Biophysik: Ein Lehrbuch

ISBN-13: 9783642962998 / Niemiecki / Miękka / 2012 / 738 str.

W. Hoppe; W. Lohmann; H. Markl

Opis

Es ist meistens ein zufalliger AnlaB, der zu dem Entstehen eines Werkes dieser Art ftihrt: Vor mehreren lahren hatten einige Kollegen an der Technischen Uni versiHit Mtinchen eine Ringvorlesung tiber Biophysik durchgeftihrt, in welcher nicht nur Physiker sondern auch Chemiker, Biochemiker und Biologen zu W orte kamen, mit dem Wunsch, die physikalisch orientierten Prinzipien ihrer Disziplinen darzustellen. Aus dieser V orlesung ist dieses Buch hervorgegangen - allerdings in nicht unbetrachtlich erweiterter Form und mit z. T. neuen Autoren. Was ist Biophysik? Wie immer bei Grenzgebieten Wit es schwer, prazise Defini tionen zu finden. Es ist ferner unmoglich, Biophysik zu betreiben, wenn man nicht gewisse Grundkenntnisse der Biologie, der Physik, der physikalischen Chemie, der Chemie und der Biochemie besitzt. Ftir den Entwurf eines biophysikalischen Lehr buches ergibt sich damit sofort die Frage, ob man den Studenten auf die Literatur dieser N achbargebiete verweisen solI, wobei ihm dann die Auswahl des notwendigen Wissensstoffes tiberlassen ware. Wir waren der Meinung, daB es ntitzlicher und zeitsparender ist, wenn er den ausgewahlten "Zusatzwissensstoff' in konzentrierter Form im Rahmen der Biophysik-Vorlesung geboten bekommt. Auch in diesem Buch wird man daher Beitrage tiber die Struktur und Funktion der Zelle, tiber den chemischen Bau von biogenen Makromolekiilen, aber auch tiber theoretische Chemie usw. finden. Wiederholen wir die Frage, was ist Biophysik? MtiB man Physiologie, Elektro medizin, Strahlenmedizin usw. auch hinzurechnen? Das Bild der Biophysik hat sich in den letzten lahren sehr gewandelt."

Spis treści

1. Bau der Zelle (Prokaryonten, Eukaryonten).- 1.1. Eigenschaften der Zelle.- 1.1.1. Molekül — Organelle — Zelle — Organismus.- 1.1.2. Die Zelle als Grundeinheit des Lebens.- 1.1.3. Die Größe der Zelle.- 1.1.4. Protozyte und Euzyte.- 1.2. Zellorganellen.- 1.2.1. Membranen.- 1.2.2. Zellkern.- 1.2.3. Grundplasma.- 1.2.4. Organellen aus einem Kompartiment.- 1.2.5. Zusammengesetzte Organellen.- 1.2.6. Zellhüllen und Zellverbindungen.- 1.3. Zellteilung.- 1.4. Evolution der Euzyte.- 1.5. Viren und Bakteriophagen.- Literaturauswahl.- 2. Der chemische Bau biologisch wichtiger Makromoleküle.- 2.1. Einleitung.- 2.2. Nucleinsäuren und ihre Bausteine.- 2.2.1. Nucleotide als Bausteine.- 2.2.2. Die kovalente Polynucleotid-Struktur.- 2.2.3. Das Prinzip der Basenpaarung.- 2.2.4. Die Doppelhelix der DNA.- 2.2.5. Eigenschaften der DNA.- 2.3. Proteine und ihre Bausteine.- 2.3.1. Aminosäuren als Bausteine.- 2.3.2. Das Prinzip der Verknüpfung.- 2.3.3. Eigenschaften der Aminosäuren.- 2.3.4. Die kovalente Struktur von Proteinen.- 2.3.5. Die Stabilisierung der Strukturelemente durch Wasserstoffbrücken (Sekundärstruktur).- 2.3.6. Die Raumstruktur.- Literaturauswahl.- 3. Physikalische Methoden zur Bestimmung der strukturellen Eigenschaften von Biomolekülen.- 3.1. Äußere Struktur.- 3.1.1. Allgemeines.- 3.1.2. Experimentelle Methoden.- Literaturauswahl.- 3.2. Innere Struktur.- 3.2.1. Strukturanalyse mit Röntgenstrahlen.- Literaturauswahl.- 3.2.2. Strukturanalyse mit Elektronenstrahlen (Elektronenmikroskopie).- Literaturauswahl.- 3.2.3. Lichtstreuung an Makromolekülen.- Literaturauswahl.- 3.2.4. Anwendung der Spektralphotometrie im UV- und sichtbaren Bereich.- Literaturauswahl.- 3.2.5. Anwendung der Infrarotspektroskopie.- Literaturauswahl.- 3.2.6. Anwendung der ORD- und CD-Spektroskopie.- Literaturauswahl.- 3.2.7. Anwendung des Mößbauereffektes auf Probleme der Biophysik.- Literaturauswahl.- 3.3. Elektronenspin-Resonanz-Spektroskopie.- 3.3.1. Allgemeine Grundlagen.- 3.3.2. Einige Anwendungen der ESR in der Biologie.- Literaturauswahl.- 3.4. Kernmagnetische Resonanz-Spektroskopie.- 3.4.1. Einleitung.- 3.4.2. Theorie.- 3.4.3. Experimentelle Technik.- 3.4.4. Anwendungen.- Literaturauswahl.- 4. Intra- und Intermolekulare Wechselwirkungen.- 4.1. Einleitung.- 4.2. Primärstruktur.- 4.2.1. Teilchen.- 4.2.2. Atome.- 4.2.3. Bindungen.- 4.3. Wechselwirkungen zwischen Strukturbausteinen.- 4.3.1. Die Abstoßung von Elektronenpaaren.- 4.3.2. Elektrostatische Kräfte.- 4.3.3. Dispersionskräfte.- 4.3.4. Wasserstoffbrücken.- Literaturauswahl.- 4.4. Charge-Transfer-Reaktionen in Biomolekülen.- Literaturauswahl.- 4.5. Debye-Hückel-Theorie (Kräfte zwischen Molekülen in Lösung).- 4.5.1. Debye-Hückel-Theorie.- 4.5.2. Quantenmechanische Diskussion.- Literaturauswahl.- 5. Energieübertragungsmechanismen.- 5.1. Allgemeine Grundlagen der Photophysik und Photochemie.- 5.1.1. Stationäre Zustände von Molekülen.- 5.1.2. Theoretische Grundlagen zur Beschreibung von Molekülzuständen.- 5.1.3. Übersicht über wichtige photophysikalische Prozesse.- 5.1.4. Mechanismen ausgewählter photophysikalischer Prozesse.- 5.1.5. Einige Anwendungen der Absorptions- und Fluoreszenzspektroskopie.- 5.1.6. Änderung der Basizität bzw. Acidität mit der Elektronenanregung.- 5.1.7. Fluoreszenzlöschung.- 5.1.8. Energiewanderung.- 5.1.9. Verzögerte Fluoreszenz.- 5.1.10. Photochemische Primärreaktionen.- Literaturauswahl.- 5.2. Energieübertragungsmechanismen.- 5.2.1. Klassische Betrachtung.- 5.2.2. Emittermolekül nahe an Absorberschicht.- 5.2.3. Energieübertragung in monomolekularen Schichtsystemen.- 5.2.4. Rückwirkung des Empfängermoleküls 2 auf das Sendermolekül 1.- 5.2.5. Emittermolekül im Echo eines Metallspiegels.- 5.2.6. Energieübertragung in kooperativen Systemen von Farbstoffmolekülen.- Literaturauswahl.- 5.3. Aktionsspektrometrie. Karl M.Hartmann. (Mit 15 Abbildungen).- 5.3.1. Was ist Aktionsspektrometrie?.- 5.3.2. Das Prinzip der Methode.- 5.3.3. Das Erzeugen monochromatischer Photonenflüsse.- 5.3.4. Strahlungsmessung.- 5.3.5. Der Photonenfluß in den Proben.- 5.3.6. Pigmentparameter.- 5.3.7. Aktionsspektren und ihre Bedeutung.- 5.3.8. Kinetische Modellbetrachtungen.- Literaturauswahl.- 6. Strahlenbiophysik.- 6.1. Einleitung.- 6.2. Die Strahlung und ihre Messung.- 6.2.1. Strahlenarten.- 6.2.2. Wechselwirkung Strahlung-Materie.- 6.2.3. Dosis und Dosisleistung.- 6.2.4. Dosimetrie.- 6.3. Beschreibung und Deutung der Strahlenwirkung.- 6.3.1. Dosiseffektkurven und Treffertheorie.- 6.3.2. Direkte und indirekte Strahlenwirkung.- 6.3.3. Energieübertragungsprozesse, Reaktionsgeschwindigkeiten, Impulsphoto-und-radiolyse.- 6.4. Molekulare Strahleneffekte.- 6.4.1. Strahlenchemie des Wassers.- 6.4.2. Radikale und Molekularprodukte.- 6.4.3. Modifizierung der Strahlenwirkung.- 6.5. Strahlenwirkung auf Biomoleküle und molekulare Strukturen.- 6.5.1. Strahlenwirkung auf Proteine.- 6.5.2. Strahlenwirkung auf Nucleinsäuren.- 6.5.3. Strahlenwirkung auf Membranstrukturen.- 6.6. Strahlenwirkung auf Zellen und Organismen.- 6.6.1. Strahlenwirkung auf die Zelle.- 6.6.2. Genetische Strahlenwirkungen.- 6.6.3. Strahlenstimulation.- 6.7. Strahlengefährdung und Strahlenschutz.- 6.7.1. Natürliche und zivilisatorische Strahlenbelastung.- 6.7.2. Strahlenschutz.- Literaturauswahl.- 7. Tracer-Methoden in der Biologie.- 7.1. Einleitung.- 7.2. Stabile und radioaktive Isotope.- 7.2.1. Vergleichende Betrachtung.- 7.2.2. Stabile Isotope und die Prinzipien ihrer Messung.- 7.2.3. Radioaktive Isotope.- 7.2.4. Die wichtigsten Meßmethoden für radioaktive Isotope.- 7.3. Isotopeneffekte.- 7.3.1. Hauptursachen von Isotopeneffekten.- 7.3.2. Kinetische Isotopeneffekte und ihre Bestimmung.- 7.4. Analytische Isotopenanwendung.- 7.4.1. Aktivierungsanalyse.- 7.4.2. Isotopen-Verdünnungsanalysen.- 7.4.3. Radioimmunologische Analyse.- 7.5. Beispiele für Isotopenanwendungen.- 7.5.1. Verteilungsstudien.- 7.5.2. Stoffwechsel und Transport.- 7.5.3. Sterischer Verlauf von Enzymreaktionen an prochiralen Systemen.- 7.5.4. Isotopenaustauschstudien.- Literaturauswahl.- 8. Energetische und statistische Beziehungen.- 8.1. Allgemeines.- 8.2. Grundbegriffe der Gleichgewichtsthermodynamik.- 8.2.1. Erster Hauptsatz, Enthalpie.- 8.2.2. Zweiter Hauptsatz, Entropie, Freie Enthalpie, Gleichgewicht, maximale Nutzbarkeit.- 8.2.3. Standardwerte der Zustandsgrößen.- 8.2.4. Grundreaktionsarbeit und Gleichgewichtskonstante.- 8.2.5. Chemisches Potential, Aktivität, Standardzustand.- 8.2.6. Phasengleichgewicht, Phasenregel.- 8.3. Interpretation thermodynamischer Größen durch die Molekularstatistik.- 8.3.1. Energieeigenwerte, Maxwell-Boltzmann-Verteilung, Zustands-summen.- 8.3.2. Zustandssumme und thermodynamische Funktionen, dritter Hauptsatz.- 8.3.3. Statistische Beschreibung des Gleichgewichts.- 8.4. Grenzen der Gleichgewichtsthermodynamik.- 8.4.1. Schwankungen bei kleiner Teilchenzahl.- 8.4.2. Irreversible Prozesse und Fließgleichgewicht.- 8.5. Energiefluß in der belebten Welt, ATP, Übertragungspotential.- 8.6. Theorie der absoluten Reaktionsgeschwindigkeiten nach Eyring.- 8.6.1. Definition kinetischer Parameter.- 8.6.2. Theorie des Übergangszustands.- Literaturauswähl.- 8.7. Methoden zur Bestimmung schneller Reaktionen.- 8.7.1. Das Prinzip der physikalischen Reaktionsanregung und der chemischen Relaxation.- 8.7.2. Anregungsverfahren.- 8.7.3. Optische Meßverfahren.- 8.7.4. Elektrische Meßverfahren.- 8.7.5. Dispersionsverfahren.- 8.7.6. Verbesserung von Zeitauflösung und Meßempfindlichkeit durch repetierende Meßverfahren.- Literaturauswahl.- 9. Enzyme als Biokatalysatoren.- 9.1. Einleitung.- 9.2. Wie wirken Enzyme?.- 9.3. Wie werden Enzyme reguliert?.- 9.4. Protein-Struktur (Globuläre Proteine).- 9.4.1. Wie falten sich Proteine?.- 9.4.2. Bausteine.- 9.4.3. Konstruktions-(Sekundärstruktur-) elemente.- 9.4.4. Dreidimensionale Struktur.- 9.5. Beispiele.- 9.5.1. Proteasen.- 9.5.2. Immunglobuline.- Literaturauswahl.- 10. Die biologische Funktion der Nucleinsäuren.- 10.1. Einleitung.- 10.1.1. Allgemeines.- 10.1.2. Vorkommen und Struktur von Nucleinsäuren.- 10.2. Die Replikation der DNA.- 10.2.1. Organisation der DNA in der Zelle.- 10.2.2. Prinzipien der DNA-Replikation.- 10.2.3. Replikationsmodelle.- 10.2.4. Der Replikationsapparat.- 10.2.5. Reverse Transcriptase.- 10.3. Genexpression.- 10.3.1. Transcription.- 10.3.2. Prozessierung von RNA-Vorstufen.- 10.3.3. Die Translation.- 10.4. Regulation der Genexpression.- 10.4.1. Regulation und Programmierung der Transcription.- 10.4.2. Kontrolle anderer Schritte der Genexpression.- Literaturauswahl.- 11. Membranen.- 11.1. Membran-Modelle.- 11.1.1. Einleitung: Vorkommen und Zusammensetzung von Biomembranen.- 11.1.2. Das Doppelschicht-Modell der Lipid-Anordnung in Biomembranen.- 11.1.3. Modelle der Protein-Anordnung in Biomembranen.- 11.1.4. Die Kohlenhydrat-Anordnung in Biomembranen.- 11.1.5. Zusammenfassung und Ausblick.- Literaturauswahl.- 11.2. Dynamische Struktur von Lipid-Doppelschichten und biologischen Membranen: Untersuchung mit Radikalsonden.- 11.2.1. Einleitung.- 11.2.2. Grundlegende Eigenschaften der Membranen.- 11.2.3. Radikalsonden (Spin-Label).- 11.2.4. Anwendungsbeispiele.- 11.2.5. Anwendung der Spin-Sonden-Methode auf biologische Membranen.- Literaturauswahl.- 11.3. Stofftransport durch biologische Membranen.- 11.3.1. Zusammensetzung und Struktur der Zellmembran.- 11.3.2. Phänomenologische Theorie des Membrantransports.- 11.3.3. Transport durch Diffusion.- 11.3.4. Flußkopplungsphänomene.- 11.3.5. Aktiver Transport.- 11.3.6. Transport durch Bläschenbildung.- Literaturauswahl.- 11.4. Elektrische Potentiale.- 11.4.1. Messung von Membranpotential und Membranstrom.- 11.4.2. Das Ruhepotential.- 11.4.3. Erregung und Membranpotential.- 11.4.4. Elektrotonus und Fortleitung des Aktionspotentials.- 11.4.5. Rezeptorpotentiale.- 11.4.6. Chemische synaptische Übertragung.- 11.4.7. Elektrische synaptische Übertragung.- Literaturauswahl.- 11.5. Biophysik des Atemgastransportes.- 11.5.1. Teilprozesse des Atemgastransportes beim Menschen.- 11.5.2. Physikalische Grundlagen.- 11.5.3. Der Atemgastransport im Blut.- 11.5.4. Der Gasaustausch in der Lunge.- 11.5.5. Der Gasaustausch im Gewebe.- Literaturauswahl.- 12. Sensorische Transduktionsprozesse.- 12.1. Grundzüge der Transduktionsmechanismen in Sinneszellen.- 12.1.1. Sensorische Transduktion — ein Steuerungsprozeß.- 12.1.2. Übersicht über die Teilmechanismen der Transduktion und ihre Funktionsbeziehungen.- 12.1.3. Die räumliche Anordnung der Teilmechanismen der Transduktion.- 12.1.4. Rezeptoren für verschiedene Reizmodalitäten: die Varianz der Sensorregion und die Invarianz der energieliefernden Strukturen.- 12.1.5. Funktionelle Folgen des epithelialen Aufbaus von Sinnesorganen.- 12.1.6. Integration der Teilmechanismen : der Rezeptorstromkreis.- Literaturauswahl.- 12.2. Molekulares Erkennen.- 12.2.1. Einleitung: Chemische Signale.- 12.2.2. Signalstoffaufnahme und –weiterleitung.- 12.2.3. Signalwandlung.- 12.2.4. Desaktivierung von Signalstoffen.- 12.2.5. Eingangs-Ausgangsbeziehungen bei Empfängern chemischer Signale.- 12.2.6. Die Spezifität chemischer Signalempfänger.- Literaturauswahl.- 13. Photobiophysik.- 13.1. Photosynthese.- 13.1.1. Einleitung.- 13.1.2. Energieleitungsprozesse.- 13.1.3. Photochemische Prozesse an den Reaktionszentren.- 13.1.4. Elektronentransferprozesse.- 13.1.5. Erzeugung elektrochemischer Potentiale durch vektoriellen Ladungstransport.- 13.1.6. Phosphorylierung.- 13.1.7. Zur Struktur der Thylakoidmembran.- 13.1.8. Schlußbetrachtungen.- Literaturauswahl.- 13.2. Zur Biophysik biologischer Oszillatoren.- 13.2.1. Einführung.- 13.2.2. Harmonische Schwingungen, Van der Pol’scher Oszillator.- 13.2.3. Störungen von Oszillatoren, Phasen-Response-Kurven.- 13.2.4. Ein anderer Blickpunkt: Rückkopplung.- 13.2.5. Kopplung mehrerer Oszillatoren.- Literaturauswahl.- 13.3. Photomorphogenese.- 13.3.1. Was ist Photomorphogenese?.- 13.3.2. Charakterisierung des Phytochroms in vivo.- 13.3.3. Lokalisation des funktionellen Phytochroms.- 13.3.4. Charakterisierung des Phytochroms in vivo.- 13.3.5. Regulation durch Phytochrom.- Literaturauswähl.- 13.4. Photorezeptor-Optik — Struktur und Funktion von Photorezeptoren.- 13.4.1. Einführung.- 13.4.2. Strukturelle Organisation der Photorezeptoren.- 13.4.3. Funktionelle Organisation der Photorezeptoren.- 13.4.4. Photorezeptor-Optik und Struktur der photorezeptiven Membran.- 13.4.5. Schlußfolgerung und Ausblick.- Literaturauswahl.- 13.5. Photorezeption und ihre molekularen Grundlagen.- 13.5.1. Einführung.- 13.5.2. Der Aufbau der Sehzellmembran.- 13.5.3. Die Reaktionen des Rhodopsins.- 13.5.4. Elektrochemie der Sehzellmembran.- 13.5.5. Die Veränderung der Empfindlichkeit der Sehzelle — Adaptation.- 13.5.6. Ausblick.- Literaturauswahl.- 14. Biomechanik.- 14.1. Die molekulare Physiologie der Muskelkontraktion.- 14.1.1. Einleitung.- 14.1.2. Muskelphysiologie.- 14.1.3. Muskelmechanik und -energetik.- 14.1.4. Struktur des Skeletmuskels.- 14.1.5. Der Mechanismus der Verkürzung.- 14.1.6. Die Proteine des kontraktilen Apparates und ihre enzymatische Aktivität.- 14.1.7. Der Aufbau der Myofilamente.- 14.1.8. Die Anordnung der Filamente in der Überlappungszone.- 14.1.9. Die Regulation der Muskelaktivität.- 14.1.10. Die enzymatische Aktivität von Myosin und der Mechanismus der ATP-Hydrolyse.- 14.1.11. Versuch der Korrelation von Querbrückenzyklus und ATP-Hydrolyse.- 14.1.12. Kinetik der Querbrückenmechanik.- 14.1.13. Zukünftige Entwicklungen.- Literaturauswahl.- 14.2. Biostatik.- 14.2.1. Definition.- 14.2.2. Dimensionsbetrachtung; biomechanische Konsequenzen der Absolutgrößen.- 14.2.3. Statische Systeme hoher Schlankheitsgrade.- 14.2.4. Pflanzen Wachstum und Optimalkonstruktion.- 14.2.5. Kräfte und Momente.- 14.2.6. Biegebeanspruchung und Biegefestigkeit.- 14.2.7. Körper gleicher Festigkeit.- Literaturauswahl.- 14.3. Biophysik des Schwimmens. Werner Nachtigall. (Mit 12 Abbildungen).- 14.3.1. Grundlegende strömungsmechanische Kenngrößen.- 14.3.2. Strömungsanpassung von Rümpfen schwimmender Tiere.- 14.3.3. Vortriebserzeugung bei schwimmenden Tieren.- Literaturauswahl.- 14.4. Biophysik des Fliegens.- 14.4.1. Definition.- 14.4.2. Umfang und Problematik des Fachgebiets.- 14.4.3. Kinematik der Schlagflügel.- 14.4.4. Aerodynamik.- 14.4.5. Energetik.- Literaturauswahl.- 14.5. Biomechanik des Blutkreislaufs.- 14.5.1. Vorbemerkung.- 14.5.2. Das Herz als Pumpe.- 14.5.3. Das Arteriensystem.- 14.5.4. Periphere Widerstandsgefäße (Mikrozirkulation).- 14.5.5. Das Venensystem.- 14.5.6. Einstellung und Regelung der Kreislaufgrößen.- Literaturauswahl.- 14.6. Flüssigkeitsströme in Pflanzen.- 14.6.1. Einführung.- 14.6.2. Der Xylemtransport.- 14.6.3. Der Phloemtransport.- Literaturauswahl.- 14.7. Schallrezeption am Beispiel höherer Säugetiere und des Menschen.- 14.7.1. Einleitung.- 14.7.2. Gehörorgan.- 14.7.3. Frequenzauflösungsvermögen.- 14.7.4. Zeitauflösungsvermögen.- 14.7.5. Funktionsschemata und Funktionsmodelle.- Literaturauswahl.- 14.8. Echoortung. Gerhard Neuweiler. (Mit 20 Abbildungen).- 14.8.1. Einleitung.- 14.8.2. Die Ortungsleistungen der Fledermäuse.- 14.8.3. Gibt es eine Theorie der Echoortung?.- 14.8.4. Die Ortungslaute der Fledermäuse.- 14.8.5. Hörleistungen bei der Echoortung.- Literaturauswahl.- 15. Elektrorezeption und Ortung im elektrischen Feld.- 15.1. Einleitung.- 15.2. Natürliche Quellen für eine bioelektrische Reizmodalität.- 15.2.1. Quellen physikalischer Herkunft.- 15.2.2. Quellen biologischer Herkunft.- 15.3. Elektrorezeptoren und Elektrorezeption.- 15.4. Ortungsmechanismen und ihre neuronalen Grundlagen.- 15.4.1. Elektroortung mittels tonischer Elektrorezeptoren.- 15.4.2. Elektroortung mittels phasischer Elektrorezeptoren.- Literaturauswahl.- 16. Geo-Biophysik: Schwerefeld, Magnetfeld und Organismen.- 16.1. Einleitung.- 16.2. Die Wirkung der Schwerkraft auf Organismen.- 16.2.1. Morphogenetische Wirkungen (Gravimorphismus).- 16.2.2. Orientierungswirkung der Schwerkraft auf frei bewegliche Organismen.- 16.2.3. Die Schwerkraftrichtung als Referenz zur Beurteilung von Richtungen mit anderen Sinnessystemen.- 16.3. Die Wirkung des Erdmagnetfeldes auf Organismen.- 16.3.1. Orientierung von Vögeln im Magnetfeld.- 16.3.2. Orientierung von Bienen im Magnetfeld.- 16.3.3. Mögliche Wirkungen des Erdmagnetfeldes auf Organismen.- Literaturauswahl.- 17. Kybernetik.- 17.1. Methoden der Kybernetik (Kommunikationstheorie, Systemtheorie homogener Schichten und Mustererkennung).- 17.1.1. Einleitung.- 17.1.2. Die Kommunikationstheorie.- 17.1.3. Die Systemtheorie homogener Schichten.- Literaturauswahl.- 17.2. Informationsübertragung und -Verarbeitung im Nervensystem, dargestellt am Beispiel der neurophysiologischen Grundlagen des Sehens.- 17.2.1. Einleitung.- 17.2.2. Die Netzhaut (Retina).- 17.2.3. Die Fortleitung der Information von der Retina in das Gehirn.- 17.2.4. Kurze Schlußbemerkung über Wahrnehmung.- Literaturauswahl.- 17.3. Systemanalytische Verhaltensforschung am Beispiel der Fliege.- 17.3.1. Einleitung.- 17.3.2. Systemanalyse der musterinduzierten Flugorientierung von Insekten.- 17.3.3. Orientierungsverhalten gegenüber einer komplexen Umwelt.- 17.3.4. Nichtlineare Systemtheorie der musterinduzierten Flugorientierung.- 17.3.5. Von der makroskopischen zur mikroskopischen Beschreibung.- 17.3.6. Résumé und Ausblick.- Literaturauswahl.- 18. Evolution.- 18.1. Modell der Selbstorganisation und präbiotischen Evolution.- 18.1.1. Einführung.- 18.1.2. Allgemeines über Denkmodelle.- 18.1.3. Prinzip des Modellansatzes.- 18.1.4. Periodizität in der Umgebungsstruktur. Auslösung eines Verviel-fältigungs-Mutations-Selektionszyklus.- 18.1.5. Reichtum in Umgebungsbedingungen als Antrieb in Richtung höherer Organisation. Verlassen des überfüllten Bereichs durch geeignete Systeme führt zur Erweiterung des Lebensraumes.- 18.1.6. Zufall und zweckgerichtetes Verhalten.- 18.1.7. Kenntnis K als Wertmaß eines durch Selbstorganisation von Materie entstandenen Systems.- 18.1.8. Hauptaspekte des speziellen Modells. Zunahme des Organisationsgrades durch Loslösung von eng umgrenzten Umgebungsbedingungen (Feinporosität, Milieuspezifität, zeitliche Periodizität).- 18.1.9. Diskussion wichtiger Teilschritte.- Literaturauswahl.- 18.2. Vom Makromolekül zur primitiven Zelle — die Entstehung biologischer Funktion.- 18.2.1. Was ist Evolution?.- 18.2.2. Thermodynamische Grundlagen der Evolutionstheorie.- 18.2.3. Einige Grundbegriffe.- 18.2.4. Information und Funktion.- 18.2.5. Die statistische Phase der Evolution.- 18.2.6. Die phänomenologischen Gleichungen der Evolution.- 18.2.7. Ergebnisse der Evolutionstheorie.- 18.2.8. Schlußfolgerungen.- 18.2.9. Anhang: Katalytische Kreise.- 18.2.10. Zusammenstellung der Symbole.- Literaturauswahl.