ORGANISMEN SIND AUF EINER ZELLULÄREN BASIS ORGANISIERT UND HABEN EINE BEGRENZTE LEBENSDAUER

1.1 Beschreibung des naturwissenschaftlichen Konzepts

Es gibt viele verschiedene Lebewesen (Organismen), darunter z.B. Pflanzen und Tiere. Sie unterscheiden sich von Nichtlebendigem durch ihre Fähigkeit, sich zu bewegen, zu vermehren und auf bestimmte Reize zu reagieren. Alle diese Prozesse beruhen darauf, dass Organismen einen Stoffwechsel zum Aufbau und zur Erhaltung des Körpers mit seinen Funktionen haben. Zum Leben brauchen sie z.B. Wasser, Luft, Nahrung, eine Möglichkeit sich Abfallstoffen zu entledigen und eine Umgebung, die innerhalb eines bestimmten Temperaturbereichs bleibt. Einige Organismen erscheinen nicht aktiv, aber auch sie werden irgendwann Nahrung aufnehmen, Abfallstoffe ausscheiden, wachsen, sich entwickeln und vermehren. Alle Organismen werden schließlich sterben.

Funktionen einer Zelle

Alle lebenden Organismen bestehen aus einer oder mehreren Zellen. Die meisten Zellen sind nur durch ein Mikroskop zu sehen. Die grundlegenden Prozesse des Lebens haben ihren Ursprung in dem, was in den Zellen passiert. Zellen teilen sich für Wachstum und Vermehrung oder um alte Zellen zu ersetzen (vgl. Big Idea 9). Die Zellen brauchen Nahrung als Energiequelle (vgl. Big Idea 4), um diese Funktionen auszuführen. Solche Funktionen gehören zum Basisprogramm aller Zellen. Manche Zellen in mehrzelligen Organismen können zusätzlich noch anderes. Sie sind spezialisiert, wie Muskel-, Blut- oder Nervenzellen.

Zellen arbeiten zusammen als Gewebe, Gewebe als Organe und Organe als Organsysteme. Im menschlichen Körper sorgen solche Systeme für Funktionen wie Atmung, Verdauung, Ausscheidung und Temperatursteuerung. Das Kreislaufsystem schafft Material, das von den Zellen benötigt wird, zu allen Teilen des Körpers und bringt wasserlösliche Abfälle zum Harnsystem. Stammzellen sind Zellen, die noch nicht spezialisiert sind. Sie können für verschiedene Funktionen programmiert werden und sind deshalb auch dazu in der Lage, Gewebe zu reparieren. Zellen funktionieren am besten innerhalb bestimmter Rahmenbedingungen (z.B. einer bestimmten Temperatur). Organismen haben deshalb Mechanismen entwickelt, um innerhalb dieser Rahmenbedingungen zu bleiben. Manche Tiere, auch wir Menschen, halten z.B. die Temperatur und den Säurehaushalt innerhalb bestimmter Grenzen.

Innerhalb der Zellen gibt es viele verschiedene Moleküle, die zusammenarbeiten, damit die Zelle funktioniert. In mehrzelligen Organismen koordinieren die Zellen ihre Zusammenarbeit, indem sie Substanzen von der einen zur anderen Zelle übergeben. Dabei spielt eine Membran, die um jede Zelle herum liegt eine wichtige Rolle. Diese Membran bestimmt, was in eine Zelle hineingelangt oder sie verlassen kann. So bleiben die wichtigsten Bestandteile in der Zelle und benötigte Stoffe (z.B. Nahrung) werden gezielt von der Zelle aufgenommen.

Steuerung einer Zelle

Die Aktivität verschiedener Zellen wird u.a. durch Enzyme gesteuert. Die Aktivität in anderen Organen und Geweben wird von Hormonen gesteuert, die von spezialisierten Geweben und Organen freigesetzt werden. Hormone steuern auch die Gesamtfunktion des Organismus. Bei Menschen werden die meisten Hormone im Blut transportiert. Viele Medikamente wirken, weil sie die Freisetzung von Enzymen oder Hormonen beschleunigen oder verlangsamen. Zellen werden auch durch das Gehirn und das Rückenmark gesteuert, indem Nachrichten über Nervenzellen in Form von schnellen elektrischen Signalen gesendet werden.

Zellforschung

Zellen verschiedener Organismen können auch außerhalb des Organismus leben, solange sie alles haben, was sie zum Überleben und Wachsen brauchen. Diese Zellkulturen werden von Wissenschaftlern verwendet, um Zellfunktionen zu untersuchen. Sie sind sehr nützlich in der Medizin und werden dort für die Herstellung von Impfstoffen, für die Entwicklung neuer Medikamente und für die künstliche Befruchtung eingesetzt. Pflanzengewebekulturen werden in den Pflanzenwissenschaften, der Forstwirtschaft und im Gartenbau genutzt. Zellen können sich nicht unendlich oft teilen; die Anzahl dieser Teilungen ist begrenzt. Krankheiten, die durch eindringende Mikroorganismen, Umgebungsbedingungen oder defekte Zellen verursacht werden, stören die Zellfunktionen. Mehrzellige Organismen sterben, wenn sich ihre Zellen nicht weiter teilen können.