Bionik, Biotechnologie und Biophysik

Die Biotechnologie ist ein großer Bereich der Biologie, in dem lebende Systeme und Organismen zur Entwicklung oder Herstellung von Produkten eingesetzt werden. Abhängig von den Werkzeugen und Anwendungen überschneidet sich die Biotechnologie häufig mit verwandten wissenschaftlichen Bereichen. Im späten 20. und frühen 21. Jahrhundert hat sich die Biotechnologie um neue und vielfältige Wissenschaften wie Genomik, rekombinante Gentechniken, angewandte Immunologie sowie die Entwicklung pharmazeutischer Therapien und diagnostischer Tests erweitert. Bionik oder biologisch inspiriertes Engineering ist die Anwendung biologischer Methoden und Systeme, die in der Natur vorkommen, auf das Studium und den Entwurf von Engineering-Systemen und moderner Technologie.



Das breit aufgestellte Konzept der "Biotechnologie" oder kürzer "Biotech" umfasst eine Vielzahl von Verfahren zur Modifizierung lebender Organismen für spezielle Zwecke des Menschen. Die ersten biotechnologischen Verfahren dürften die Domestizierung von Tieren sowie der Anbau von Pflanzen und deren "Verbesserungen" durch Züchtungsprogramme, wie beispielsweise Selektion und Hybridisierung sein. Die moderne Biotechnologie umfasst auch die immer wichtiger werdende Gentechnik. Die American Chemical Society definiert Biotechnologie als "die Anwendung von Organismen, biologischen Systemen oder biologischen Prozessen durch eine Vielzahl von verschiedenen Branchen, um etwas über das Leben zu lernen und den Wert von biologischen Materialien und Organismen sowie Pharmazeutika, Pflanzen und Tieren zu erhöhen". Nach Ansicht der Europäischen Föderation für Biotechnologie ist sie "die Integration von Naturwissenschaften in die Entwicklung von Produkten und Dienstleistungen". Die Biotechnologie basiert auf den biologischen Grundlagenwissenschaften (z. B. Molekularbiologie, Biochemie, Zellbiologie, Embryologie, Genetik, Mikrobiologie) und bietet umgekehrt Methoden zur Unterstützung und Durchführung der Grundlagenforschung in der Biologie an.

Biotechnologie ist die Erforschung von lebenden Organismen und jeglicher Biomasse mittels Bioverfahrenstechniken, um Produkte mit hoher Wertschöpfung zu planen und zum Zweck eines nachhaltigen wirtschaftlichen Betriebs zu vermarkten. Insbesondere im pharmazeutischen Bereich der Biotechnologie muß eine Zulassung zur Vermarktung der Produkte erfolgen, bei der die Ergebnisse aus Tier- und Humanexperimenten einfließen, um unerkannte Nebenwirkungen oder Sicherheitsbedenken zu minimieren bzw. auszuräumen. Die Nutzung biologischer Prozesse, Organismen oder biologischer Systeme zur Herstellung von Produkten - von denen erwartet wird, dass sie das Leben der Menschen verbessern - wird als Biotechnologie bezeichnet.

Im Gegensatz dazu wird Bioengineering im Allgemeinen als ein verwandtes Gebiet angesehen. Bioengineering ist die Anwendung der Prinzipien der Ingenieurwissenschaften auf Gewebe, Zellen und Moleküle. In diesem Zusammenhang ist die biomedizinische Technik ein sich überschneidendes Gebiet, das sich häufig auf die Biotechnologie stützt und diese nach verschiedenen Kriterien anwendet, insbesondere in Teilbereichen der biomedizinischen oder chemischen Technik, der biopharmazeutischen Technik und der Gentechnik.

Die Bionik (ein Kunstwort aus Biologie und Technik) beschäftigt sich mit dem Übertragen von Phänomenen in der Natur auf die Technik. Ein klassisches Beispiel ist die Entwicklung einer schmutz- und wasserabweisenden Farbe (Beschichtung) aus der Beobachtung, dass praktisch nichts an der Oberfläche der Blätter einer Lotusblütenpflanze haftet (Lotuseffekt) oder Leonardo da Vincis Idee, den Vogelflug auf Flugmaschinen zu übertragen. Ein weiteres Beispiel aus dem modernen Alltag ist der von Kletten inspirierte Klettverschluss.

Der Bionik liegt die Annahme zugrunde, dass Fauna und Flora im Lauf der Evolution hochoptimiert und effizient wurden, aus der Notwendigkeit heraus, sich an veränderte Umweltbedingungen anzupassen.

Der entsprechende englische Begriff "Bionics" wurde im August 1958 von Jack E. Steele geprägt (aus "biology" und "electronics"). Der Begriff erlangte durch US-Fernsehserien wie "The Six Million Dollar Man" oder "The Bionic Woman" aus den 1970er Jahren große Popularität. Beide Serien basieren auf dem Roman "Cyborg" von Martin Caidin und handeln von Menschen, denen durch elektromechanische Implantate verschiedene übermenschliche Kräfte verliehen werden.

Biophysik ist eine interdisziplinäre Wissenschaft, die traditionell in der Physik verwendete Ansätze und Methoden anwendet, um biologische Phänomene zu untersuchen. Die Biophysik deckt alle Ebenen der biologischen Organisation ab, von der molekularen Biologie bis hin zu Organismen und zur Populationsbiologie. Die biophysikalische Forschung weist erhebliche Überschneidungen mit Biochemie, Molekularbiologie, Physikalischer Chemie, Physiologie, Nanotechnologie, Bioingenieurwesen, Computerbiologie, Biomechanik, Entwicklungsbiologie und Systembiologie auf.

Der Begriff Biophysik wurde ursprünglich 1892 von Karl Pearson eingeführt. Der Begriff Biophysik wird auch in der Wissenschaft regelmäßig verwendet, um das Studium der physikalischen Größen (z. B. elektrischer Strom, Temperatur, Stress, Entropie) in biologischen Systemen zu bezeichnen. Auch andere biologische Wissenschaften erforschen die biophysikalischen Eigenschaften lebender Organismen, darunter Molekularbiologie, Zellbiologie, chemische Biologie und Biochemie.


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