Reflexe - Automatische Reaktionen

Der Kniesehnenreflex ist das perfekte Beispiel für einen unbedingten Reflex. Wenn der Arzt auf deine Kniescheibe klopft, dehnt sich der Streckmuskel, die Muskelspindel registriert das, und schon schnellt dein Bein automatisch nach vorne.

Unbedingte Reflexe haben fünf wichtige Eigenschaften: Sie laufen blitzschnell ab, folgen immer dem gleichen starren Bewegungsablauf, sind angeboren, kannst du nicht willentlich unterdrücken, und funktionieren nach dem Alles-oder-Nichts-Prinzip.

Eigenreflexe wie der Kniesehnenreflex betreffen dasselbe Organ, das gereizt wurde. Fremdreflexe wie der Schluckreflex laufen über mehrere Neuronen und betreffen andere Organe. Monosynaptische Reflexe haben nur eine Synapse, polysynaptische mehrere.

Praxistipp: Reflexe sind Überlebensprogramme deines Körpers - sie reagieren schneller, als dein Bewusstsein denken kann!

DNA - Der Bauplan des Lebens

Das Transformationsexperiment von Avery bewies, dass DNA die Erbsubstanz ist. Er mischte harmlose R-Bakterien mit DNA von gefährlichen S-Bakterien - plötzlich wurden die harmlosen Bakterien gefährlich!

DNA besteht aus vier Bausteinen: Adenin, Guanin, Thymin und Cytosin. Dazu kommen Desoxyribose (Zucker) und Phosphorsäure. Diese bilden die berühmte Doppelhelix nach Watson und Crick.

Die Basenpaarung ist streng geregelt: Adenin paart mit Thymin, Guanin mit Cytosin. Diese Komplementarität ermöglicht die exakte Verdopplung der DNA bei jeder Zellteilung.

RNA unterscheidet sich von DNA: Sie ist einzelsträngig, hat Uracil statt Thymin und Ribose statt Desoxyribose. RNA übernimmt verschiedene Aufgaben: mRNA bringt Nachrichten, tRNA transportiert Aminosäuren, rRNA ist Teil der Ribosomen.

Merkspruch: "A mit T und G mit C - so bleibt die DNA-Paarung stets okay!"

Grundlagen der Neurobiologie

Nervenzellen sind die Kommunikationsspezialisten deines Körpers. Jede Nervenzelle hat vier wichtige Bereiche: Dendriten sammeln Signale, der Zellkörper verarbeitet sie, das Axon leitet sie weiter, und die Endknöpfchen übertragen sie an die nächste Zelle.

Die Myelinscheide ist wie eine Isolierung um das Axon - sie macht die Signalweiterleitung viel schneller und effizienter. Das Ruhepotential von -70mV entsteht, weil verschiedene Ionen $K+, Na+, Cl-$ ungleich verteilt sind: innen mehr K+, außen mehr Na+.

Bei der Erregungsübertragung an Synapsen läuft ein faszinierender Prozess ab: Das elektrische Signal öffnet Calcium-Kanäle, wodurch der Botenstoff Acetylcholin freigesetzt wird. Dieser dockt an Rezeptoren an und löst in der nächsten Zelle wieder ein elektrisches Signal aus.

Merktipp: Stelle dir Nervenzellen wie Telefonkabel vor - sie leiten Nachrichten durch deinen Körper, nur viel schneller und komplexer!

Evolutionstheorien im Vergleich

Lamarcks Evolutionstheorie besagt, dass sich Lebewesen aktiv an ihre Umwelt anpassen. Seine berühmte Giraffe streckte den Hals nach Blättern, wodurch er länger wurde - und das wurde vererbt. Der Vervollkommnungstrieb treibt die Evolution an.

Darwins Evolutionstheorie funktioniert anders: Durch Überproduktion entstehen mehr Nachkommen als überleben können. Wegen der Variabilität sind alle etwas unterschiedlich. Die Selektion sorgt dafür, dass nur die Bestangepassten überleben und ihre Merkmale vererben.

Heute wissen wir, dass Darwin richtig lag. Erworbene Eigenschaften werden normalerweise nicht vererbt - die Evolution funktioniert durch zufällige Mutationen und natürliche Auslese.

Eselsbrücke: Lamarck = aktive Anpassung, Darwin = passive Auslese durch Umwelt!

Aufbau und Funktion von Nervenzellen

Nervenfasern bestehen aus Axon und Hülle - entweder einfache Hüllzellen (marklos) oder Gliazellen mit Markscheide (myelinisiert). Die Gliazellen isolieren, stützen und versorgen das Axon stoffwechselmäßig.

Jeder Bestandteil der Nervenzelle hat eine spezielle Aufgabe: Dendriten sammeln Signale, der Axonhügel entscheidet über die Weiterleitung, das Axon transportiert, und die Myelinscheide beschleunigt alles durch elektrische Isolierung.

Die Ranvier'schen Schnürringe sind kleine Lücken in der Myelinscheide. Hier "springt" das Signal von Ring zu Ring - das nennt man saltatorische Erregungsleitung. Das ist viel schneller und energiesparender als die kontinuierliche Leitung.

Die Informationsverarbeitung läuft immer nach demselben Schema: Reiz → Rezeptor → ZNS → Effektor. So steuert dein Nervensystem deinen ganzen Körper.

Wichtig: Myelinisierte Axone leiten Signale bis zu 100-mal schneller weiter als nicht-myelinisierte!

Instinktverhalten

Instinkthandlungen laufen in drei typischen Phasen ab: Appetenzverhalten (ungerichtete Suche), Taxis (zielgerichtete Orientierung) und Endhandlung (die eigentliche Aktion). Das Beutefangverhalten des Frosches ist ein klassisches Beispiel.

Der Schlüsselreiz löst über den angeborenen auslösenden Mechanismus die Instinkthandlung aus. Wichtig: Es muss der richtige Reiz zur richtigen Zeit bei ausreichender Handlungsbereitschaft kommen.

Angeborenes Verhalten liegt in der Erbsubstanz und hat sich stammesgeschichtlich entwickelt. Erlerntes Verhalten wird während der Ontogenese im Nervensystem gespeichert. Meist arbeiten beide Systeme zusammen.

Kasper-Hauser-Versuche trennen angeborene von erlernten Anteilen: Tiere werden isoliert aufgezogen, um zu testen, welche Verhaltensweisen auch ohne Erfahrung auftreten. Was im Isolationsversuch funktioniert, ist sicher angeboren.

Merkhilfe: Instinkt = automatisches Programm, das ohne Übung funktioniert!

Homologie- und Analogiekriterien

Die drei Homologiekriterien helfen dir, echte Verwandtschaft zu erkennen. Das Kriterium der Lage bedeutet: homologe Organe haben die gleiche Position im Körpersystem. Die Vordergliedmaßen aller Wirbeltiere zeigen denselben Grundbauplan.

Das Kriterium der Kontinuität besagt, dass homologe Strukturen durch Zwischenformen verbunden sein müssen. Die Lage muss nicht identisch sein - wichtig sind die fließenden Übergänge zwischen den Arten.

Das Kriterium der spezifischen Qualität greift, wenn Lage oder Stetigkeit nicht erkennbar sind. Dann müssen die Organe in sehr vielen Einzelheiten übereinstimmen, um als homolog zu gelten.

Analoge Organe entstehen durch konvergente Evolution - ähnliche Umweltbedingungen führen zu ähnlichen Lösungen. Beispiele: Grabbeine von Maulwurf und Maulwurfsgrille, Flügel von Vögeln und Fledermäusen, Stromlinienform bei Fischen und Walen.

Wichtig: Analogie zeigt keine Verwandtschaft - nur ähnliche Umweltanpassungen!

DNA-Struktur und Replikation

Die DNA-Doppelhelix ist wie eine Strickleiter aufgebaut: Die Holme bestehen aus Zucker-Phosphat-Ketten, die Sprossen aus komplementären Basenpaaren. Die Stränge verlaufen antiparallel - einer von 5' nach 3', der andere von 3' nach 5'.

Das Meselson-Stahl-Experiment bewies die semikonservative Replikation: Jeder neue DNA-Strang besteht aus einem alten Elternstrang und einem neu synthetisierten Strang. So bleibt die genetische Information erhalten.

Die DNA-Replikation läuft in fünf Schritten ab: Helicase trennt die Stränge, Primase setzt RNA-Primer, DNA-Polymerase ergänzt die Nukleotide. Der Leitstrang wird kontinuierlich synthetisiert, der Folgestrang in Okazaki-Fragmenten.

Ein Gen ist eine genetische Informationseinheit von etwa 1000 Basenpaaren. Die Reihenfolge der Basen ist wie eine Schrift - sie enthält alle Informationen für den Aufbau der Proteine.

Schlüsselwort: Semikonservativ = halb alt, halb neu - so verdoppelt sich DNA!

Evolutionsforschung und Verwandtschaft

Der Artbegriff lässt sich auf zwei Arten definieren: Morphologisch betrachtet man äußere Merkmale, genetisch die Fortpflanzungsfähigkeit mit fruchtbaren Nachkommen.

Homologie beweist Verwandtschaft - wenn Organe den gleichen Grundbauplan haben, stammen sie von gemeinsamen Vorfahren ab. Die drei Homologiekriterien sind: gleiche Lage im Körpersystem, Kontinuität durch Zwischenformen, und Übereinstimmung in vielen Details.

Analogie täuscht Verwandtschaft vor - Organe mit gleicher Funktion, aber verschiedenem Bauplan. Die Flügel von Vögeln und Insekten sind analog, nicht homolog. Das entsteht durch konvergente Evolution in ähnlichen Lebensräumen.

Die Endosymbiontentheorie erklärt, wie komplexe Zellen entstanden: Größere Zellen nahmen kleinere auf, die zu Mitochondrien und Chloroplasten wurden. Beweise: eigene DNA, eigene Ribosomen, Doppelmembran.

Prüfungstipp: Homolog = verwandt durch Abstammung, analog = ähnlich durch Funktion!

Ruhepotential und Aktionspotential

Das Ruhepotential von -70mV entsteht durch ungleiche Ionenverteilung: K+ diffundiert durch offene Kalium-Kanäle nach außen, während Na+- und Cl--Kanäle geschlossen bleiben. Die Ladungstrennung baut eine Spannung auf.

Die Na+-K+-Pumpe hält das Ruhepotential aufrecht: Sie transportiert aktiv 3 Na+ nach außen und 2 K+ nach innen. Das kostet Energie in Form von ATP, ist aber lebensnotwendig.

Das Aktionspotential entsteht bei Depolarisation: Na+-Kanäle öffnen sich, Na+ strömt ein (Depolarisation). Dann öffnen sich K+-Kanäle, K+ strömt aus (Repolarisation). Kurzzeitig wird die Membran sogar stärker negativ (Hyperpolarisation).

Die Refraktärphase verhindert eine sofortige Wiederholung: Absolute Refraktärzeit $1-2ms$ = kein neues AP möglich, relative Refraktärzeit $3-5ms$ = nur bei starken Reizen neues AP auslösbar.

Eselsbrücke: Ruhepotential = Batterie laden, Aktionspotential = Batterie entladen!