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Die Biologie – auch als Lebenslehre (altgriechisch: bio = Leben, logos = lehre) bezeichnet – ist eine Naturwissenschaft, welche sich mit der Erforschung der Lebewesen, den Bedingungen für Leben und den Gesetzmäßigkeiten des Lebens beschäftigt. Alle Prozesse, welche auf Grundlage der Biologie stattfinden, werden als biologisch bezeichnet.

Was ist Biologie

Biologie ist eine Naturwissenschaft, welche das Ziel verfolgt, die verschiedenen Lebewesen im Einzelnen zu verstehen. Um Erkenntnisse über Lebensformen gewinnen zu können, muss das Zusammenwirken zwischen Lebewesen und Umwelt verstanden werden, weshalb die Biologie auch das untersucht.

Da jede Umwelt aus chemischen Elementen, Substanzen oder Stoffen besteht, müssen Biologen diese kennen und die Wechselwirkung zum Lebewesen verstehen. Und da jedes Lebewesen als offenes System begriffen wird, in welchem durch Atmung oder Ernährung die chemischen Stoffe eindringen, müssen Biologen auch die innerkörperliche Wirkung und Reaktion verstehen.

Ziel der Biologie ist es deshalb sämtliche Lebensprozesse – wie Wachstum, Reizbarkeit, Stoffwechsel, Entwicklung, Fortpflanzung, Selbstregulation, Evolution oder Fortbewegung – zu erfassen und in ihrer Gesamtheit zu verstehen. Dies gelingt nur, wenn man die biologische Vielfalt auf verschiedenen Ebenen erfasst (siehe nächsten Abschnitt).

Womit beschäftigt sich die Biologie

Die Biologie beschäftigt sich mit Leben und mit Lebensprozessen. Aber Leben bedeutet Vielfalt auf verschiedenen Ebenen. So gibt es die Ebene des Ökosystems oder des Lebensraumes. Um Leben im Lebensraum begreifen zu können, müssen Biologen die Wechselwirkung zwischen Lebensraum und Lebewesen untersuchen.

Das bedeutet bspw.: Wenn ein Lebewesen frisst, verändert es dabei den Lebensraum. So werden bspw. andere Tiere im Lebensraum gefressen oder Blätter von Bäumen gefressen. Beides sind Lebensraumänderungen.

Gleichzeitig verändert die Nahrung aus dem Lebensraum auch das Lebewesen. Denn es wird satter und stärker, kann sich durch die Energie aus der Nahrung besser fortpflanzen oder Fressfeinde abwehren. Somit sind Lebewesen und Lebensraum bereits zwei Ebenen, welche die Biologie untersucht.

Schaut man sich die Lebewesen genauer an, kann man feststellen – dass es eine körperliche und eine mikrobiologische Ebene gibt. Will man bspw. die Fortbewegung, das Wachstum oder die Entwicklung eines Lebewesens verstehen, schaut man sich den Körper an und kann bspw. Entwicklungsveränderungen erkennen und dokumentierten. Diese Änderungen basieren auf winzig kleinen Veränderungen im Körper.

Diese Mikroebene wird als Zellebene bezeichnet. Hier finden chemische Reaktionen statt, welche die Grundlage für Lebensprozesse sind. Dies wäre dann die dritte Ebene, auf welcher Biologen das Leben untersuchen.

Zwischen Körper und Zelle können weitere Ebenen eingeführt werden:

  • Die Ebene des Gewebes, da gleichartige Zellen miteinander kommunizieren, sich eigenständig entwickeln und von anderen Körperzellen unterscheiden lassen.
  • Die Ebene der Organe, da sich gleichartiges Gewebe als Funktionseinheit zusammenschließt.
  • Die Ebene der Organsysteme, bei denen mehrere Organe zusammenarbeiten, um bestimmte Lebensfunktionen aufrecht halten zu können. (z.B. Atmungssystem mit Lungen, Luftröhre und Bronchien).
  • Die Ebene des Organismus, welche sich vom Körper dahingehend unterscheidet – dass der Organismus als Organisationseinheit die verschiedene Organe und Organsysteme koordiniert. Der Körper wird somit lediglich als Hülle des Organismus verstanden.

Da die Biologie eine sehr umfangreiche Wissenschaft ist, teilt sich diese in verschiedene Fachrichtungen auf. Dadurch können sich Spezialisten herausbilden, wie die Mikrobiologen, Botaniker (Pflanzenlehre) oder die Zoologen (Tierlehre). Doch in jeder Fachrichtung werden Erkenntnisse immer auf allen Ebenen (Lebensraum, Lebewesen, Zellebene usw.) gesammelt und ausgewertet. (Siehe Hauptartikel: Fachrichtungen der Biologen)

Was bedeutet biologisch

Biologisch bedeutet, dass ein Vorgang auf Grundlage der Biologie geschieht. Das bedeutet, dass dieser Vorgang auf allen Ebenen stattfindet und der Mensch in diesen Vorgang nicht eingreift.

Da die Biologie eine Naturwissenschaft ist, kann man biologisch auch als natürlich verstehen. Das Gegenstück dazu wäre künstlich.

Etwas künstliches – wie die künstliche Fortpflanzung – bedeutet, dass ein Arzt in die Fortpflanzung eingreift. Eine biologische Fortpflanzung findet ohne Zutun von Dritten – also Ärzten – statt.

Was bedeutet biologisch abbaubar

Jeder Stoff, welcher biologisch hergestellt wird – kann auch biologisch wieder zersetzt werden. In der Natur findet Abbau bzw. Zersetzung permanent statt. So zum Beispiel, wenn Blätter vom Baum fallen und von Bakterien gefressen werden.

Diese Zersetzer scheiden dann Nährsalze als Stoffwechselendprodukte aus, welche die Bäume brauchen, um zu wachsen. Der Vorgang ist kleiner Ausschnitt des biologischen Kreislaufs.

Stellt der Mensch nun Waschmittel, Kosmetik, Dünger oder irgendein anderes Produkt her – ist dieses künstlich erschaffen. Wenn es allerdings in der Natur vollständig zersetzt werden kann, ist es biologisch abbaubar. Als Abbau ist hierbei gemeint, dass die Zersetzer (Bakterien, Käfer usw.) den Stoff in seine einzelnen Elemente aufspalten können, so dass dieser in seiner natürlichen Grundsubstanz (Nährstoff) wieder in die Natur einfließen kann.

Seit wann gibt es die Biologie

Da der Steinzeitmensch bereits in und von der Natur gelebt hat, gab es schon damals Erkenntnisse über die Verhaltensweisen von Jagdtieren oder die Wirkung von Pflanzen.

Spätestens seit der Neolithischen Revolution, also dem Übergang zu Ackerbau und Viehzucht, musste der Mensch sich mit der Wechselwirkung zwischen Natur und Pflanzenwelt beschäftigen. Der Naturmensch wurde zum Kulturmenschen. Dies geschah vor etwa 12.000 Jahren zuerst auf dem Gebiet des Fruchtbaren Halbmondes und später auch in Europa.

Die ersten Naturwissenschaften entstanden in der Antike, als Philosophen die Zusammenhänge der Welt ergründeten. Aus der Naturphilosophie entstanden später die verschiedenen Naturwissenschaften.

Im Alten Ägypten und Mesopotamien gab es bereits vor der griechischen Antike wissenschaftliche Erkenntnisse im Bereich der Medizin oder der Mumifizierung, welche auf biologischen Wissen beruhen. Dennoch wird die griechische Antike als Wiege der Biologie und Naturwissenschaft bezeichnet.

Der einflussreichste Naturphilosoph im frühantiken Griechenland war Aristoteles (384 – 322 v.Chr.), welcher die Pflanzen- und Tierwelt untersuchte. Dabei stellte er sich die Frage, wie Leben entsteht und wie es vergeht. Dazu verglich er die Körper der Lebewesen, stellte Unterschiede und Gemeinsamkeiten fest. Aus diesem Vergleich zog er Rückschlüsse auf Lebensweise der Tiere. Durch diesen Vergleich schuf Aristoteles verschiedene Grundsätze für die Anatomie und Physiologie, welche die Medizin der nachfolgenden Jahrhunderte prägen wird.

Aristoteles sammelte bereits Daten über Tiere, welche sich empirisch (statisch) auswerten ließen. Somit gilt die Zoologie (Tierlehre) als älteste Disziplin der Biologie, obwohl sie sich damals noch nicht von der Philosophie löste. Die vergleichende Anatomie wird das Grundpfeiler für Zoologen und Humanmediziner bis ins 18. Jahrhundert bleiben.

Der Vorsokratiker Thales von Milet (etwa 600 v.Chr.) stellte die erste Theorie zur Entstehung von Leben auf.

Wer hat Biologie erfunden

Aus der Naturphilosophie entwickelten sich mit zunehmenden Erkenntnisgewinn die Naturwissenschaftler. Galten die Gelehrten der Antike noch als Universalgenies, war dies später – aufgrund des höheren Informationsaufkommens – nicht mehr möglich. Die Wissenschaft als Ganzes musste sich teilen und spezielle Wissenschaftler vereinten das Wissen aus einer neu gebildeten Fachrichtung.

Die Geburtsstunde der Biologie fällt ins Ende des 19. Jahrhunderts. Damals gab es bereits Ärzte, welche den Menschen anatomisch und physiologisch verstanden haben. Geforscht wurde dennoch auf einem breiten Feld. Zuerst lösten sich die Botanik und die Zoologie etwa Mitte des 18. Jahrhunderts aus der Naturphilosophie heraus. Entdecker, wie Alexander von Humboldt, brachten neue Erkenntnisse ein – so dass sich diese Spezialisierung ergeben musste.

Fortan begründeten sich einige Fachrichtungen, welche heute in den biologischen Bereich fallen:

  • 4. Jahrhundert v.Chr.: Aristoteles begründete zahlreiche physiologische Anschauungen, auf welcher die Medizin, Anatomie und Physiologie in den folgenden Jahrhunderten aufbauten.
  • 5. Jahrhundert n.Chr.: Der chinesische Gelehrte und Alchemist Tao Hongjing legt eine Rezeptsammlung von namhaften Ärzten an und wird zum Begründer der Pharmakologie (Arzneimittellehre).
  • 1758: Carl von Linné begründet die Zoologie und Botanik, indem er ein Werk – namens Systema Naturae – veröffentlicht, in welchem die Arten systematisch geordnet sind. Diese Systematik hat bis heute Bestand.
  • 1802: Jean-Baptiste de Lamarck begründet die erste Evolutionstheorie (Lamarckismus). Die Theorie von Charles Darwin (Darwinismus) wird erst 1858 begründet.
  • 1839: Theodor Schwann und Matthias Jacob Schleiden begründen die Zelltheorie
  • 1866: Gregor Mendel begründet die Genetik

Die Biologie wurde somit nicht erfunden, sondern es schälten sich langsam Fachrichtungen aus der Naturphilosophie heraus. Diese einzelnen Fachrichtungen werden heute als Biowissenschaft zusammengefasst und als Unterrichtsfach „Biologie“ vermittelt.

Wozu braucht man Biologie

Die Biologie bestimmt unser Leben und unseren Alltag. Denn auf allen Ebenen (Körper, Zelle, Lebensraum usw.) finden Interaktionen mit der Umwelt statt.

Wenn wir bspw. sehen, hören oder riechen – sind dies biologische Prozesse. Dies geschieht auf allen Ebenen. So lösen Umweltreize (z.B. sichtbarer Reiz) eine Stimulanz der Sehzellen aus. Das Auge fungiert als Sinnesorgan und bildet zusammen mit dem Nervensystem das Organsystem für die Wahrnehmung. Der Organismus koordiniert den kompletten Vorgang und der eigentliche Umweltreiz stammt aus dem Lebensraum.

Somit findet Biologie auf allen Ebenen statt und um das Leben zu begreifen, sollte man Biologie verstehen. Da Leben überall und jederzeit stattfindet, ist Biologie allumfassend und permanent präsent.

Weiterhin ist Biologie wichtig, um seinen Körper und dessen Abläufe zu verstehen. Erkenntnisse aus der Biologie fließen bspw. in die Ernährungsberatung, in die Sportwissenschaft, in die Medizin oder den Naturschutz ein.

Was sind biologische Tätigkeiten

Biologische Tätigkeiten dienen dem Erkenntnisgewinn und finden im Rahmen der wissenschaftlichen Biologie statt. Dabei wird zwischen praktischen und wissenschaftlichen Tätigkeiten unterschieden. Die wissenschaftlichen Tätigkeiten werden auch als Methoden bezeichnet und beschreiben die Arbeit eines Biologen.

Praktische Tätigkeiten in der Biologie

Biologische Beobachtung und Betrachtung

Die Grundlage jegliche Wissenschaft ist die Beobachtung. Beim Beobachten wird zwischen ruhenden Objekten und beweglichen Interaktionen unterschieden.

Demnach bedeutet biologisches Betrachten, dass ein ruhendes Objekt unter dem Mikroskop angesehen wird. Ein biologisches Beobachten zielt auf Vorgänge oder Interaktionen ab – nimmt deshalb auch eine gewisse Zeitspanne ein, welche beim Betrachten nicht unbedingt anfallen muss.

Biologische Untersuchung

Beim Untersuchen wird in das beobachtende System eingegriffen. So werden bspw. Objekte präpariert, seziert oder auseinandergenommen. Auch das aktive Eingreifen in eine Naturbeobachtung, um zu erfahren, was passiert – ist eine Untersuchung. Wird dieses Eingreifen wiederholt und dokumentiert, handelt es sich um ein Experiment.

Biologische Experimente

Beim Experimentieren wird irgendein biologischer Vorgang oder eine Erscheinung herausgegriffen. Dann wird der auserwählte Vorgang protokolliert (aufgenommen). Dabei wird das Ergebnis in ein Versuchsprotokoll geschrieben und der Vorgang wird wiederholt. Kommt man beim zweiten Durchlauf zum gleichen Ergebnis, gewinnt man die Erkenntnis – dass eine Kausalität (Ursache-Wirkung-Beziehung) vorliegen könnte.

Dann wird das Experiment an verschiedenen Stellen verändert, indem man bspw. Bedingungen (z.B. Raumtemperatur) ändert und so neue Erkenntnisse zur Ursache-Wirkung-Beziehung erfährt. Wichtig ist nur, dass man lediglich eine Bedingung pro experimentellen Durchlauf ändert, da ansonsten nicht klar wird – welche Wirkung die verschiedenen Änderungen tatsächlich hatten.

Das Ändern und das Ergebnis bei Änderung werden ebenfalls im Versuchsprotokoll verzeichnet. Dann wird wiederholt, um die Änderung zu bestätigen.

Das Experimentieren dient in der Biologie dazu, die Wirkungen auf veränderte Ursachen (z.B. Raumtemperatur) zu erkennen, zu begreifen und zu dokumentieren.

Biologisches Sammeln und Identifizieren

Biologen sind Sammler. Sie sammeln die Überreste von Organismen oder nehmen Proben aus der Natur. Dadurch können sie Erkenntnisse über die Biodiversität oder vorherrschende Umweltbedingungen sammeln.

Dies machen Hobbybiologen als auch Forschende gleichermaßen. So nehmen Ökologen diverse Wasserproben aus Seen und Ozeanen, um diese zu untersuchen. Forschende Mediziner legen sich Gendatenbanken an, sammeln Bakterienproben oder Viren, um an diesen zu forschen.

Das Gesammelte wird dann identifiziert. Beim Identifizieren werden Bestimmungsschlüssel, anatomische Vergleiche, Tabellen oder Beschreibungen herangezogen. Durch die Identifizierung des Objektes kann dieses einem bestimmten System (Lebewesen, Art, Lebensgemeinschaft) zugeordnet werden.

Kartieren

Biologische Systeme (z.B. Lebensgemeinschaften) werden in Landkarten gezeichnet. Durch das Kartieren können Lebensräume einer Art, deren Verbreitungsgebiete – aber auch Vegetationszonen oder Ökozonen festgehalten werden. Durch das Festhalten auf Landkarten, können bestehende Umweltbedingungen des Verbreitungsraumes gesammelt und analysiert werden.

Wissenschaftliche Methoden in der Biologie

Beschreiben

Beim Beschreiben einer Art, einer Lebensgemeinschaft oder eines biologischen Vorgangs werden die Merkmale der Beobachtung gesammelt und niedergeschrieben. Durch die Beschreibung wird ein Zusammenhang zwischen den erfassten Daten, welche durch die Beobachtung erhoben wurden, hergestellt.

Dies ist wichtig, da andere Biologen auf die Beschreibung zugreifen, den Zusammenhang verstehen und dadurch die Forschung voranbringen können. Denn oftmals werden neue Theorien auf Grundlage von verschiedenen Forschungen gebildet.

Darstellen

Neben dem Beschreiben können die wissenschaftlichen Daten auch anders dargestellt werden. Dies geschieht durch Texte, Tabellen, Diagramme oder Ähnlichem.

Hypothesen entwerfen

Aufgrund der Experimente und dem Erkennen von Ursache-Wirkungs-Beziehungen können Vermutungen (Hypothesen) aufgestellt werden, welche das Versuchsergebnis in eine Gesetzmäßigkeit überführen sollen. Diese Hypothesen werden dann weiter getestet, bevor ein Naturgesetz, ein Modell oder eine Theorie entworfen wird.

Biologische Definitionen aufstellen

Wurden bestimmte Merkmale beim Beobachten oder Experimentieren als Gesetzmäßigkeit festgelegt, kann eine Definition entworfen werden. Durch das Definieren werden alle Merkmale des beobachteten Objekts bzw. des Vorganges unter einem Begriff vereint. Durch den definierten Begriff wird jedem anderen Wissenschaftler klar, welche Eigenschaften und Merkmale sich dahinter verbergen. Dadurch kann die Definition in jedem Zusammenhang genutzt werden.

Biologische Klassifikation aufstellen

Hat man erst einmal einen biologischen Begriff definiert, kann man sämtliche Objekte darunter einordnen. So lassen sich unter dem Begriff „Pflanze“ bspw. Bäume, Sträucher, Büsche, Blumen usw. einordnen – da die Definition einer Pflanze erfolgt ist.

Dieses Einordnen unter bestimmten Begriffen erfolgt in der botanischen oder zoologischen Systematik, genauso wie in der Genetik oder einer anderen Fachdisziplin. Das Klassifizieren erfolgt dann über bestimmte Begriffe, welche bereits definiert sind. Dies sind zum Beispiel: Klasse, Gattung, Familie, Stamm, Domäne oder Reich (z.B. Tierreich).

Biologische Modelle aufstellen

Die Modellbildung erfolgt oftmals bereits beim Aufstellen von Hypothesen. Diese Gedankenmodelle sollen dann ein Wirkungsgefüge abbilden.

Biologische Theorien entwickeln

Die Theorie ist dann ein größeres Gedankenkonstrukt, welches aufgestellt und durch Experimente, Beobachtungen und Versuche erprobt wurde. Die Theorie ist demnach das ausformulierte Ergebnis von zuvor festgestellter Gesetzmäßigkeit.

Wozu dienen Modelle in der Biologie

Modelle sind eine Abbildung der Wirklichkeit. Es handelt sich dabei um Gedankenmodelle, welche entworfen werden, um eine gewisse Gesetzmäßigkeit – welche in der Natur auftritt – abzubilden. Das Modell greift dabei auf Beobachtungsdaten und Versuchsergebnisse zurück. Es soll das Beziehungsgefüge eines biologischen Vorgangs darstellen, indem bestimmte Aspekte der Wirklichkeit wiedergegeben werden.

Dadurch lassen sich Gesetzmäßigkeiten besser verstehen und Prognosen über zukünftige Abläufe erstellen. Außerdem kann ein Modell besser in andere Theorien eingebettet bzw. daran angeschlossen werden. Ist das Modell fehlerhaft oder unschlüssig kann dies ebenfalls besser erkannt werden, als bei blanken Beobachtungsdaten oder Versuchsreihen.

Lexikon der Biologie

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