einschließlich anderer Kohlenstoffatome, und seine geringe Größe, die es zur Bildung von Mehrfachbindungen befähigt, machen es zu einer idealen Grundlage für organisches Leben. Es ist in der Lage, kleine Verbindungen zu bilden, die drei Atome enthalten (wie z Kohlendioxid ) sowie große Ketten aus vielen tausend Atomen, die Daten speichern ( Nukleinsäuren), Zellen zusammenhalten und Informationen übertragen können ( Protein ).

Einige Zweige der Biologie, besonders Ökologie , keinen signifikanten Nutzen aus der Reduktion auf chemische Reaktionen ziehen.

Makromoleküle

Die Verbindungen, aus denen Organismen bestehen, können in Makromoleküle und andere, kleinere Moleküle unterteilt werden. Die vier Gruppen von Makromolekülen sind Nukleinsäuren, Proteine , Kohlenhydrate u Lipide . Nukleinsäuren (insbesondere Desoxyribonukleinsäure oder DNA) speichern genetische Daten als eine Sequenz von Nukleotiden. Die besondere Abfolge der vier verschiedenen Arten von Nukleotiden (Adenin, Cytosin, Guanin und Thymin) diktiert die vielen Eigenschaften, die den Organismus ausmachen. Die Sequenz ist unterteilt in Kodons , von denen jede eine bestimmte Sequenz von drei Nukleotiden ist und einer bestimmten Aminosäure entspricht. Eine DNA-Sequenz kodiert also für ein bestimmtes Protein, das sich aufgrund der chemischen Eigenschaften der Aminosäuren, aus denen es aufgebaut ist, auf eine bestimmte Weise faltet und so eine bestimmte Funktion erfüllt.

Die folgenden Funktionen von Proteinen wurden erkannt:

  1. Enzyme, die alle Stoffwechselreaktionen katalysieren;
  2. Strukturproteine ​​wie Tubulin oder Kollagen;
  3. Regulatorische Proteine ​​wie Transkriptionsfaktoren oder Cycline, die den Zellzyklus regulieren;
  4. Signalmoleküle oder ihre Rezeptoren wie einige Hormone und ihre Rezeptoren;
  5. Abwehrproteine, die alles umfassen können, von Antikörpern des Immunsystems über Toxine (z. B. Dendrotoxine von Schlangen) bis hin zu Proteinen, die ungewöhnliche Aminosäuren wie Canavanin enthalten.

Lipide bilden die Zellmembran, die eine Barriere darstellt, die alles innerhalb der Zelle enthält und Verbindungen daran hindert, ungehindert in die Zelle hinein und aus ihr heraus zu gelangen. In manchen vielzelligen Organismen dienen sie dazu, Energie zu speichern und die Kommunikation zwischen Zellen zu vermitteln. Kohlenhydrate speichern und transportieren in manchen Organismen auch Energie, werden aber leichter abgebaut als Lipide.

Struktur

Alle Organismen bestehen aus sogenannten monomeren Einheiten Zellen ; einige enthalten eine einzelne Zelle ( einzellig) und andere enthalten viele Einheiten ( vielzellig). Mehrzellige Organismen sind in der Lage, Zellen zu spezialisieren, um bestimmte Funktionen auszuführen, eine Gruppe solcher Zellen ist Gewebe, dessen vier Grundtypen Epithel, Nervengewebe, Muskelgewebe und Bindegewebe sind. Mehrere Arten von Gewebe arbeiten in Form eines Organs zusammen, um eine bestimmte Funktion zu erfüllen (z. B. das Pumpen des Blutes durch das Herz oder als Barriere zur Umwelt wie die Haut). Dieses Muster setzt sich auf einer höheren Ebene fort, wobei mehrere Organe als Organsystem fungieren, um Fortpflanzung, Verdauung usw. zu ermöglichen. Viele vielzellige Organismen bestehen aus mehreren Organsystemen, die sich koordinieren, um Leben zu ermöglichen.

Die Zelle

Die Zelltheorie, erstmals 1839 von Schleiden und Schwann entwickelt, besagt, dass alle Organismen bestehen aus einer oder mehreren Zellen; alle Zellen stammen aus bereits bestehenden Zellen; Alle lebenswichtigen Funktionen eines Organismus finden in Zellen statt, und Zellen enthalten die erbliche Informationen notwendig, um Zellfunktionen zu regulieren und Informationen an die nächste Zellgeneration weiterzugeben.

Es gibt zwei Arten von Zellen, eukaryotische und prokaryotische. Prokaryotische Zellen sind normalerweise Einlinge, während eukaryotische Zellen normalerweise in mehrzelligen Organismen zu finden sind. Prokaryotischen Zellen fehlt also eine Kernmembran DNS innerhalb der Zelle ungebunden ist, haben eukaryotische Zellen Kernmembranen.

Alle Zellen, ob prokaryotisch oder eukaryotisch, haben eine Membran, die die Zelle umhüllt, ihr Inneres von ihrer Umgebung trennt, das Ein- und Ausströmen reguliert und das elektrische Potential der Zelle aufrechterhält. Innerhalb der Membran, a salzig Zytoplasma nimmt den größten Teil des Zellvolumens ein. Alle Zellen besitzen DNS , das Erbmaterial von Genen, und RNA, die die Informationen enthält, die zum Aufbau verschiedener erforderlich sind Proteine wie Enzyme, die primäre Maschinerie der Zelle. Es gibt auch andere Arten von Biomolekülen in Zellen.

Alle Zellen haben mehrere Fähigkeiten gemeinsam:

  • Fortpflanzung durch Zellteilung (binäre Spaltung, Mitose oder Meiose).
  • Verwendung von Enzymen und anderen Proteine codiert für durch DNS Gene und hergestellt über Boten-RNA-Zwischenprodukte und Ribosomen.
  • Stoffwechsel, einschließlich Rohstoffaufnahme, Aufbau von Zellbestandteilen, Umwandlung Energie , Moleküle und Freisetzung von Nebenprodukten. Das Funktionieren einer Zelle hängt von ihrer Fähigkeit ab, in organischen Molekülen gespeicherte chemische Energie zu extrahieren und zu nutzen. Diese Energie wird aus Stoffwechselwegen gewonnen.
  • Reaktion auf äußere und innere Reize wie Änderungen der Temperatur, des pH-Werts oder des Nährstoffgehalts.
  • Zellinhalte sind in einer Zelloberflächenmembran enthalten, die Proteine ​​und eine Lipiddoppelschicht enthält.

Lebensspanne

Einer der grundlegenden Parameter des Organismus ist seine Lebensdauer. Einige Tiere leben nur einen Tag, während einige Pflanzen Tausende von Jahren alt werden können. Das Altern ist wichtig, wenn es darum geht, die Lebensdauer der meisten Organismen, Bakterien, Viren oder sogar eines zu bestimmen Prion .

Evolution

  Ein hypothetischer phylogenetischer Baum aller existierenden Organismen, basierend auf 16S-rRNA-Gensequenzdaten, der die Evolutionsgeschichte der drei Domänen des Lebens, Bakterien, Archaea und Eukaryoten, zeigt. Ursprünglich vorgeschlagen von Carl Woese.   Vergrößern Ein hypothetischer phylogenetischer Baum aller existierenden Organismen, basierend auf 16S-rRNA-Gensequenzdaten, der die Evolutionsgeschichte der drei Bereiche des Lebens zeigt, Bakterien , Archaeen u Eukaryoten . Ursprünglich vorgeschlagen von Carl Woese.

In der Biologie geht die Theorie der universellen gemeinsamen Abstammung davon aus, dass alle Organismen auf der Erde von einem gemeinsamen Vorfahren oder Genpool der Vorfahren abstammen.

Beweise für eine gemeinsame Abstammung können in Merkmalen gefunden werden, die alle lebenden Organismen gemeinsam haben. Zu Darwins Zeiten basierte der Beweis gemeinsamer Merkmale ausschließlich auf der sichtbaren Beobachtung morphologischer Ähnlichkeiten, wie etwa der Tatsache, dass alle Vögel Flügel haben, selbst diejenigen, die nicht fliegen. Heute gibt es starke Hinweise aus der Genetik, dass alle Organismen einen gemeinsamen Vorfahren haben. Zum Beispiel verwendet jede lebende Zelle Nukleinsäuren als ihr genetisches Material und verwendet die gleichen zwanzig Aminosäuren als Bausteine ​​für Proteine . Alle Organismen verwenden dasselbe genetischer Code (mit einigen äußerst seltenen und geringfügigen Abweichungen), um Nukleinsäuresequenzen in Proteine ​​zu übersetzen. Die Universalität dieser Merkmale deutet stark auf eine gemeinsame Abstammung hin, da die Auswahl vieler dieser Merkmale willkürlich erscheint.

Informationen über die frühe Entwicklung des Lebens beinhalten Beiträge aus den Bereichen Geologie und Planetenwissenschaften. Diese Wissenschaften liefern Informationen über die Geschichte der Erde und die Veränderungen, die das Leben hervorgebracht hat. Viele Informationen über die frühe Erde sind jedoch im Laufe der Zeit durch geologische Prozesse zerstört worden.

Geschichte des Lebens

Die chemische Evolution von selbstkatalytischen chemischen Reaktionen zu Leben (siehe Ursprung des Lebens) ist kein Teil der biologischen Evolution, aber es ist unklar, an welchem ​​Punkt solche zunehmend komplexen Reaktionsfolgen zu dem wurden, was wir heute als lebende Organismen betrachten würden.

  Präkambrische Stromatolithen in der Siyeh-Formation, Glacier National Park. Im Jahr 2002 veröffentlichte William Schopf von der UCLA einen umstrittenen Artikel in der Zeitschrift Nature, in dem er argumentierte, dass Formationen wie diese 3,5 Milliarden Jahre alte versteinerte Algenmikroben besäßen. Wenn das stimmt, wären sie das früheste bekannte Leben auf der Erde.   Vergrößern Präkambrium Stromatolithen in der Siyeh-Formation, Glacier-Nationalpark . Im Jahr 2002 veröffentlichte William Schopf von der UCLA einen kontroversen Artikel in der Zeitschrift Natur argumentieren, dass Formationen wie diese 3,5 Milliarden Jahre alt sind versteinert Algen Mikroben. Wenn das stimmt, wären sie das früheste bekannte Leben auf der Erde.

Über die frühesten Entwicklungen im Leben ist nicht viel bekannt. Alle existierenden Organismen teilen jedoch bestimmte Merkmale, einschließlich Zellstruktur und genetischer Code . Die meisten Wissenschaftler interpretieren dies so, dass alle existierenden Organismen einen gemeinsamen Vorfahren haben, der bereits die grundlegendsten zellulären Prozesse entwickelt hat, aber es gibt keinen wissenschaftlichen Konsens über die Beziehung der drei Lebensbereiche ( Archaea, Bakterien , Eukaryota) oder der Ursprung des Lebens. Versuche, Licht in die früheste Geschichte des Lebens zu bringen, konzentrieren sich im Allgemeinen auf das Verhalten von Makromolekülen, insbesondere RNA, und das Verhalten komplexer Systeme.

Die Entstehung von Sauerstoff Photosynthese (vor etwa 3 Milliarden Jahren) und die anschließende Entstehung einer sauerstoffreichen, nicht reduzierenden Atmosphäre lassen sich durch die Bildung von gebänderten Eisenablagerungen und später roten Schichten von Eisenoxiden verfolgen. Dies war eine notwendige Voraussetzung für die Entwicklung der aeroben Zellatmung, die vermutlich vor etwa 2 Milliarden Jahren entstanden ist.

In den letzten Milliarden Jahren begannen einfache vielzellige Pflanzen und Tiere in den Ozeanen aufzutauchen. Bald nach dem Auftauchen der ersten Tiere, der kambrische Explosion (eine Zeit von konkurrenzloser und bemerkenswerter, aber kurzer, organismischer Vielfalt, die in den im Burgess Shale gefundenen Fossilien dokumentiert ist) sah die Entstehung aller wichtigen Körperpläne oder Stämme moderner Tiere. Es wird nun angenommen, dass dieses Ereignis durch die Entwicklung der Hox-Gene ausgelöst wurde. Vor etwa 500 Millionen Jahren, Pflanzen und Pilze kolonisierten das Land und wurden bald von gefolgt Arthropoden und andere Tiere, was zur Entwicklung von Landökosystemen führt, mit denen wir vertraut sind.

Der Evolutionsprozess kann außerordentlich langsam sein. Fossile Beweise deuten darauf hin, dass sich die Vielfalt und Komplexität des modernen Lebens über einen Großteil der Zeit entwickelt hat Geschichte der Erde . Geologisch Beweise deuten darauf hin, dass die Erde etwa 4,6 Milliarden Jahre alt ist. Studien über Guppys von David Reznick an der University of California, Riverside, haben jedoch gezeigt, dass die Evolutionsrate durch natürliche Selektion 10.000 bis 10 Millionen mal schneller voranschreiten kann, als es im Fossilienbestand angegeben ist. Solche vergleichenden Studien sind es jedoch unweigerlich voreingenommen durch Unterschiede in den Zeitskalen, in denen evolutionäre Veränderungen im Labor, in Feldexperimenten und im Fossilienbestand gemessen werden.

Horizontaler Gentransfer und die Geschichte des Lebens

Die Abstammung lebender Organismen wurde traditionell aus der Morphologie rekonstruiert, wird jedoch zunehmend durch Phylogenetik ergänzt - die Rekonstruktion von Phylogenien durch den Vergleich genetischer (normalerweise DNA-) Sequenzen.

„Sequenzvergleiche deuten auf einen kürzlichen horizontalen Transfer vieler Gene zwischen verschiedenen Arten hin, einschließlich über die Grenzen phylogenetischer ‚Domänen‘ hinweg. Daher kann die Bestimmung der phylogenetischen Geschichte einer Art nicht abschließend durch die Bestimmung von Evolutionsbäumen für einzelne Gene erfolgen.“

Der Biologe Gogarten schlägt vor, dass „die ursprüngliche Metapher eines Baums nicht mehr zu den Daten aus der jüngsten Genomforschung passt“, daher „sollten Biologen die Metapher eines Mosaiks verwenden, um die verschiedenen Geschichten zu beschreiben, die in einzelnen Genomen kombiniert sind, und [die] Metapher eines Netzes verwenden um den reichhaltigen Austausch und die kooperativen Wirkungen von HGT zwischen Mikroben zu visualisieren.'

Ökologie

Das Ökosystemkonzept

Das erste Prinzip der Ökologie ist, dass jeder lebende Organismus eine ständige und kontinuierliche Beziehung zu jedem anderen Element hat, aus dem seine Umgebung besteht. Ein Ökosystem kann als jede Situation definiert werden, in der es eine Wechselwirkung zwischen Organismen und ihrer Umwelt gibt.

Das Ökosystem besteht aus zwei Einheiten, der Gesamtheit des Lebens, der Biozönose und dem Medium, dass das Leben im Biotop existiert. Innerhalb des Ökosystems sind Arten in der Nahrungskette miteinander verbunden und voneinander abhängig und tauschen sich aus Energie und Angelegenheit untereinander und mit ihrer Umwelt.

Das Konzept eines Ökosystems kann auf Einheiten unterschiedlicher Größe angewendet werden, wie z Teich , ein Feld oder ein Stück Totholz. Eine Einheit kleinerer Größe heißt a Mikroökosystem . Ein Ökosystem kann zum Beispiel ein Stein und alles Leben darunter sein. EIN Mesoökosystem könnte ein sein Wald , und ein Makroökosystem eine ganze Ökoregion mit ihrem Einzugsgebiet.

Die Hauptfragen bei der Untersuchung eines Ökosystems sind:

  • Ob die Besiedlung einer öden Fläche durchführbar wäre
  • Untersuchen Sie die Dynamik und Veränderungen des Ökosystems
  • Die Methoden, mit denen ein Ökosystem auf lokaler, regionaler und globaler Ebene interagiert
  • Ob der aktuelle Zustand stabil ist
  • Untersuchung des Werts eines Ökosystems und der Art und Weise, wie das Zusammenspiel ökologischer Systeme dem Menschen zugute kommt, insbesondere bei der Bereitstellung von gesundem Wasser.

Ökosysteme werden oft anhand der betreffenden Biotope klassifiziert. Folgende Ökosysteme können definiert werden:

  • B. kontinentale Ökosysteme, wie Waldökosysteme, Wiesenökosysteme wie Steppen oder Savannen) oder Agrarökosysteme
  • B. Ökosysteme von Binnengewässern, wie lentische Ökosysteme wie Seen oder Teiche ; oder lotische Ökosysteme wie z Flüsse
  • Als ozeanische Ökosysteme.

Eine andere Klassifizierung kann unter Bezugnahme auf seine Gemeinschaften erfolgen, wie im Fall eines menschlichen Ökosystems.

Räumliche Beziehungen und Unterteilungen von Grundstücken

Ökosysteme sind nicht voneinander isoliert, sondern stehen in Wechselbeziehung. Zum Beispiel, Wasser kann zwischen Ökosystemen zirkulieren durch a Fluss oder Meeresströmung. Wasser selbst definiert als flüssiges Medium sogar Ökosysteme. Einige Arten wie Lachse oder Süßwasseraale bewegen sich zwischen Meeressystemen und Süßwassersystemen. Diese Beziehungen zwischen den Ökosystemen führen zum Konzept von a Biom .

Ein Biom ist eine homogene ökologische Formation, die über eine große Region als Tundra oder Steppe existiert. Das Biosphäre umfasst alle Biome der Erde – die Gesamtheit der Orte, an denen Leben möglich ist – von den höchsten Bergen bis in die Tiefen der Ozeane.

Biome entsprechen ziemlich gut Unterteilungen, die entlang der Breitengrade verteilt sind, vom Äquator bis zu den Polen, mit Unterschieden, die auf der physischen Umgebung (z. B. Ozeane oder Bergketten) und auf der Klima . Ihre Variation hängt im Allgemeinen mit der Verteilung der Arten gemäß ihrer Fähigkeit zusammen, Temperatur und/oder Trockenheit zu tolerieren. Man findet zum Beispiel photosynthetisch Algen nur in der photisch Teil des Ozeans (wo Licht eindringt), während Nadelbäume hauptsächlich in Bergen zu finden sind.

Obwohl dies eine Vereinfachung eines komplizierteren Schemas ist, nähern sich Breite und Höhe einer guten Darstellung der Verteilung von an Biodiversität innerhalb der Biosphäre. Ganz allgemein nimmt der Reichtum an Biodiversität (sowohl bei Tier- als bei Pflanzenarten) in Äquatornähe am schnellsten ab (wie in Brasilien ) und weniger schnell, wenn man sich den Polen nähert.

Die Biosphäre kann auch in Ökozonen unterteilt werden, die heute sehr gut definiert sind und hauptsächlich den Kontinentalgrenzen folgen. Die Ökozonen sind selbst in Ökoregionen unterteilt, obwohl es keine Einigung über ihre Grenzen gibt.

Ökosystemproduktivität

In einem Ökosystem hängen im Allgemeinen die Verbindungen zwischen Arten zusammen Lebensmittel und ihre Rolle in der Nahrungskette. Es gibt drei Kategorien von Organismen:

  • Produzenten - normalerweise Pflanzen, die dazu in der Lage sind Photosynthese Es könnten aber auch andere Organismen wie Bakterien in der Nähe von Meeresschlote sein, die zur Chemosynthese fähig sind.
  • Verbraucher -- Tiere, die Primärkonsumenten (Pflanzenfresser) oder Sekundär- oder Tertiärkonsumenten (Fleischfresser) sein können.
  • Zersetzer -- Bakterien , Pilze, die organische Stoffe aller Kategorien abbauen und der Umwelt Mineralien zurückgeben.

Diese Beziehungen bilden Sequenzen, in denen jedes Individuum das vorhergehende konsumiert und vom nachfolgenden konsumiert wird, in sogenannten Nahrungsketten oder Nahrungsnetzwerken. In einem Nahrungsnetzwerk gibt es auf jeder Ebene weniger Organismen, wenn man den Gliedern des Netzwerks in der Kette nach oben folgt.

Diese Konzepte führen zu der Vorstellung von Biomasse (der gesamten lebenden Materie an einem bestimmten Ort), der Primärproduktivität (der Zunahme der Pflanzenmasse während einer bestimmten Zeit) und der Sekundärproduktivität (der lebenden Materie, die von Verbrauchern und Zersetzern produziert wird). eine bestimmte Zeit).

Diese beiden letzten Ideen sind entscheidend, da sie es ermöglichen, die Belastungskapazität zu bewerten – die Anzahl von Organismen, die von einem bestimmten Ökosystem unterstützt werden können. In jedem Lebensmittelnetzwerk wird die auf der Ebene der Erzeuger enthaltene Energie nicht vollständig auf die Verbraucher übertragen. Und je höher man in der Kette aufsteigt, desto mehr Energie und Ressourcen gehen verloren und werden verbraucht. Aus energetischer und ökologischer Sicht ist es daher für Menschen effizienter, Primärverbraucher zu sein (um sich von Gemüse, Getreide, Hülsenfrüchten, Obst, Baumwolle usw. zu ernähren) als Sekundärverbraucher (durch den Verzehr von Pflanzenfressern, Allesfressern). , oder deren Produkte wie Milch, Hühner, Rinder, Schafe usw.) und noch mehr als als Drittkonsument (durch den Verzehr von Fleischfressern, Allesfressern oder deren Produkten wie Pelz, Schweine, Schlangen, Alligatoren usw. ). Ein oder mehrere Ökosysteme sind instabil, wenn die Belastungskapazität überschritten wird, und sind besonders instabil, wenn eine Bevölkerung keine ökologische Nische und Überkonsumenten hat.

Die Produktivität von Ökosystemen wird manchmal geschätzt, indem drei Arten von landgestützten Ökosystemen und die Gesamtheit der aquatischen Ökosysteme verglichen werden:

  • Die Wälder (1/3 der Landfläche der Erde) enthalten dichte Biomassen und sind sehr produktiv. Die Gesamtproduktion der Wälder der Welt entspricht der Hälfte der Primärproduktion.
  • Savannen, Wiesen und Sümpfe (1/3 der Landfläche der Erde) enthalten weniger dichte Biomasse, sind aber produktiv. Diese Ökosysteme stellen den größten Teil dessen dar, wovon die Menschen auf Nahrung angewiesen sind.
  • Extreme Ökosysteme in Gebieten mit extremerem Klima – Wüsten und Halbwüsten, Tundra, Almwiesen und Steppen – (1/3 der Landfläche der Erde) haben sehr spärliche Biomasse und geringe Produktivität
  • Schließlich enthalten die Meeres- und Süßwasserökosysteme (3/4 der Erdoberfläche) sehr spärliche Biomassen (abgesehen von den Küstenzonen).

Die Handlungen der Menschheit in den letzten Jahrhunderten haben die von Wäldern bedeckte Fläche der Erde erheblich reduziert ( Entwaldung) und die Agrarökosysteme vergrößert ( Landwirtschaft ). In den letzten Jahrzehnten ist eine Zunahme der von extremen Ökosystemen besetzten Flächen eingetreten (Wüstenbildung).