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Wie lebt der Eisbar im ewigen Eis der Arktis, wie das Kamel in der Wuste und der Tiefseefisch in der steten Dunkelheit? Atmung, Kreislauf, Ernahrung, Energiehaushalt, Stoffwechsel und Osmoregulation funktionieren auch unter Extrembedingungen. Der Autor erlautert diese Grundfunktionen des Lebens und die physikalischen und chemischen Prinzipien, auf denen sie basieren. Das Buch bietet einen Einblick in die faszinierende Welt der vegetativen und oekologischen Physiologie. Durchgehend mit anschaulichen farbigen Abbildungen illustriert.

Contents:

1 Bioenergetik.- 1.1 Energiegewinnung fur Lebensvorgange.- 1.2 Freie Energie.- 1.3 Aktivierungsenergie.- Box 1.1 Freie Energie und Gleichgewicht einer Reaktion.- Box 1.2 Kinetik enzymatischer Reaktionen.- 1.4 Energiegewinnung durch den oxidativen Abbau von Nahrstoffen.- 1.5 Energiereiche Phosphate.- 1.6 Abbau von Kohlenhydraten.- 1.7 Glykolyse.- 1.7.1 Bereitstellung von Glucose.- 1.7.2 Reaktionsverlauf der Glykolyse.- 1.7.3 Gluconeogenese.- 1.7.4 Kontrolle der Glykolyse.- 1.7.5 Abbau von Fructose und Galactose durch die Glykolyse.- 1.7.6 ATP-Gewinn durch Glykolyse.- 1.8 Citrat-Zyklus.- 1.8.1 Reaktionsverlauf des Citrat-Zyklus.- 1.8.2 Energieausbeute des Citrat-Zyklus.- 1.9 Oxidative Phosphorylierung.- 1.9.1 Elektronenubertragung und Protonentransport durch die Atmungskette.- 1.9.2 Synthese von ATP.- 1.9.3 Regulation der oxidativen Phosphorylierung.- 1.9.4 ATP-Bilanz der oxidativen Phosphorylierung.- 1.9.5 ATP-Ausbeute beim oxidativen Abbau von Glucose.- 1.10 Bausteine aus dem Citrat-Zyklus.- 1.11 Lipide als Energiequelle fur den aeroben Stoffwechsel.- 1.11.1 ?-Oxidation.- 1.11.2 Biologische Bedeutung von Lipiden als Energiespeicher.- 1.11.3 Lipide werden in der Flamme der Kohlenhydrate verbrannt.- 1.12 Stoffwechsel von Aminosauren.- 1.13 ATP-Gewinnung im Flugmuskel von Insekten.- 1.14 Leben ohne Sauerstoff - Anaerobe Energiegewinnung.- 1.14.1 Anaerobiose beim Tauchen von Robben.- 1.14.2 Anaerobiose beim Tauchen von Schildkroeten.- 1.14.3 Genregulation bei Sauerstoffmangel.- 1.14.4 Anaerobiose bei Fischen.- 1.14.5 Anaerobiose bei Evertebraten.- 1.14.6 Energie-Ausbeute der Anaerobiose.- 1.15 Nutzung von ATP fur Lebensfunktionen - Der Transport von Na+ und K+ uber die Zellmembran.- 2 Energiehaushalt von Tieren.- 2.1 Die umgesetzte Energie wird als Warme abgegeben.- 2.1.1 Direkte Kalorimetrie.- 2.1.2 Indirekte Kalorimetrie.- 2.2 Nahrungsenergie und Energiebudget.- 2.2.1 Nahrungsaufnahme und assimilierte Energie.- 2.2.2 Metabolisierbare Energie.- 2.2.3 Nutzbare Energie und spezifisch dynamische Wirkung.- 2.3 Energiebilanz.- 2.4 Aerobe Stoffwechselrate.- 2.4.1 Grundumsatz und Standardstoffwechsel.- 2.4.2 Koerpergroesse und Energieumsatz.- 2.4.3 Endotherm versus Ektotherm.- 2.4.4 Ruhe- und Aktivitatsumsatz.- 2.5 Energetik der Fortbewegung.- 2.5.1 Gehen, Laufen und Springen.- 2.5.2 Fliegen.- 2.5.3 Wirkungsgrad der lokomotorischen Arbeit.- 2.5.4 Transportkosten der Fortbewegung - Vergleich von Schwimmen, Laufen und Fliegen.- 2.6 Produktion.- 2.6.1 Kosten der Biosynthese.- 2.6.2 Wachstum und Sekundarproduktion.- 2.6.3 Wachstum wahrend der Embryonalentwicklung.- 2.6.4 Effizienz von Wachstum und Produktion.- 2.6.5 Vergleich des Wachstums verschiedener Tierarten.- Box 2.1 Methoden der direkten Kalorimetrie.- Box 2.2 Methoden der indirekten Kalorimetrie.- Box 2.3 Verbrennungskalorimeter (Bombenkalorimeter).- Box 2.4 Warmeaquivalente des oxidativen Abbaus von Kohlenhydraten, Lipiden und Proteinen.- Box 2.5 Messung des Wirkungsgrads der Arbeit eines Pferdes.- Literatur.- 3 Temperaturwirkungen und Thermoregulation.- 3.1 Temperaturabhangigkeit von Lebensvorgangen.- 3.2 Thermische Grenzen des Lebens.- 3.2.1 Minimum in Kalte.- Box 3.1 Wirkung der Temperatur auf Stoffwechselraten.- 3.2.2 Thermisches Maximum und Hitzetod.- 3.3 Biochemische und physiologische Grundlagen der Temperaturtoleranz.- 3.3.1 Thermisches Optimum.- 3.4 Strategien der Thermoregulation.- 3.4.1 Thermoregulation bei aquatischen Ektothermen.- 3.4.2 Temperaturanpassung und Kompensation.- 3.4.3 Thermoregulatorisches Verhalten.- 3.4.4 Regionale Endothermie bei Fischen.- 3.5 Leben mit Eis.- 3.5.1 Unterkuhlung oder Gefrierschutz bei marinen Organismen.- 3.5.2 Gefrierschutz-Proteine.- 3.5.3 Gefrierschutz bei Insekten.- 3.5.4 Koennen Tiere das Einfrieren ihrer Koerperflussigkeiten ertragen?.- 3.6 Thermoregulation von terrestrischen Ektothermen.- 3.6.1 Thermoregulatorisches Verhalten.- 3.6.2 Warum regulieren Ektotherme ihre Koerpertemperatur?.- 3.6.3 Vasomotorische Temperaturregelung.- 3.6.4 Temporare Endothermie bei Ektothermen.- 3.7 Thermoregulation der endothermen Saugetiere und Voegel.- 3.7.1 Koerpertemperatur.- 3.7.2 Warmeisolierung der Koerperoberflache.- 3.7.3 Grundumsatz und Thermoneutralzone.- 3.7.4 Thermoregulation in Kalte.- Box 3.2 Physikalische Voraussetzungen fur die Warmeregulation in Kalte.- 3.7.5 Thermoregulatorische Warmebildung.- Box 3.3 Regeln fur die Klimaanpassung bei Endothermen.- 3.7.6 Thermoregulation bei Hitze.- Box 3.4 Wege des Warmetauschs zwischen einem Tier und seiner Umgebung.- 3.7.7 Thermorezeptoren und Regelung.- 3.8 Torpor und Winterschlaf.- 3.8.1 Jahreszeitliche Probleme der Energieversorgung.- 3.8.2 Winterschlaf-Saison und Winterschlaf-Episoden.- 3.8.3 Energieumsatz im Winterschlaf.- 3.8.4 Winterruhe, Estivation und Kaltestarre.- 3.8.5 Tageschlaflethargie.- Literatur.- 4 Atmung.- 4.1 Abhangigkeit vom Sauerstoff.- 4.1.1 Sauerstoff und Kohlendioxid in der Luft.- Box 4.1 Zusammensetzung trockener Luft.- Box 4.2 Korrektur von Gasvelumina auf Standartbedingungen (STPD).- 4.1.2 Wie kommen die Atemgase ins Wasser.- Box 4.3 Loeslichkeit von Gasen in Wasser.- 4.1.3 Gasaustausch durch Diffusion.- Box 4.4 Diffusion.- 4.1.4 Vergleich der Atmung in Luft mit der Atmung in Wasser.- 4.2 Atmung ohne Atemorgane.- 4.2.1 Hautatmung.- 4.2.2 Gasaustausch von Vogeleiern.- 4.3 Aufbau und Funktion von Atemorganen.- 4.4 Atmung im Wasser mit Kiemen.- 4.4.1 Mollusken.- 4.4.2 Crustaceen.- 4.4.3 Insekten.- 4.4.4 Kiemenatmung bei Fischen.- 4.5 Luftatmung mit Lungen.- 4.5.1 Evertebraten atmen mit Diffusionslungen.- 4.5.2 Wirbeltiere atmen mit Ventilationslungen.- 4.5.3 Luftatmung bei Fischen.- 4.5.4 Amphibien- und Reptilienlungen.- 4.5.5 Saugetierlunge.- Box 4.5 Compliance.- Box 4.6 Alveolares Gasgemisch und Effizienz der Sauerstoffextraktion.- 4.5.6 Vogellunge.- 4.5.7 Regulation der Lungenatmung.- 4.6 Tracheen - ein alternativer Weg der Luftatmung.- 4.6.1 Intermittierende Atmung.- 4.6.2 Physikalische Kieme.- 4.6.3 Plastronatmung.- Literatur.- 5 Blut.- 5.1 Was ist Blut?.- 5.2 Plasmaproteine als universelle Transportvehikel und Speicher.- Box 5.1 Proteintrennung durch Elektrophorese.- 5.2.1 Funktionen einzelner Plasmaproteine.- 5.2.2 Plasmaproteine als Eiweissspeicher.- 5.2.3 Kolloidosmotischer Druck und Wasserhaushalt.- 5.3 Blutzellen.- 5.4 Transport von Atemgasen.- 5.5 Respiratorische Proteine.- 5.5.1 Hamoglobin.- Box 5.2 Sauerstoffbindungskurven.- 5.5.2 Chlorocruorin.- 5.5.3 Hamerythrin.- 5.5.4 Hamocyanin.- 5.6 Physiologische Rolle der respiratorischen Proteine beim Sauerstofftransport.- 5.7 Modulatoren der Sauerstoffbindung.- 5.7.1 Bohr-Effekt.- 5.7.2 Root-Effekt.- 5.7.3 Organische Phosphate.- 5.7.4 Temperaturwirkung auf respiratorische Proteine.- 5.8 Transport von Kohlendioxid.- 5.9 Sauerstofftransfer im Gewebe.- 5.10 Evolution von Transportsystemen fur Sauerstoff.- 5.11 Pufferfunktion des Bluts.- Box 5.3 Saure-Basen-Gleichgewichte und das Bikarbonat-Puffersystem.- 5.12 Schutzfunktion des Blutes - Blutgerinnung.- 5.12.1 Primare Hamostase.- 5.12.2 Blutgerinnung.- 5.13 Abwehrfunktionen bei Evertebraten.- 5.14 Abwehrfunktionen der Saugetiere.- 5.14.1 Unspezifisches Abwehrsystem.- 5.14.2 Spezifisches Abwehrsystem, Immunreaktionen.- Box 5.4 Blutgruppen des Menschen.- 6 Kreislauf.- 6.1 Offenes Kreislaufsystem.- 6.2 Geschlossener Kreislauf.- 6.3 Kreislaufsystem der Anneliden.- 6.4 Aufbau des Kreislaufsystems der Wirbeltiere.- 6.5 Kontraktion des Wirbeltierherzens.- 6.5.1 Zellulare Mechanismen des Erregungsablaufs im Herzmuskel.- 6.5.2 Herzfrequenz und Foerderleistung des Herzens.- Box 6.1 Messung des Herzminutenvolumens.- 6.5.3 Regelung der Herztatigkeit und Vasomotorik.- 6.6 Blutgefasse.- 6.6.1 Arterielles System.- Box 6.2 Hamodynamik.- 6.6.2 Kapillaren und Mikrozirkulation.- 6.6.3 Venoeses Gefasssystem.- 6.7 Blutverteilung und Kreislaufregulation.- Literatur.- 7 Ernahrung und Verdauung.- 7.1 Nahrungsquellen und Methoden der Nahrungsaufnahme.- 7.1.1 Mikrophagen.- 7.1.2 Ernahrung durch Endosymbionten.- 7.1.3 Aufnahme geloester Substanzen aus dem Wasser.- 7.1.4 Makrophage Karnivoren.- 7.1.5 Ernahrung mit Flussigkeiten.- 7.2 Verdauung.- 7.2.1 Verdauungsenzyme.- 7.2.2 Enzymatischer Abbau der Nahrung im Verdauungstrakt des Menschen.- 7.2.3 Mund.- 7.2.4 Magen.- Box 7.1 Enzymatischer Abbau der Nahrung im menschlichen Verdauungstrakt.- 7.2.5 Darm.- 7.2.6 Verdauendes-resorbierendes Epithel des Dunndarms.- 7.2.7 Regelung des Verlaufs der Verdauung.- 7.2.8 Regelung der Nahrungsaufnahme.- 7.3 Verdauung von Cellulose.- 7.3.1 Autogene Cellulase oder Celluloseabbau durch Endosymbionten?.- 7.3.2 Celluloseverdauung bei Wiederkauern.- 7.3.3 Postgastrische Celluloseverdauung.- 7.3.4 Vergleich von pragastrischer und postgastrischer Celluloseverdauung.- 7.4 Essentielle Nahrungsbestandteile.- 7.4.1 Essentielle Fettsauren.- 7.4.2 Essentielle Aminosauren.- 7.4.3 Vitamine.- Box 7.2 Essentielle Nahrungsbestandteile.- Literatur.- 8 Osmoregulation und Exkretion.- 8.1 Zusammensetzung der Koerperflussigkeiten.- 8.2 Osmose.- 8.3 Transport von Wasser und Ionen uber die Plasmamembran.- 8.4 Endprodukte des Stickstoff-Stoffwechsels.- 8.4.1 Ammoniak.- 8.4.2 Harnstoff.- 8.4.3 Harnsaure.- 8.5 Kontraktile Vakuole.- 8.6 Grundprinzipien der Exkretion.- 8.6.1 Filtration.- 8.6.2 Resorption.- 8.7 Exkretionsorgane.- 8.7.1 Nephridien.- 8.7.2 Antennendruse der Arthropoden.- 8.7.3 Malpighische Gefasse der Insekten.- 8.7.4 Nieren der Wirbeltiere.- 8.7.5 Funktion der Saugetierniere.- 8.7.6 Regelung der Nierenfunktion.- 8.8 Strategien der Osmoregulation.- 8.8.1 Invertebraten.- 8.8.2 Fische.- 8.8.3 Amphibien.- 8.8.4 Reptilien und Voegel.- Literatur.- 9 Chemische Kommunikation durch Hormone.- 9.1 Vergleich von chemischer Kommunikation durch Hormone mit der zellularen Kommunikation durch das Nervensystem.- 9.2 Entdeckung der Hormone.- 9.2.1 Konzept der chemischen Kommunikation.- 9.2.2 Wettrennen um Testosteron.- 9.2.3 Insulin hilft Diabetikern.- 9.3 Chemische Botenstoffe, ein universelles Werkzeug zur Kommunikation.- 9.3.1 Lokale Funktionskontrolle durch Zytokine.- 9.3.2 Stickstoffmonoxid, ein besonders rasches chemisches Signal.- 9.3.3 Kommunikation durch Duftstoffe.- 9.4 Hormonrezeptoren.- 9.4.1 Cytosolische Rezeptoren fur Steroidhormone.- 9.4.2 Membranstandige Rezeptoren fur Proteohormone.- 9.5 Endokrine Systeme der Evertebraten.- 9.5.1 Hydrozoen.- 9.5.2 Anneliden.- 9.5.3 Mollusken.- 9.5.4 Insekten.- 9.6 Endokrines System der Wirbeltiere.- 9.7 Hypophyse - Die Fuhrungsdruse des endokrinen Systems.- 9.7.1 Adenohypophyse.- 9.7.2 Hormone der Neurohypophyse.- 9.8 Urophyse.- 9.9 Pinealorgan.- 9.10 Schilddruse.- 9.11 Parathyreoidea, Ultimobranchialdrusen und Stanniussche Koerperchen.- 9.12 Hormone des Gastrointestinaltrakts.- 9.13 Endokriner Pankreas.- 9.14 Nebenniere.- 9.14.1 Chromaffine Zeilen.- 9.14.2 Steroidhormone der Nebennierenrinde.- 9.15 Steroidhormone der Gonaden.- 9.15.1 Spermatogenese und Testosteron.- 9.15.2 Oestrus - Zyklische Reifung der Oocyten.- 9.15.3 Endokrine Steuerung des Zyklus durch OEstrogene und Gestagene.- 9.15.4 Differenzierung der Geschlechter durch Sexualhormone.- Literatur.- 10 Biologische Rhythmen.- 10.1 Biologische Rhythmen und geophysikalische Zyklen.- 10.1.1 Tag/Nacht-Zyklus.- 10.1.2 Jahreszeiten.- 10.1.3 Gezeiten und Mondphasen.- 10.2 Tagesperiodik.- 10.2.1 Besitzen Tiere eine circadiane Uhr?.- 10.2.2 Synchronisation der Tagesperiodik.- 10.2.3 Aktivitatsmuster und ultradiane Rhythmik.- 10.2.4 Interne Synchronisation.- 10.2.5 Circadiane Ruhephase und Schlaf.- 10.2.6 Aufbau und Funktion des circadianen Schrittmachers.- 10.2.7 Circadiane Schrittmacher bei Evertebraten.- 10.2.8 Circadiane Schrittmacher von Wirbeltieren.- 10.2.9 Molekularer Mechanismus des circadianen Schrittmachers von Insekten.- 10.2.10 Molekularer Mechanismus des circadianen Schrittmachers der Saugetiere.- 10.3 Jahresperiodische Prozesse.- 10.3.1 Circannuale Rhythmen.- 10.3.2 Eigenschaften endogen circannualer Rhythmen.- 10.3.3 Wie entsteht ein circannualer Rhythmus?.- 10.3.4 Synchronisation der circannualen Periodik.- 10.4 Photoperiodische Steuerung der jahreszeitlichen Akklimatisation.- 10.4.1 Photoperiodische Zeitmessung.- 10.5 Adaptive Bedeutung endogener Rhythmen.- Literatur.- Verzeichnis der Organismen.