Wunderwelt Leben

Ein Blick in die Vergangenheit - Dendrologie

2010-08-21T18:57:00.000-07:00

Wenn Bäume etwas über die Vergangenheit "berichten"

Jeder hat schon einmal einen frisch gefällten Baum gesehen und erinnert sich, wie der Stammquerschnitt aussieht. Gleich auf den ersten Blick fallen die vielen Ringe (Jahresringe genannt) auf, die nicht nur von Kindern gezählt werden, sondern auch von ausgewachsenen Wissenschaftlern, die mit dieser einfachen Methode das Alter des Baumes ermitteln können. Klickt ruhig auf das Bild rechts, dann seht ihr es vergrößert und könnt auch die Jahresringe zählen.
Wenn die Wissenschaftler aber nicht unbedingt einen Baum fällen wollen, um herauszufinden, wie alt er ist, dann gibt es dafür eine weniger invasive Methode.

Mit einem so genannten Baumbohrer können kleine Löcher in den Baumstamm gebohrt werden, so dass ein kleiner stiftförmiger Zylinder (der Bohrkern) entsteht, der das Innere des Stammes widerspiegelt. Denn auch hier sind diese Ringe wieder deutlich zu erkennen (siehe Foto).

Aber wie entstehen diese Jahresringe überhaupt?
Es ist so, dass die Bäume in unseren Breiten im Verlaufe eines Jahres unterschiedlich schnell wachsen. Im Winter haben die Laubbäume keine Blätter, betreiben demzufolge auch keine Photosynthese, weshalb sie eine Ruhephase in dieser Zeit einlegen. Im Frühjahr darauf, wenn sich die neuen Blätter und neue Blüten entwickeln sollen, bilden die Bäume großlumige und dünnwandige Leitgewebszellen aus, um schnell und effizient viele Nährstoffe von den Wurzel nach oben zur Krone zu bringen, also dahin, wo diese Stoffe zum Aufbau neuer Blätter gebraucht werden. Das lockere Gewebe, was zu dieser Zeit entsteht, wird als Frühholz bezeichnet und ist deutlich heller als das darauffolgende Spätholz. Letzteres ist durch die kleinlumigen, aber dickwandigen Gefäße gekennzeichnet. In dem Spätholz ist ausserdem vermehrt Lignin eingelagert, was vor allem der Stabilisierung dient und was auch die dunklere Farbe ist Gegensatz zum Frühholz ausmacht. Auf dem obigen Foto sind die hellen Abschnitte das Frühholz und jeweils links daneben das zugehörige Spätholz der selben Vegetationsperiode.

Ein Bohrkern enthält aber noch viel mehr Informationen als nur das Alter des jeweiligen Baumes. Er sagt auch darüber aus, wie die allgemeinen Standortbedingungen für die Baumart sind und wie viele gute und wie viele schlechte Jahre in der Vergangenheit waren, das heißt, ob der Baum viel oder wenig an Biomasse in den einzelnen Jahren zugelegt hat. Bei alten Bäume kann also auf diese Art und Weise festgestellt werden, wie das Klima in dieser Region in vergangenen Zeiten war und wie es sich eventuell verändert hat.

Durch Dendrologen können wir also auch Informationen über längst vergangene Zeiten erhalten. Denn nicht nur lebende Bäume, sondern auch konservierte Bäume (in Sümpfen) und sogar verarbeitetes Holz in versunkenen Segelschiffen, enthalten noch viele Informationen über ihr Alter und ihren Entstehungsort.

Bildnachweis.
http://www.sxc.hu/browse.phtml?f=download&id=939357
http://www.sxc.hu/browse.phtml?f=download&id=904996
http://www.sxc.hu/photo/563821

Neue Umfrage: Warum können Schimpansen nicht tanzen?

2009-03-22T09:58:00.000-07:00

Da meine Eltern gerade beim Tanzen sind, kommt mir soeben eine neue Idee für eine Umfrage in den Sinn. Wie sollte es anders sein, es geht dabei um das Tanzen. Wir Menschen tuen es zum Vergnügen, als Zeitvertreib, um uns fit zu halten, um Gefühle auszudrücken oder einige machen das Tanzen sogar zum Beruf. Nun ist es aber auch so, dass unsere nahen Verwandten, die Schimpansen, nicht tanzen. Aber warum?

Haben sie einfach kein Taktgefühl?
Ist ihr Gehirn schlichtweg nicht in der Lage, die Bewegungen zur Musik zu koordinieren?
Oder liegt es an ihrem etwas, im Vergleich zu uns, anderem Körperbau, der es den Schimpansen unmöglich macht zu tanzen?

Auf der rechten Seite könnt ihr wieder eure Tipps abgeben.

Viel Spaß!
Eure Wunderweltleben Gruppe

Bildnachweis:
http://www.sxc.hu/photo/1155010 by katagaci

Umfrage: Warum kommt aus den Hinterleibern der Blattläuse Honigtau heraus?

2009-03-12T12:21:00.000-07:00

Hallo ihr Lieben,

heute wollen wir die Frage unserer letzten Abstimmung beantworten. Dabei ging es um Blattläuse und warum aus deren Hinterleibern Honigtau herauskommt. Im rechten Bild seht ihr wie abgestimmt wurde.

Blattläuse ernähren sich von Pflanzensaft und besitzen am Kopf einen Stechrüssel um an diesen Saft aus den Siebröhren heranzukommen. Der Pflanzensaft besteht aus Zuckern, freien Aminosäuren, Proteinen, Mineralien und Vitaminen und wird innerhalb des Körpers der Blattläuse verändert. Dies geschieht durch Aufnahme oder Veränderungen von Komponenten, bzw. durch Zugabe von neuen Stoffen, die vorher noch nicht in dem Siebröhrensaft vorhanden waren. Den größten Anteil im Pflanzensaft machen die Zucker aus, die teilweise von den Blattläuse absorbiert oder konvertiert werden. Da der Anteil an Stickstoffverbindungen in dem Saft jedoch sehr gering ist, müssen die Tiere eine große Menge an Pflanzensaft saugen. Der überschüssige Teil wird über die Hinterleiber wieder ausgeschieden, in Form von Honigtau. Letzterer ist reich an Zuckern und lockt deshalb andere Insekten wie zum Beipsiel Ameisen an, die dann den Honigtau absammeln und sich davon ernähren.

Somit handelt es sich also keinesfalls um eine Opfergabe um nicht von den Ameisen gefressen zu werden, sondern die Blattläuse scheiden den süßen Honigtau freiwillig ab. Und der Druck des Pflanzensaftes wird von den Läusen genutzt, um den Saft durch ihren Stechrüssel zu bringen, damit der Saugaufwand und der damit verbundene Energieaufwand gering gehalten wird.

Interessanterweise geht die Symbiose zwischen Blattläusen und einigen Ameisenarten sogar so weit, dass die Blattläuse wie eine Herde gehalten und vor Fressfeiden beschützen werden. Im Winter bringen die Ameisen sie in ihr Nest um sie vor Kälte zu schützen. Im Gegenzug dafür können die Ameisen wie gesagt den süßen Honigtau "ernten".

Bildnachweis:
http://www.sxc.hu/browse.phtml?f=download&id=773169 by gzed

Auf der Suche nach Skorpionen

2009-02-21T08:49:00.000-08:00

Wie kann man am einfachsten bei Nacht in der Wüste einen Skorpion erkennen? In dem man den Boden mit einer Schwarzlichtlampe absucht. Skorpione werden, getroffen vom Schein der Lampe, grünlich fluoreszieren. Egal welche Färbung der Skorpion eigentlich aufweist, er fluoresziert immer in einem einheitlichen grün. Das liegt daran, weil in der Cuticula (wachsartiger Überzug des Körpers) der Skorpione fluoreszierende Sub-stanzen enthalten sind, die durch das Schwarzlicht angeregt werden. Interessanterweise tritt diese Eigenschaft bei allen Arten der Gruppe Scorpiones aus-nahmslos auf.

Im Bild zu sehen ist der Kaiserskorpion Pandinus imperator. In Natura ist er eher schwarzbräunlich.

Warum wir sehen können

2009-02-05T12:21:00.000-08:00

Anders, als der Titel eigentlich vermuten lässt, geht es hier nicht darum, wie Bilder auf unserer Retina abgebildet werden und in unserem Hirn verarbeitet werden. Es geht hier um eine andere Frage, die ich im Folgenden näher erörtern werde.

Wir besitzen ein inverses Auge. Das bedeutet, dass die gesamte Verschaltung zwischen den Nervenzellen unserer Retina im Inneren unseres Augapfels liegen. Erst dann folgen die eigentlichen Photorezeptoren (siehe Mikroskopaufnahme unten). Das heißt, dass ein Lichtstrahl zuerst die Zellschicht mit ihren Nervenbahnen durchdringen muss, bevor es an die Rezeptoren gelangt. Nun lohnt es sich zu wissen, dass unsere Nervenbahnen isoliert sind. Damit Signale zwischen den Neuronen effizient weitergeleitet werden können, liegt eine Isolierschicht aus Myelin um die Nerven. Dieses Myelin ist ein Lipid (=Fett) und Bestandteil der so genannten Oligodendrocyten. Diese Zellen bilden kleine Ärmchen aus, an deren Ende sich kuchenblechähnliche Fortsätze entwickeln. Die Fortsätze wickeln sich um die Nervenbahnen und bilden örtliche Isolierungen (Myelinscheiden).

Eigentlich unproblematisch, könnte man denken. Wenn das Licht durch Zellen hindurch strahlt, wird es doch auch nicht von diesen Myelinscheiden aufgehalten werden. Das allerdings stimmt nicht. Das Myelin ist nämlich optisch sehr dicht. Das heißt, dass es Licht stark absorbiert. Würden die Nervenbahnen in unserem Auge myelinisieren (also, würden sich Oligodendrocyten in unserer Retina ausbreiten), könnten wir nicht mehr sehen. Es wäre also gut, wenn die Nerven der Neurone in unserem Auge nicht myelinisieren würden. Das würde aber auch bedeuten, dass die Nervenfasern vom Auge in das Gehirn nicht mehr myelinisieren würden. Darunter würde aber die Signalleitung leiden. Wie kann man also verhindern, dass Oligodendrocyten in das Auge einwandern, aber dennoch die außerhalb des Augapfels liegenden Nervenfasern umhüllen?

Dies wird durch ein Protein, dem Netrin, erreicht. Oligodendrocyten reagieren abstoßend auf dieses Protein. Das heißt, sie wandern von Regionen mit höherer Netrinkonzentration in Regionen mit niedrigerer Konzentration. Ein erster Gradient führt so dazu, dass die Oligodendrocyten aus ihrem Entstehungsbereich (der Subventrikularzone) in Richtung Auge wandern. Ein zweiter, kurzer, starker und entgegengesetzter Gradient, kurz vor der Retina verhindert das weitere Wandern der Oligodendrocyten.

Der genaue Mechanismus ist aber noch nicht vollständig verstanden. Es gibt noch mehrere offene Fragen, wie zum Beispiel, warum die beiden Gradienten nicht dazuführen, dass sich alle Oligodendrocyten in einem schmalen Bereich vor der Retina ansammeln, sondern, dass sie sich mehr oder weniger gleichmäßig über den Sehnerv verteilen.

Bildnachweis:
http://www.sxc.hu/browse.phtml?f=download&id=1138666
http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/2/2d/Retina-OCT800.png, origin medOCT-group, Dept of Med. Physics, Med. Univ. Vienna, Austria, 2004

Schwierigkeitsgrade

2009-01-21T00:15:00.000-08:00

Hallo zusammen,

heute möchte ich euch drei kleine Schildchen vorstellen. Zukünftig werden die drei jeden Post kennzeichnen und als schwierig, mittel oder leicht anzeigen. Leichte und mittlere Posts können von so gut wie jedem gelesen werden. Die schweren Posts richten sich eher an Interessierte mit Vorkenntnissen in der Biologie.

Wozu ist das gut? Zukünftig sollen auf Wunderwelt Leben auch aktuelle Themen der Biowissenschaften vorgestellt werden. Dort sind Sachverhalte oft komplex. Um die Artikel aber nicht durch Grundlagenerklärungen zu zerreißen, wird ein gewisses Maß an Vorwissen hierbei benötigt. Wir hoffen euch dadurch die Auswahl der Artikel zu erleichtern.

Viel Spaß auch weiterhin,
eure Wunderwelt Leben Gruppe

Einen frohen Ersten Advent

2008-11-30T11:05:00.000-08:00

Pünktlich zum ersten Advent wollen wir euch mit diesem Video eine kleine Freude bereiten. Wir hoffen euch gefällt es genauso gut wie uns.

Viele Grüße,
euer Wunderwelt Leben Team

Neue Umfrage: Warum kommt aus den Hinterleibern der Blattläuse Honigtau heraus?

2008-11-21T07:38:00.000-08:00

Es gibt Ameisenarten, die auf mit Blattläusen besiedelten Pflanzen klettern um Honigtau von den Hinterleibern der Blattläuse zu sammeln. Nun stellt sich die Frage, warum die Blattläuse Honigtau dort haben?
Ist es vielleicht eine Art Opfergabe, damit sie nicht von den Ameisen gefressen werden?
Oder liegt es an der Zusammensetzung des Pflanzensaftes?
Oder spielt dann doch der Druck eine Rolle, mit dem der Pflanzensaft aus der Pflanze heraustritt und wenn der so stark ist, dass ein Teil des Saftes wieder herauskommt?

Was meint ihr dazu? Macht einfach mit bei der Abstimmung (auf der rechten Seite) und seid gespannt auf die Auflösung!

http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/8/8f/Melkende_ameisen_honigtau4.JPG

Lemminge – Possierliche kollektive Selbstmörder?

2008-10-30T13:42:00.000-07:00

Schon vor einiger Zeit hat uns ein guter Freund gefragt, was es mit dem Lemmingtrieb auf sich hat. Heute wollen wir euch diese Frage endlich beantworten, doch vorher sollt ihr euch mal selber fragen, was in euren Köpfen herumschwirrt, wenn ihr an Lemminge denkt?

Denkt ihr dann etwa an kleine Nagetiere, die sich von Zeit zu Zeit freiwillig selbstmörderisch massenhaft von den Klippen stürzen? Wirklich?? Na dann, seid gespannt, was wir euch zu berichten haben.

Zu allererst, es stimmt, dass es sich um Nagetiere handelt. Sie kommen in den kälteren Gefilden auf der nördlichen Hemisphäre vor, also vor allem in Alaska und anderen nördlichen Ländern mit offenem Grasland und Tundra. In regelmäßigen Abständen von zwei bis fünf Jahren kommt es tatsächlich dazu, dass die Populationengröße, also die Anzahl von Individuen in einem bestimmten Areal, extrem stark zunimmt um sehr bald darauf wieder zusammenzubrechen. Der wirkliche Grund dafür ist bis heute nicht geklärt, doch es wurde schon viel spekuliert, von schlechten Witterungsbedingungen über extrem zunehmende Räuberanzahlen bis hin zu ungenießbarer Nahrung. Dass es sich aber um Massenselbstmord handelt, kann ausgeschlossen werden.

Wie kommt es denn aber zu dem Mythos, dass die Lemminge sich angeblich freiwillig zu Tode stürzen? Den Anfang dieses Mythos machte nicht etwa das Computerspiel „Lemmings“, das ab 1991 veröffentlicht wurde (siehe das Bild links). Hier laufen die kleinen Figuren, also die Lemminge, immer weiter geradeaus bis sie auf ein Hindernis stoßen. Wenn sie daran nicht vorbei kommen, ändern sie einfach ihre Richtung. Befindet sich jedoch ein Loch oder ein Abgrund auf ihrem Weg, laufen sie einfach weiter und fallen hinab, wenn der Spieler nicht eingreift. Dieses blinde Weiterlaufen und in den Abgrund stürzen wurde bereits 1958 in dem Film namens „White Wilderness“ gezeigt. Er suggeriert den Zuschauern, dass Lemminge auf Massenwanderungen gehen und einfach ihren Artgenossen folgen. So machen sie auch nicht vor Klippen Halt und stürzen hinab in die Tiefe, wobei sie den Fall nicht überleben. Bis heute konnte das aber nie dokumentiert werden, die Szenen in dem Film waren alle gestellt.

In Wirklichkeit gehen die Tiere auch auf Wanderschaft, denn wenn die Individuendichte in einem Gebiet sehr hoch ist, wird der Konkurrenzdruck höher, denn die Nahrung wird knapp und die Tiere suchen an anderen Stellen nach Futter. Hohe Populationsdichten stellen auch sozialen Stress für die einzelnen Tiere dar, wodurch ihre Immunabwehr geschwächt werden könnte und Infektionen sich leicht ausbreiten können. Auch das sind mögliche Gründe, warum nach einem raschen Anstieg der Individuenzahl, diese anschließend auch wieder schlagartig abnehmen kann.

Wir hoffen, wir konnten das Bild von den selbstmörderischen Lemmingen erfolgreich in euren Köpfen zerstören ;-)

P.S.: Und schaut doch mal bei Joschua Sauer vorbei, er ist ein Cartoonist, der regelmäßig in unregelmäßigen Abständen kleine Comics von (selbstmörderischen) Lemmingen ins Netz stellt. Hier eine kleine Auswahl:

http://nicht-lustig.de/toondb/080903.html
http://nicht-lustig.de/toondb/080814.html
http://nicht-lustig.de/toondb/080306.html
http://nicht-lustig.de/toondb/051205.html
http://nicht-lustig.de/toondb/051123.html
http://nicht-lustig.de/toondb/050601.html

Quellen: http://upload.wikimedia.org/wikipedia/en/5/50/Lemming.jpg

Wenn Wachstum zum Tode führt - 2,4-D

2008-07-19T03:08:00.000-07:00

Wenn man durch ein Getreidefeld stapft, kann es einen schon wundern, wie fast ausschließlich die gesäten Samen von zum Beispiel Weizen oder Mais wachsen, aber sich kaum Unkraut zwischen den Beständen befindet. Dies erreicht man in der Landwirtschaft vor allem durch den Einsatz von Herbiziden, also Mitteln gegen bestimmte Pflanzen. Doch wie kann das Herbizid gezielt Unkräuter vernichten und wie wirkt es überhaupt? Dieser Post befasst sich mit dem Herbizid 2,4-D, seiner Wirkung und seiner Spezifität.

Es gibt sicherlich viele Wege, wie man das Leben einer Pflanze erheblich verkürzen kann. Zum Beispiel könnte man sie abschneiden oder eine hohe Dosis an Salz dem Giesswasser zufügen,oder die Blätter mit schwarzer Farbe einstreichen. Doch bei all den vielen Möglichkeiten stellt sich die Frage: was ist eine effektive Möglichkeit und belastet dabei gleichermaßen weder die Umwelt noch die Saat?

Dabei ist es aber, egal wie spezifisch ein Herbizid auch immer wirken mag, wohl niemals möglich, dass das verwendete Herbizid nur auf der Zielfläche wirkt. Denn durch den Regen gelangen die Herbizide in den Boden und damit ins Grundwasser, wo sie in die weitere Umgebung gelangen.

Ein Herbizid, das unter dem Namen 2,4-D bekannt geworden ist, ist 2,4-Dichlorphenoxyessigsäure (unten die Strukturformel). Diese Verbindung wirkt wie das Pflanzenhormon Auxin. Beide induzieren das Streckungswachstum des Pflanzensprosses. Im Unterschied zum natürlichen Auxin kann 2,4-D von der Pflanze nicht abgebaut werden. Die Signale zum weiteren Wachsen werden also ununterbrochen ausgelöst. Ähnlich wie Auxin führt 2,4-D dazu, dass die Zellteilung sich erhöht. Dabei wird also die DNA- und RNA-Syntheserate stark nach oben gesetzt. Da die Zellvermehrung energetisch kostspielig ist, führt das permanente Wachsen zunächst zum Speicherstoffabbau und schließlich zum Tode der Pflanze.

Wie ist es nun möglich ganz gezielt gegen Unkräuter vorzugehen, ohne dabei zum Beispiel Weizen, Roggen, Hafer, Mais und andere Gräser zu vernichten? Es liegt an dem grundsätzlich anderen Aufbau der Cuticula (der äußeren Schutzhaut auf den oberirdischen Pflanzenteilen, im Bild mit C bezeichnet). Sie unterscheidet sich bei den als Monokotylen und Dikotylen (die meisten Unkräuter sind dikotyl)

bezeichneten Pflanzen. Zu Monokotylen (Einkeimblättrige Pflanzen) zählen Lilien, Zwiebeln, Orchideen, Gräser (also auch Getreide, Mais und Reis), Agaven, Spargel und noch andere. Als Dikotylen (Zweikeimblättrige) bezeichnet man eine ganze Reihe von Pflanzen, wie zum Beispiel Rosen, Sonnenblumen, Platterbse, Ackerwinde und noch viele andere. Die Cuticula der Monokotylen ist undurchlässig für 2,4-D, die der Dikotylen aber nicht. Dies macht den entscheidenden Unterschied zwischen dem Unkraut und dem Getreide aus.

Ein Punkt sei noch zum Schluß genannt. Wie sich in Experimenten gezeigt hat, gingen Versuchspflanzen (Dikotyle und Monokotyle) ein, nachdem sie mit einer 2,4-D Lösung gegossen wurden. Dies weißt darauf hin, dass die Wurzeln der beiden Gruppen keinen Schutz gegen dieses Herbizid im Bereich der Wurzeln aufweisen. Die Spezifität kann also nur erreicht werden, wenn das Herbizid in geringen Mengen auf die Pflanzen aufgesprüht werden.

Bildnachweis:

http://www.sxc.hu/browse.phtml?f=download&id=1020172

http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/7/78/2%2C4-D.svg

http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/b/bf/Xerophyten_-_Blattanatomie.png/350px-Xerophyten_-_Blattanatomie.png

Bt-Mais – eine Alternative zu Pestiziden?

2008-06-02T11:27:00.000-07:00

Schon seit einiger Zeit wird eine neue Art des Pflanzenschutzes praktiziert. Es kommen nicht wie üblich chemische Pestizide zum Einsatz, sondern biologische Makromoleküle. Genauer: Proteine des Bakteriums Bacillus thuringensis. Was ist das für ein Bakterium und was macht dieses Protein so erfolgreich?

Bacillus thuringensis (kurz Bt) ist ein Bakterium, das ein Protein produziert, das für einige Hexapoden (wiss. für Sechsfüßer, also Insekten) letal ist. Dieses Protein wird während der Sporulation gebildet und an die Umgebung abgegeben. Pflanzen, auf denen sich Bt vermehrt hat, genießen einen zusätzlichen Fraßschutz, den das Protein wirkt nur spezifisch auf Insekten und ist Pflanzen gegenüber unschädlich. Doch, wie funktioniert es?

Bt bildet zunächst eine allgemein ungiftige Vorstufe des Proteins, das kristalline Protoxin. Diese wird von insektischen Herbivoren (Pflanzenfressern) bei der Nahrungsaufnahme mit aufgenommen. In den alkalischen Verdauungssäften des Darmes der Insekten lösen sich die kristallinen Vorstufen und werden zum eigentlichen Protein. Dieses bindet mit seinen Spezifitätsdomänen an bestimmte Rezeptoren der Darmwand. Dabei entstehen durch das Protein Poren im Darmepithel (die dünne, innere Darmwand, die anschließend von Muskelschichten umgeben ist). Diese Darmperforation ist für die Insekten letal.

Dass Bt-Toxin funktioniert, ist schon sehr lange bekannt. Darum wurde es als biologischer Pflanzenschutz vor allem im ökologischen Landbau eingesetzt. Hier kommen Präparate aus getrockneten Bt-Sporen und kristallinem Toxin zum Einsatz. Das vorrangige Ziel von Genetikern war es, die Gene zur Bildung des Bt-Toxins zu isolieren und in die Genome unserer Nutpflanzen einzufügen. Jedoch ist es schwieriger, als es sich anhört. Der Vorgang, ein Gen von einer Zelle in eine andere Zelle zu implantieren, ist unter anderem Lehrinhalt eines biologischen Grundpraktikums in Mikrobiologie. Es ist aber bei weitem aufwendiger ein Gen eines Prokaryoten (u.a. Bakterien) in das Genom von Eukaryoten (z.B. Pflanzen) einzuführen. Das liegt daran, dass in prokaryotischen Genomen die Gene auf eine andere Art und Weise, im Vergleich zu den eukaryotischen Genomen, codieren. So unterscheiden sich die Startsequenz, An/Aus-Schalter und die Aneinanderreihung der einzelnen Gene.

Eine mögliche Lösung dieses Problemes ist die Implantation des Genes in die Plastiden (Chloroplasten, Mitochondrien, …) der Pflanzenzelle. Warum das einfacher ist? Laut der Endosymbiontentheorie, enthalten unsere eukaryotischen Zellen Bestandteile, wie die energieproduzierenden Mitochondrien, die aus der Aufnahme eines Bakteriums, vor mehreren Milliarden Jahren, und dessen Versklavung entstanden sind. Man könnte das Gen in das noch rudimentär vorhandene Genom des „ehemaligen Bakteriums“ einfügen und es von dessen Proteinsyntheseapparat synthetisieren lassen.

Dies gelang bereits 1995 in den USA mit Maispflanzen. Die so veränderten Pflanzen haben nun unabhängig von Bt das Protoxin gebildet. Das von ihnen gebildete Protein unterschied sich kaum von dem von Bt gebildeten Protoxin. Mit einer Ausnahme: es ist nicht kristallin.

Heute gibt es nicht nur Bt-Mais, sondern auch Bt-Baumwolle. Die Vorteile dieser Genveränderung liegen klar auf der Hand. Das Protein wird kontinuierlich in verschiedenen Geweben der Pflanze gebildet. Das Ausbringen von Pestiziden in großen Mengen, von dem Teile in das Grund- und Trinkwasser gelangen, würde damit entfallen. Die als Biomagnifikation bekannte Anreicherung von giftigen Verbindungen in der Nahrungskette würde somit ebenfalls unterbleiben.

Probleme bereitet allerdings die enge Spezifität des Proteins. Es sind zurzeit 1700 verschiedene Bt-Toxine bekannt, die in 5 Gruppen (CryI – V; Cry = crystall) eingeteilt worden. Diese Gruppen wirken verschieden auf bestimmte Hexapoden. Das Toxin weist zwei Domänen auf: eine Spezifitäts- und eine Toxiditätsdomäne. Ziel der Forschung ist nun, das Protein so zu verändern, dass es mehr als eine Spezifitätsdomäne besitzt.

Ein weiteres Problem, dass durch den konsequenten Einsatz des Bt-Toxins besteht, ist der entstehende Selektionsdruck auf die Insekten. Je konsequenter der Einsatz ist, desto schneller werden sich resistente Insektenarten bilden, die die gesamte Arbeit zunichte machen könnten. Über den zukünftigen Einsatz der Bt-Toxinbildenden Pflanzen wird also noch viel geforscht und gesprochen werden müssen.

Doch es ist wie immer in der Geschichte der Wissenschaft: Innovationen bergen unabsehbare Folgen in sich.

Quellen und weiterführende Internetseiten:
www.biosicherheit.de/de/mais/552_doku.html
www.sfb363.uni-halle.de/biotech/bt.html

Bildnachweis:
http://www.sxc.hu/browse.phtml?f=download&id=427738
http://www.sxc.hu/browse.phtml?f=download&id=621597
http://www.biosicherheit.de/data/imagescontent/glossary/bacillus_thuringiensis_130x84.jpg
http://www.sxc.hu/browse.phtml?f=download&id=1012472

Hören wie unter Wasser? - Impedanzanpassung

2008-05-26T00:23:00.000-07:00

Wer sich schon einmal unser Innenohr angeschaut hat, ist vielleicht über folgendes Problem gestolpert: die physikalischen Stimuli, die als Töne oder Geräusche an unser Ohr dringen, befinden sich in den meisten Fällen in der gasförmigen Phase (der Luft), in unserem Hörorgan (der Cochlea) befindet sich aber eine Flüssigkeit (die Perilymphe). Wie ist es überhaupt möglich zu hören, wo doch die Schallwellen auf die träge Flüssigkeit stoßen?

Wer den Versuch einmal machen möchte, der kann gerne beim nächsten Besuch im Freibad mit einem Freund ins Wasser gehen. Einer hat den Kopf unter Wasser und der andere stellt ihm eine Frage. Vielleicht bekommst du gerade noch so mit, dass da jemand spricht, aber verstehen wirst du es sicher nicht. Das liegt daran, dass Schallwellen, die von der gasförmigen auf eine flüssige Phase treffen zu 98% reflektiert werden. Lediglich 2% pflanzen sich im Wasser weiterhin fort.

Irgendwie müssen die Schallwellen verstärkt werden, bevor sie in die Cochlea geleitet werden. Hier kommen nun die Gehörknöchelchen und das Trommelfell ins Spiel. Ihnen obliegt die so genannte Impedanzanpassung. Das ist der wissenschaftliche Ausdruck für die Übertragung der Schallwellen zwischen Medien.

Folgen wir dem Weg der Töne bis zu den rezipierenden (empfangenden) Nervenzellen in der Cochlea. Die Schallwellen treffen auf das Trommelfell (a). Dieses gerät in Schwingungen und überträgt diese auf, von Muskeln gehaltenen, Hammer (b). Dieser auf den Amboß (c) und von dort auf den Steigbügel (d). Bisher befinden wir uns noch immer in der Luftphase. Dies ändert sich aber mit dem anschließenden ovalen Fenster, auf das der Steigbügel aufliegt. Hinter dieser Membran befindet sich nun die mit Perilymphe (einer physiologischen Flüssigkeit) gefüllte Cochlea. In dieser "Hörschnecke" befinden sich haarartige Nervenzellen, die Schallwellen in Nervenimpulse umwandeln können.

Wie kommt es nun zur Verstärkung des Schalles? Das Trommelfell hat eine Fläche von etwa 55mm². Die Membran des ovalen Fensters (auf der der Steigbügel sitzt) ist hingegen nur ca. 3,2mm² groß. Da für den Druck die Beziehung "Kraft pro Fläche" gilt, ist der Druck um so größer, je kleiner die Fläche ist. Es findet also, durch den Flächenunterschied der beinden Membranen, eine 22fache Verstärkung der Schallwellen statt. Hieran ist auch die mechanische Wirkung des langen Hammers (Hebelwirkung) auf die beiden folgenden Knöchelchen beteiligt. Nur durch diese Schallverstärkung wird es uns überhaupt möglich ein relativ großes Geräuschespektrum wahrzunehmen.

Zum Schluß noch zwei, aus meiner Sicht, interessante Fakten: Wenn wir einen Schrei von uns geben, erfolgt der so genannte Prävokalisationsreflex ("vor dem Sprechen"). Hierbei kontrahieren die Muskeln der Gehörknöchelchen. Da bei einem Schrei von einer hohen Lautsärke ausgegangen werden kann, soll so das Trommelfell und das Innenohr vor Schäden geschützt werden.
Der zweite Punkt betrifft die Entstehung der Gehörknöchelchen. Wie uns die spezielle Zoologie gezeigt hat, sind die Knöchelchen und die darumliegenden Muskeln die Überreste des Unterkiefers unserer früheren Meeresbewohnenden Vorfahren. Doch dies ist eine ganz andere Geschichte und wenn ihr wollt, erzähl ich sie euch.

Bildnachweis:
http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/3/32/Trommelfell.png
http://www.sxc.hu/browse.phtml?f=download&id=893383 by omacaco
http://www.sxc.hu/browse.phtml?f=download&id=690096 by shune

Umfrage: Warum gähnen Menschen?

2008-04-23T09:23:00.000-07:00

Zurück zu unserer Umfrage zum Gähnen. Die Mehrheit derjenigen, die bei dieser Umfrage abgestimmt haben, entschied sich für die Antwort, dass das Gähnen durch Sauerstoffmangel im Blut ausgelöst wird. So wurde mir das auch beigebracht, als ich noch ein Kind war. Jedoch haben wissenschaftliche Studien belegt, dass auch bei ausreichendem Sauerstoff genüsslich gegähnt wird. Es muss also einen anderen Grund dafür geben.

Fakt ist, dass Gähnen ansteckend ist, denn euch ist es sicher auch schon oft passiert, wenn euer Gegenüber anfängt zu gähnen, dass ihr dann auch mitgegähnt habt. Euer Gegenüber muss noch nicht einmal ein Mensch sein, vielleicht auch ein Löwe wie dieser hier links. Und wenn ich ehrlich bin, gähne ich auch schon die ganze Zeit, in der ich hier diesen Post schreibe ohne dass ich müde bin.

Und genau aus dem Grund, dass das Gähnen ansteckend ist, wird nun vermutet, dass das Gähnen für die Koordination von Tieren in Gruppen zuständig ist. Klarer formuliert bedeutet das, wenn ein Mitglied der Gruppe müde und ermattet ist, signalisiert es den anderen Mitgliedern der Gruppe durch das Gähnen, dass es eine Pause braucht. Die anderen fangen womöglich bei dem Anblick auch an zu gähnen und die Gruppe legt gemeinsam eine Rast ein bzw. legt sich schlafen.

Unsere Vorfahren, die Steinzeitmenschen, haben auch in Gruppen gelebt, wobei das Gähnen eine wichtige Rolle gespielt haben könnte, damit sie auch stets zusammen bleibt und nicht in viele kleine Untergruppen zerfällt.

Abschließend muss aber gesagt werden, dass der oben beschriebene Sachverhalt zwischen Gähnen und Gruppenkoordination eine Vermutung ist, die noch nicht 100%ig belegt werden konnte. Wie dem aus sei, der Sauerstoffmangel ist es jedenfalls nicht, der uns zum Gähnen bringt.

Bildnachweis:
http://www.sxc.hu/browse.phtml?f=download&id=905970 by kkessler83

Neue Umfrage - Warum gähnen wir?

2008-04-09T01:43:00.000-07:00

Wir tun es fast täglich, vor allem nach dem Aufstehen und vor dem Ins-Bett-Gehen. Wir gähnen. Und oft ist es sogar ansteckend, vielleicht macht ihr es ja auch gerade. Aber warum gähnen wir überhaupt? Damit beschäftigt sich unsere neue Umfrage.
Stimmt einfach ab und seid gespannt auf die Auflösung!

Bildnachweis: http://www.sxc.hu/browse.phtml?f=download&id=421147 by riesp

Wenn sich Bakterien beeinflußen - Das Quorum sensing

2008-04-05T03:00:00.000-07:00

Es ist immer gut, wenn man seine Umgebung kennt. Im Alltag schätzen wir sekündlich unsere Umgebung ab. Beim Laufen achten wir darauf mit niemanden zusammenzustoßen, an der Kasse schauen wir, an die möglichst kurze Schlange zu kommen, beim Fußball behalten wir den Gegner immer im Auge. Wir sind also immer dabei, unsere Umgebung zu untersuchen, die Entfernung und die Geschwindigkeit, aber auch die Zahl anderer Individuen oder von Gegenständen abzuschätzen. Das ist gar nicht so einfach, doch unsere Sinne arbeiten perfekt zusammen. In unserem Hirn wird etwa alle sieben Sekunden ein neues Bild der Umgebung durch Hören, Sehen und Riechen erstellt. Doch bevor hier wieder das Schwärmen über unsere großartige Großhirnrinde ausbricht, kommen wir lieber auf den Punkt.

Es sieht zumindest so aus, als ob nur Individuen mit einem Sinnessystem, ähnlich dem unseren, in der Lage sind ihre Umgebung einzuschätzen. Doch das ist weit gefehlt. Denn sogar die Kleinsten, die Bakterien, wurden durch die Evolution mit einem System ausgestattet, dass ihnen die Fähigkeit vermittelt, Individuen ihrer Art zu "riechen". Doch wie funktioniert dieses System und wozu benötigen Bakterien dieses?

Nun, wie immer, ganz an den Anfang. Wie wir uns sicher schnell einig werden, sind Bakterien zu klein um ein Seh-, oder Hörsystem zu besitzen, womit sie ihre Artgenossen wahrnehmen könnten. In dieser Skalierung wäre das rein physikobiologisch nicht denkbar. Es muss also ein anderes System her und dieses ist dem Biolaien sicher bekannt. Es funktioniert im Prinzip wie die Rezeption von Cortison bei uns Menschen. Dort durchdringt das Hormon die Zellmembran und wird direkt im Kern aktiv, indem es dort Gene aktiviert oder inhibiert.

Bei Bakterien ist das wie gesagt ähnlich. Hier handelt es sich aber nicht um Cortison, sondern um eine Verbindung mit dem Namen AHL (acetyliertes Honoserinlacton, unten sind drei verschiedene Formen abgebildet). Diese Verbindung hat einen Rest, der von Bakterienart zu Art verschieden ist. Das ermöglicht die eindeutige Erkennung zwischen den Spezies. Jedes Bakterium mit der Fähigkeit zur Bildung von dieser Substanz, tut dieses auch und gibt AHL an die Umgebung ab. Die Verbindung ist gut diffundierbar und verflüchtigt sich mit zunehmender Entfernung.

Sind nur wenige Bakterien an einem Ort, so hat das AHL keinen Einfluß auf sie. Nimmt aber die Anzahl der Bakterien zu, so steigt auch die Konzentration des AHLs in ihrer Umgebung. Ist ein bestimmter Pegel überschritten, bewirkt das AHL seine eigene Synthese. Bei dieser kritischen Dichte wird also mehr AHL von allen Bakterien gebildet. Diese erhöhte Konzentration ermöglicht es nun, dass AHL an ein Aktivatorprotein binden kann. Dieser Komplex kann nun die Expression von Genen im Bakteriengenom steuern.

Welche Antworten können das sein? Das System von dem wir hier sprechen wird von Biologen auch als Quorum sensing bezeichnet. Hierbei steht das Wort Quorum für ausreichende Anzahl. Und in ausreichender Zahl müssen zum Beispiel Pathogene (Krankheitserreger) sein, um nicht gleich von der Immunabwehr besiegt zu werden. Kolonien von Pseudomonas aeruginosa (rechts im Bild) gehen, in ausreichender Menge vorhanden, in einen viskoseren, schleimigen Zustand über, der als Biofilm bezeichnet wird. Dies erreichen die Bakterien durch die Produktion eines spezifischen Polysaccharids. Der Film verhindert das Eindringen von Antibiotika und erhöht somit die Toxizität der Bakterien. Das Gen für die Produktion des Polysaccharids wird durch AHL gesteuert.

Ein anderes Beispiel sind die Vibrio fischeri (rechts im Bild) Bakterien, die die Fähigkeit zur Biolumineszenz besitzen, wenn sie in ausreichender Dichte (10^11) vorkommen. Sie können also von selbst leuchten. Es ist noch nicht geklärt, warum das Leuchten der Bakterien dichteabhängig ist und warum sie überhaupt leuchten. Zumindest können sie nur dann leuchten, wenn die Bedingungen so gut sind, dass sie sich zu einer so großen Population vermehren können.

In anderen Fällen kann das Quorum sensing verhindern, dass zu viele Bakterien einen zu kleinen Raum besiedeln. Darum kann man in Laborversuchen die sogenannte stationäre Phase im Bakterienwachstum beobachten. Durch AHL wird verhindert, dass mehr Bakterien gebildet werden und zu schnell alle Ressourcen aufgebraucht sind. Das AHL-System erklärt damit auch die sinusartigen Schwankungen in der Bakterienzahl über die Zeit. Damit die Inhibierung der Bakterienbildung wieder aufgehoben wird, müssen zunächst einige Bakterien sterben. Dadurch fällt der AHL-Spiegel und ermöglicht damit die Expression von Genen, die die Vermehrung steuern.

Manchmal steckt mehr in den Dingen, die wir für so klein halten

Bildnachweis:
www.sxc.hu/browse.phtml?f=download&id=765694 by lusi
http://www.sxc.hu/browse.phtml?f=download&id=323470 by Guekkiko
http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/b/b3/Pseudomonas.jpg
http://serc.carleton.edu/images/microbelife/topics/marinesymbiosis/vibrio_fischeri_1145457864.jpg ( This micrograph shows fluorescently stained Vibrio fischeri cells. Image taken by E Nelson and L Sycuro, provided courtesy of the Vibrio fischeri Genome Project.)

Quellen: Brock Mikrobiologie. M. Madigan, John Martinko. Aufl. 11. Pearson Spektrum Verlag

Umfrage: Wie hält sich der Kolibri am Leben?

2008-04-01T00:05:00.000-07:00

Um euch noch einmal die letzte Umfrage in Erinnerung zu bringen, ein paar rückblickende Worte. Wir hatten euch den Kolibri vorgestellt, der mit seinen Flügeln bis zu 90 Mal in der Sekunde schlagen kann, was ihn befähigt auf der Stelle zu schweben. Die dafür benötigte Energie erhält er aus dem Blütennektar, welcher reich an Traubenzucker ist. Pro Tag werden von dem Kolibri aber nicht nur 20 oder 30 Blüten angeflogen, sondern ein- bis zweitausend(!). Durch den hohen Energiebedarf seiner Flugkünste wird die Energie aus dem Blütennektar sehr bald wieder verbraucht und wird nicht groß im Körper gespeichert. Ist der Kolibri in Ruhe, wird der Stoffwechsel möglichst gering gehalten, dann verbraucht er auch nur sehr wenig Energie.

Da der Traubenzucker zu den Kohlenhydraten gehört, lagen über 50%, von denen, die an der Umfrage mitgemacht haben, richtig.

Bildnachweis: http://www.sxc.hu/browse.phtml?f=download&id=581171 by Nota

Frohe Ostern!

2008-03-20T12:00:00.000-07:00

Allen Freunden und Lesern

wünschen wir sonnige und ruhige Osterfeiertage im Kreise der Familie. Genießt die Jahreszeit, in der das Leben wieder die Oberhand gewinnt.

Das Frühjahr kommt. Wach auf, du Christ!
Der Schnee schmilzt weg. Die Toten ruhn.
Und was noch nicht gestorben ist,
das macht sich auf die Socken nun.

Bertolt Brecht (1898-1956)

http://www.sxc.hu/browse.phtml?f=download&id=969174 by qroesel

Let's talk about sex

2008-03-20T07:37:00.000-07:00

Ich sehe es schon vor mir, wie dieser Artikel die Leser anziehen wird. Was die drei Buchstaben im Titel doch für Wirkung haben können. In Wirklichkeit ist die Wirkung so stark, dass die eigentliche Bedeutung des Wortes Sex verschwunden ist. Zumindest, was der Naturwissenschaftler darunter versteht. Denn Sex und Vermehrung sind nicht dasselbe. Beide können zusammen auftreten, aber sie bedingen einander nicht. Aber genug der um den heißen Brei kreisenden Worte. Was ist Sex? Unter diesem Synonym versteckt sich nichts anderes als das Durchmischen von Genmaterial.

Doch, was bedeutet das eigentlich? Wie mischt man das Genmaterial durch was mein der Volksmund, der ja sehr viel erzählt, mit: Da kommt frisches Blut in die Familie. Dieser Thematik gehen ganze Buchbände nach, denn es ist ein großes Themengebiet. Es beinhaltet die geschlechtliche (generativ) und ungeschlechtliche (vegetativ) Fortpflanzung, den Genaustausch durch Konjugation und noch vieles mehr.

Aber, fangen wir doch – wie immer – ganz von vorne an. Das Wesen des Lebens ist offensichtlich die Entwicklung und die Vermehrung von Individuen. Auf kleinster Ebene bedeutet das zum Beispiel, dass sich ein Bakterium teilt. In größerer Skalierung, bekommt zum Beispiel eine Elefantenkuh ein Junges. Beide Male fand die Vermehrung von Individuen statt. Doch an diesen beiden Beispielen können wir auf ganz einfache Weise die fundamentale Unterscheidung dieses Prozess in sexuell und asexuell vornehmen. Während es sich bei der Teilung des Bakteriums um einen asexuellen Prozess handelt, ist das Kalben der Kuh ein Beispiel für die sexuelle Vermehrung.

Was unterscheidet nun aber sexuell von asexuell? Nun, diese beiden Fortpflanzungswege unterscheiden sich hinsichtlich der beteiligten Partner. Während die asexuelle Vermehrung nur einen Elter benötigt (uniparental), sind für die sexuelle Vermehrung zwei Eltern (biparental) nötig. Mit diesen beiden Aussagen ergeben sich schnell sehr viele Erkenntnisse über die beiden Fortpflanzungsmodi.

Wenn für die asexuelle Fortpflanzung nur ein Partner nötig ist, dann kann dadurch eine Menge Energie, also Ressourcen gespart werden. Denn die sexuelle Fortpflanzung benötigt zwei Partner, die sich suchen, werben und schließlich paaren müssen. Das kostet Zeit, Nahrung und Lebensraum. Ressourcen, die in der Welt von Fressen-und-gefressen-werden (unserer Welt) sehr rar sind. Die übermäßige Verzierung von Pfauen und die Machtkämpfe von Seeelefanten, sind nur zwei Beispiele von der Verschwendungssucht der sexuellen Fortpflanzung. Dabei sprechen wir hier noch nicht einmal von den Männchen einer Population, die genauso viele Ressourcen (wenn nicht so gar mehr), wie Weibchen verbrauchen und doch keine Nachkommen zur Welt bringen. Was kann da nur der Vorteil von Sexualität sein? Gibt es überhaupt Vorteile?

Es muss Vorteile geben, sonst hätte sich die Strategie nicht so erfolgreich durchgesetzt. Dafür wollen wir uns zunächst die asexuelle Fortpflanzung anschauen. Wie schon gesagt, es ist nur ein Elter nötig um neue Individuen zu erzeugen. Das passiert nicht ausschließlich im Reich der Bakteria, die einzellige Organismen darstellen. Auch im Reich der ein- und vielzelligen Eukaryoten (u.a. Tiere und Pflanzen) kommt es zur asexuellen Vermehrung.

Bei den Tieren wäre da Hydra, aus der Gruppe der Cnidaria (Nesseltiere) zu nennen. Sie ist ein einfacher Organismus, der aus einem Schlauch mit Fußscheibe besteht und am gegenüberliegenden Ende mit Fangarmen bewehrt ist. Im unteren Bereich des Schlauches befinden sich stammzellähnliche Zellen, die sich bei jeder Teilung in eine Stammzelle und eine Körperzelle auftrennt. In diesem Bereich sprossen neue Hydren, die sich vom Körper ablösen können und mit saltoartigen Bewegungen vom Muttertier entfernen.

Im Reich der Pflanzen kommt die Asexuelle Vermehrung sehr häufig vor. Man denke nur an die überirdischen Ausläufer der Erdbeere, die unterirdischen Ausläufer der Himbeere und Brombeere, den Knollen der Kartoffel, sich ablösenden Knospen der Begonien und den Senkern der unkaputtbaren Grünlilie (Bild rechts). Dies alles sind Methoden um die Individuenanzahl zu vergrößern, aber ohne Sex zu haben.

Ein großer Vorteil der asexuellen Vermehrung ist, dass sie kostengünstiger ist, als die sexuelle (siehe oben). Zum anderen ist sie im Vorteil wenn es um die schnelle Besiedlung von Raum geht. Ein Individuum, das einfach „nur“ knospen, oder sich teilen muss, ist mit diesem Vorgang natürlich viel schneller, als Individuen, die sich erst paaren müssen. Das ist auch der Grund warum sich vor allem im Pflanzenreich die asexuelle Vermehrung gehalten hat. Pflanzen sind immer die ersten, die ein neues Habitat besiedeln. Nach einem Waldbrand, oder verheerenden Stürmen, nach Überflutungen oder Dürren sind es die Pflanzen, die als Pioniere als erste zurückkommen. Das macht auch Sinn, sind sie doch immer die ersten in einer Nahrungspyramide.

Nach diesem kurzen asexuellen Ausflug können wir uns wieder die Frage stellen: Was ist denn nun der Vorteil von sexueller Fortpflanzung? Und könnten wir dann auch gleich noch die Frage mit dem Gene durchmischen klären? Ja, das können wir. Dafür müssen wir uns aber zunächst noch ein weiteres Bild vorstellen. Wir sprechen im folgenden von Populationen, also Gruppen von Individuen derselben Art. Jedes Individuum besitzt ein eigenes Genom (die Gesamtheit aller Gene einer Zelle), das in jeder Körperzelle gleich ist. Dieses Genom wird auch als Genotyp bezeichnet. Alle Genotypen einer Population bilden den so genannten Genpool. Dabei sagt die Variabilität des Genpools nicht zwangsläufig etwas über die Variabilität der Phänotypen (durch die Gene verursachtes, sichtbares Erscheinungsbild eines Individuums) in der Population aus. Woran das liegt?

Einschub: Genetik für Anfänger
Nun, die meisten Tier- und Pflanzenarten besitzen einen diploiden (doppelten) Chromosomensatz. Der doppelte Chromosomensatz kommt zu jeweils 50% von einem der beiden Elter. Diese haben in ihrem Körper so genannte Keimzellen (Gameten) ausgebildet, die sich von allen anderen Körperzellen darin unterscheiden, dass sie nur einen einfachen, also haploiden Chromosomensatz besitzen. Dafür ist eine besondere Zellteilung nötig, die auch als Reduktionsteilung bezeichnet wird: die Meiose. Verschmelzen Oocyte und Spermatocyt zur Zygote, ist diese der Beginn eines neuen Individuums, das nun ebenfalls diploid ist. Es hat dabei jeweils zwei Kopien von jedem Gen. Die verschiedenen Ausprägungen eines Gens werden als Allel bezeichnet. Eine Pflanze zum Beispiel kann sowohl ein Allel für rote Blütenfarbe auf dem einen Chromosom tragen und für gelb auf dem anderen. Am Ende ist jedoch nur die dominante Form als Phänotyp ersichtlich.

Das liegt daran, weil im Genom rezessive (unterdrückt) Allele über viele Generationen im Genpool bleiben können, ohne dass sie zur Ausprägung gelangen. Und so langsam nähern wir uns dem Punkt an. Denn sich asexuelle fortpflanzende Individuen können sich an sich veränderte Umweltbedingungen nur durch zufällige Mutationen „anpassen“. Während in einem Genpool von sich sexuell fortpflanzenden Individuen schon veränderte Phänotypen (rezessiv) vorliegen. Durch die Rekombination von, für die aktuellen Bedingungen besseren Allele, kommen so schneller Individuen zu Welt, die eine erhöhte Überlebenschance besitzen. (Natürlich unterliegen sie, genau wie alle anderen Individuen der Selektion).

Einschub: Wie kommt es zur Variabilität der Genome?
Insgesamt drei zufällige Vorgänge sind an der Variabilitäsbildung beteiligt (ausgenommen zufällige Mutationen)*. Diese finden alle während der Keimzellbildung statt.
Zufall 1: Bei der Meiose lagern sich die elterlichen Chromosomen paarweise zusammen. Dabei kann es zum so genannten Crossing Over kommen (Austausch von ganzen Abschnitten beider Chromosome). Dadurch entstehen Chromosome mir einer Allelkombination, die so bei den Eltern zuvor nicht vorgelegen hat.
Zufall 2: Bei den folgenden zwei Teilungen der Chromosomsätze ist es rein zufällig, zu welchem Pol die beiden Chromosomkopien gezogen werden.
Zufall 3: Bei der Befruchtung ist es rein zufällig, welches Spermium mit welcher Eizelle verschmilzt.
Alles in allem steckt hier eine so große Portion Stochastik drin, dass die Wahrscheinlichkeit, dass das Kind denselben Genotyp wie eines seiner Eltern besitzt, gegen 0 geht.

Wenn eine Population verschiedene Genotypen beinhaltet, kann mal der eine, mal der andere der Population einen Vorteil verschaffen. Kurz: die sexuelle Fortpflanzung erhöht die genetische Flexibilität einer Population. Während bei der asexuellen Vermehrung alle Nachkommen Klone sind (identisches Genom), bringt die sexuelle Fortpflanzung Individuen mit ganz eigenem Genom hervor. Je nach den äußeren Bedingungen hat sich die sexuelle, die asexuelle, oder eben beide Formen der Fortpflanzung bei den verschiedenen Arten erhalten.

* Für die Variabilität von Genen sind natürlich Mutationen verantwortlich. Bloßes „Umstellen“ der Genausprägungen zwischen Chromosom 1 und Chromosom 2 ist nicht die Ursache dafür, dass dem Nashorn ein Horn gewachsen ist. Aber wohl dafür, dass es bis heute überlebt hat.

Bildnachweis
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http://www.sxc.hu/browse.phtml?f=download&id=765695 by lusi

Let's talk about sex - Sex ohne Vermehrung

2008-03-20T06:16:00.000-07:00

Es ist schon sehr interessant wie weit man beim Schreiben von seinem eigentlichen Thema abweichen kann. Eigentlich wollte ich einen anderen Fakt beleuchten. Diesen werde ich euch hier noch in aller Kürze vorstellen.

Denn diesen Fakt haben wir gar nicht beachtet: es kann durchaus einen geschlechtlichen Vorgang geben, der nicht in der Vermehrung eines Individuums mündet. Vorbild dafür ist Paramecium caudatum (Bild rechts), von manchen auch liebevoll als Pantoffeltierchen bezeichnet. Treffen zwei Paramecien aufeinander, kann es zur Konjugation kommen. Dabei werden in mehreren Kernauflösungs- und Kernneubildungsphasen DNA-Fragmente zwischen den beiden Paramecien ausgetauscht. Nach vollzogenem Austausch trennen sich beide Paramecien und gehen ihrer Wege. Am Anfang zwei, am Ende zwei. Keine Vermehrung.

Es ist also der Austausch von Genen mit sexuellem Kontakt möglich, ohne sich dabei zu vermehren. Wenn man es sich genauer überlegt hat uns Kautschuk dem Paramecium ein kleines Stück näher gebracht.

Neue Umfrage - Wie hält sich der Kolibri am Leben?

2008-03-13T02:36:00.000-07:00

Gerade Kolibris brauchen eine Menge Energie. Die Frequenz ihres Flügelschlages geht auf bis zu 90 Schläge pro Sekunde. Das kommt nicht von ungefähr. Diese Fähigkeit ermöglicht es dem Kolibri auf der Stelle zu schweben und Blütennektar auszusaugen. Doch, wie speichert er die viele Energie in seinem kleinen Körper, um dieses Kunststück zu ermöglichen? Stimmt ab und lasst euch überraschen.

Bildnachweis http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/f/f5/Selasphorus_platycercus2.jpg

Umfrage: Beim Menschen wird der Speichel, bevor er in die Mundhöhle gelangt ...

2008-03-12T19:17:00.000-07:00

Was passiert nun mit dem Speichel, bevor er in den Mundraum entlassen wird? Nun, eine so präzise Frage nach dem Danach implementiert doch, dass es auch ein davor geben muss. Und so ist es auch. Denn, wenn man die ersten Seiten in seinem Buch über die Speichelproduktion liest, ist man sich ziemlich sicher: entsalzt wird der Speichel nicht. Und tatsächlich erzählen die meisten Lehrbücher auch nur die halbe Geschichte. Aber mal ganz von vorn.

Zur Sekretion von Speichel kommt es bei der Vorstellung, beim Anblick, beim Gespräch über, oder beim Verzehr von Nahrung. Dabei werden G-Proteine aktiviert, die über mehrere Zwischenschritte Ca⁺ Kanäle öffnen. Ca⁺ strömt nun in das Cytoplasma und verursacht die Verschmelzung von Vesikeln mit der Zellmembran. Die Vesikel tragen Enzyme mit sich, die bei der Verschmelzung mit der Membran in das Lumen der Drüse abgegeben werden. Um die Enzyme in eine leichter Transportierbare Flüssigkeit zu überführen, muss Wasser in das Lumen ausgeschieden werden. Die geschieht indem Cl^- aktiv in das Lumen gepumpt wird (siehe nebenstehende Grafik*). Dabei entsteht ein elektrochemischer Gradient, dem das Na⁺ osmotisch folgt. Die erhöhte Ionenkonzentration im Lumen „zieht“ Wassermoleküle in das Lumen hinter sich her. An diesem Punkt haben wir Kochsalz (Natriumchlorid) in den Speicheldrüsen und man könnte sagen, der Speichel wird angesalzen.

Doch die Geschichte ist hier noch nicht vorbei. Denn bisher haben wir nur den so genannten Primärspeichel. Dieser wird auf seinem Weg durch den Speicheldrüsenkanal zum Sekundärspeichel modifiziert. Dabei werden die Elektrolyte Na⁺ und Cl^- zurück gewonnen. Das Wasser kann den Ionen durch die Wände der Kanäle nicht folgen. So bleibt der Speichel auch weiterhin flüssig.

Die Rückgewinnung der beiden Ionen, bzw. das Recycling des Salzes ist sehr bedeutend. Elektrolyte werden in unserem Körper zur Steuerung der vielfältigsten Vorgänge benötigt. Der Körper muss unbedingt darauf achten, nicht zu viele davon auszuscheiden. Außerdem erhöht dieser Mechanismus die Salzempfindlichkeit. Da wir landbewohnenden Tiere nicht den Luxus besitzen, von Elektrolyten umgeben zu sein (wie im Meer), sind wir auch an ein elektrolytenarmes Leben angepasst. Wir müssen salzhaltige Nahrung erkennen können und vermehrt zu uns nehmen, um zu überleben.

Der Speichel wird also, bevor er in die Mundhöhle gelangt, entsalzen. Immerhin wussten dies 44% der Befragten. Die Mehrheit hat richtig getippt.
Viel Spaß auch bei der kommenden Umfrage.

*Die Grafik stellt, stark vereinfacht, eine Übersicht einer Speicheldrüse dar. Die Zellinternen Signalkaskaden mit Ca und G-Proteinen ist nicht dargestellt. Auch wurde keine Rücksicht auf die Transporter genommen, sondern nur der Nettotransport aufgeführt.

Bildnachweis:
http://www.sxc.hu/browse.phtml?f=download&id=936096 by woodsy

Was der Speichel nicht alles kann

2008-03-12T10:25:00.000-07:00

Die Frage nach dem Speichel war dieses Mal gar nicht so einfach zu beantworten. Hier gibt es noch mehr Wissenswertes zum Thema Speichel, was ihr sicher noch nicht gewusst habt. Und wenn doch, dann könnt ihr euer Wissen hier bestätigt sehen.

Speicheldrüsen kommen bei vielen Tieren vor. Man findet sie bei Muscheln, Insekten und den Wirbeltieren (mit Ausnahme von Fischen). Die Hauptaufgabe des Speichels ist weniger die Erstverdauung der Nahrung, als viel mehr das Anfeuchten und Schlüpfrigmachen derselben. Außerdem hält der Speichel die Schleimhäute feucht und erleichtert damit das Sprechen und die Lautbildung. Ein weiterer wichtiger Fakt ist die Geschmacksentfaltung, die durch das feuchte Milieu erst richtig möglich ist.

Fische sind nicht auf Speichel angewiesen, da ihre Nahrung schon feucht und schlüpfrig ist. Auch einige Wirbeltiere, die aquatisch leben, besitzen nur rudimentäre Speicheldrüsen, wie Robben, Schildkröten und Wale. Bei den Vögeln wäre da noch der Fischreiher zu nennen.

Bei Wirbeltieren sind Enzyme im Speichel i.d.R. selten. Die α-Amylase findet sich bei einigen Säugern und Vögeln wieder. Lipasen (spalten Lipide) fehlen bei Wirbeltieren gänzlich. Proteasen (spalten Proteine) sind äußerst selten.

Der Speichel kann die verschiedensten Aufgaben übernehmen. Zum Beispiel wird erst durch ihn die Zunge des Frosches klebrig und erlaubt ihm damit Beute zu fangen. Bei Seglern sind die Speicheldrüsen während der Brutzeit vergrößert. Die große Menge an Speichel benötigen die Segler um ihre Nestmasterialien zu einem stabilen Nest zu verkleben.

Bei einigen blutsaugenden Insekten, wie der Holzbock, oder die Anophelesmücke, enthält der Speichel einen Stoff, der verhindert, dass das Blut gerinnt (koaguliert darum Antikoagulin).

Interessant sind auch die stark sauren Speichel von Schnecken, die Muscheln fressen. Der niedrige pH-Wert zerstört den Kalkpanzer der Muscheln und können dann von der Schnecke gefressen werden (z.B.: Dolium galea).

Die Viskosität des Speichels kann stark variieren. Verschiedene Faktoren wirken auf ihn ein. Bei Stress wirkt der Sympathicus auf die Chorda tympani und senkt die Durchblutung der Speicheldrüsen, wobei ein zähflüssiger, mucin- (Schleim) und enzymreicher Speichel abgegeben wird. In Ruhe wirkt der Parasympathicus und erhöht die Durchblutung, wobei ein dünnflüssiger, enzymarmer Speichel entsteht. Andere Faktoren sind zum Beispiel trockene Nahrung, die die Bildung eines schlüpfrigen, dickflüssigen „Gleitspeichels“ fördert. Hingegen verursachen ätzende Stoffe dünnflüssigen „Spülspeichel“.

Bildnachweis:

http://www.sxc.hu/browse.phtml?f=download&id=931786 by pausimausi

http://www.sxc.hu/browse.phtml?f=download&id=890246 by hamletnc

Die Redaktion macht Urlaub

2008-02-20T13:04:00.000-08:00

Liebe Wunderwelt Leben Leser,
derzeit macht die Redaktion von Wunderwelt Leben Urlaub. Ab dem 3. März sind wir wieder mit neuen, sehr interessanten Themen für Euch da. Wir hoffen Euch dann wieder auf Wunderwelt Leben begrüßen und überraschen zu dürfen.
Bis dahin wünschen wir Euch eine gute Zeit.
Euer Wunderwelt Leben Team

Bild: http://www.sxc.hu/browse.phtml?f=download&id=949301 by pale

Umfrage: Welche Pflanze kann bei Fraß den totalen Haarverlust bei Schafen hervorrufen?

2008-01-26T14:54:00.000-08:00

Überdurchschnittlich viele haben sich dieses Mal an der Umfrage beteiligt. Das freut uns und wir hoffen, dass ihr auch weiterhin so aktiv bleibt. Nun aber zur Aufklärung. Zum Haarausfall bei Schafen und auch Pferden führt der Verzehr von Mimosen. Sie enthalten eine toxisch wirkende Verbindung, die nach der Pflanze als Mimosin bezeichnet wird.

Mimosin ist eine nicht proteinogene Aminosäure, dass heißt, dass sie zwar eine Aminosäure ist, aber nicht in Proteinen vorkommt. Sie wirkt sich vor allem auf die Kollagenbildung aus. Diese wird gehemmt, da Mimosin die Aktivität bestimmter Metallenzyme zerstört. Es komplexiert die gebundenen Metallionen und führt so zum Verklumpen der Enzyme. Rinder und Ziegen scheinen auf Mimosin etwas weniger stark zu reagieren.

Bildnachweis:
http://www.sxc.hu/browse.phtml?f=download&id=813585
http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/2/27/Mimosa-pudica-red-leaves.jpg

Wenn der Mensch dem Leben nahe kommt - Eine Gedankenspielerei

2008-01-13T02:54:00.000-08:00

Und der Mensch hat seinen Hammer
und er schlägt das Metall
und baut daraus sich etwas neues.

Und das Leben hat seinen Hammer
und es schlägt den Stoff
und baut daraus sich etwas neues.

Und beide sie lernen,
sie werden eleganter, effizienter,
doch niemals nutzten sie den selben Hammer.

Und der Mensch der nimmt das Leben
und schlägt's mit seinem Hammer,
doch baut er neues sich nicht draus.

Er ist Anvitabet im Lebenhämmern,
doch er beobachtet das Leben.
Er sucht es zu verstehen.

Und das Leben lacht ihn aus
lacht über seine ungelenken Hände.
Lacht es bis zuletzt?

Manchmal hat es Alpträume,
wenn der Mensch ihm nahe kommt
und des Lebens Hammer nutzt.

http://www.sxc.hu/browse.phtml?f=download&id=783246 by shuttermon

Umfrage: Wie viele Neurohormone (Hormone, die im Hirn freigesetzt werden) gibt es?

2008-01-12T04:01:00.001-08:00

Es ist erstaunlich, dass in unserem Hirn überhaupt Hormone gebildet werden. Normalerweise werden Hormone ja von bestimmten Drüsenzellen, wie den Langerhanschen Inseln in unserem Pankreas, die Insulin freisetzen, gebildet.

Wir wollten bei dieser Fragestellung aber näher unser Gehirn anschauen. Es gibt im Hirn tatsächlich Zellen, die Hormone produzieren. Und ungewöhnlicher- weise sind das Neurone. Diese sitzen im Hypothalamus. Ihre Axone enden in der Hypophyse, wo sie dem stark verzweigten Kapillarnetz aufsitzen.

Genauer gesagt enden die Axone in der Neurohypophyse, in direkter Nachbarschaft mit der Adenohypophyse. Obwohl diese beiden anatomisch unterscheidbaren Teile sehr eng zusammenhängen, sind sie doch verschiedenen embryonalen Ursprungs. Die Adenohypophyse entsteht aus einer Ausstülpung des Gaumens und die Neurohypophyse aus einer Ausstülpung des Gehirns.

Doch zurück zur Frage: Wieviele verschiedenen Hormone werden von den Neuronen in der Neurohypophyse nun genau gebildet? Es sind genau zwei: Adiuretin (=Vasopressin) und Oxytocin. (Im ganzen Körper gibt es dagegen Hunderte Hormone, die die Homöstase des Körpers steuern, doch in der Umfrage, ging es ausschließlich um die Frage nach neuronalen Hormonen)

Diese beiden übernehmen wichtige Aufgaben in unserem Körper. Das Adiuretin (rechts die Strukturformel), oder auch Vasopressin genannt, ist sehr wichtig für den Wasserhaushalt. Es sorgt dafür, dass das Wasser, das dem Dickdarmbrei entzogen und in der Blase eingelagert ist, wieder resorbiert, also zurück in den Körper gebracht wird. Bei einer Primärharnproduktion von etwa 125 ml in der Minute (also 180 Litern pro Tag), leuchtet es ein, dass das Wasser in großen Mengen unbedingt wieder resorbiert werden muss.

Wer schon einmal beobachtet hat, dass der Harndrang nach Alkoholkonsum sehr stark angestiegen ist, der hat körperlich erfahren, was passiert, wenn die Neurohypophyse nicht mehr ausreichend Adiruretin bereitstellt. Wie so viele Nervenzellen, werden auch die der Neurohypophyse durch Alkohol beeinflusst.

Und was macht Oxytocin? Die bekanntesten Wirkungen von Oxytocin (rechts die Strukturformel) sind zum einen die Geburtseinleitung (leitet die Uteruskontraktionen, auch als Wehen bekannt, ein) und zum anderen der Milchausschuß. Das bedeutet, wenn die Mutter ihr Baby auf dem Arm hat um es zu stillen, dann kommen im Hirn zwei Informationen an. Zum einen der visuelle Reiz: mein Kind, und zum anderen der mechanische Reiz: Saugen des Kindes an der Brust. Dies führt zur Freisetzung von Oxytocin, das die Muskeln um Milchzellen zum Kontrahieren bringt, wobei Milch aktiv ausgetrieben wird.

Eine seit nicht all zu langer Zeit bekannte Wirkung hat dem Oxytocin einen neuen Namen beigebracht: Das Beziehungshormon. Anscheinend, wirkt es beziehungsfestigend. Tests haben gezeigt, dass Paare mit erhöhtem Oxytocinspiegel eine vergleichsweise stärkere Bindung zueinander haben, als solche mit niedrigem Spiegel. Wo genau die Auslösestellen dafür liegen, ist noch nicht bekannt, dennoch wird Oxytocin von der Pharmaindustrie bereits künstlich hergestellt. Zum Einsatz kommt es im medizinischen Bereich bei depressiven Menschen und Mauerblümchen, die plötzlich viel schneller mit anderen Menschen in Kontakt kommen als zuvor. Sie scheinen mehr Vertrauen in die Menschen ihrer Umgebung zu haben.

Doch nicht nur die Medizin setzt Oxytocin ein, sondern auch die Parfumindustrie. Ein Spritzer „Flüssiges Vertrauen“ (englisch), soll zum Beispiel ein Vorstellungsgespräch zum vollen Erfolg verhelfen, oder neuen Schwung in die Partnerschaft bringen, so die Werbung. Wer wirklich etwas für seinen Oxytocinhaushalt tun will, der sollte mit seinem Partner einfach mal einen schönen gemeinsamen Ausflug unternehmen oder irgendetwas Ungewöhnliches. Egal was, Hauptsache es macht beiden Spaß und sie erleben es zusammen.

Bildnachweis:
http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/3/36/Oxytocin_sw.jpg
http://www.sxc.hu/pic/m/_/_l/_lio/133415_chemical_stuff_2.jpg
http://www.sxc.hu/browse.phtml?f=download&id=783677
http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/b/b9/Vasopressin.png/592px-Vasopressin.png

Willkommen auf Wunderwelt Leben in 2008

2008-01-01T13:44:00.000-08:00

Hiermit wünschen wir allen Lesern von Wunderwelt Leben ein frohes Neues Jahr, Erfolg und vor allem Gesundheit.

Das vergangene Jahr ist am Ausklingen und wir wollen kurz zurückschauen. Im vergangenen Jahr haben wir mit diesem Blog begonnen und freuen uns über die bisher mehr als 1500 Zugriffe. Insgesamt 40 Posts haben dem Leser immer wieder Einblicke in die faszinierende Welt, die Wunderwelt des Lebens gegeben.

Auch in diesem Jahr werden wieder interessante Posts und Umfragen erscheinen, die jedem ganz persönlich ein wenig mehr Verständnis für das Wunder Leben mit auf den Weg geben. An diesem Punkt nochmals vielen Dank für Eure Treue zu unserem Blog.

Euer Wunderwelt Leben Gruppe

Wunder stehen nicht im Gegensatz zur Natur, sondern nur im Gegensatz zu dem, was wir über die Natur wissen.
St. Augustin

Foto: http://www.sxc.hu/browse.phtml?f=download&id=358349 von Filou

Mastjahre - Eine Überlebensstrategie

2007-12-30T04:55:00.000-08:00

Was sind Mastjahre? Für den ersten Augenblick klingt das wie die Zeit, in der sich Tiere eine dicke Fettschicht anfressen um gut durch den Winter zu kommen. Doch das ist hier nicht ganz richtig. Zwar bescheren Mastjahre einigen Tieren viel zu fressen, aber darum geht es eigentlich gar nicht. Viel mehr sind es Pflanzen, die wie hier betrachten. Und noch genauer: Bäume. Datenerhebungen haben ergeben, dass es in unregelmäßigen Abständen zu einer vermehrten Ausbildung von Samen (etwa Eicheln, Kastanien, usw.) kommt. Dies ist ein eindeutiger Schutzmechanismus vor Fraßfeinden wie Eichhörnchen oder auch Wildschweinen. Diese fressen nämlich sehr gern die fetthaltigen Baumsamen. Einmal verdaut, wird aus diesen Samen kein Baum mehr wachsen. Wie also schützen?

Es ist eine bestimmte Anzahl von Fraßfeinden im Wald vorhanden. Wenn alle Bäume ihre Samenproduktion hochregulieren, wird es in den kommenden Jahren auch mehr Fraßfeinde geben. Darum sind noch zwei Kniffe eingeführt. Zum einen dauern Mastjahre immer nur über eine Vegetationsperiode und nicht über mehrere und zum anderen sind diese Mastjahre unregelmäßig aufeinander folgend. Es werden also so viele Samen produziert, dass alle Fraßfeinde gut satt werden. Diese können aber den Nahrungsvorteil nicht in Reproduktion investieren, weil der Futtervorteil nur kurz währt. Die restlichen Samen gelangen unbeschadet in den Boden, wo sie sogenannte Samenbanken bilden. Hier gibt es einen weiteren tollen Trick: damit nicht alle Samen gleichzeitig keimen und sich wohlmöglich gegenseitig so im Wachstum behindern, dass sie bald sterben, gibt es die Samenruhe. Das heißt, dass die verschiedenen Samen zu unterschiedlichen Zeiten keimen. Die einen verharren nur eine Vegetationsperiode, die andere fünf und mehr im Boden.

Pflanzen sind sehr interessante Untersuchungsobjekte, denn sie sind genötigt viele Überlebensmechanismen zu evolvieren um ihre Unbeweglichkeit zu kompensieren.

Bildnachweis: http://www.sxc.hu/browse.phtml?f=download&id=62742 von jasperzein

Umfrage: Wie viele Verbindungen (Synapsen) können im Zentralen Nervensystem auf eine einzige Nervenzelle eingehen?

2007-12-27T02:50:00.000-08:00

Diese Frage ist wirklich sehr interessant, denn es gibt viele verschiedene Nervenzelltypen im Gehirn. Wie immer in der Biologie hängt Form und Funktion der Zelle eng zusammen. So gibt es „einfache“ Zellen, die ein Axon und mehrere Dendriten besitzen. Axone sind sozusagen der Output einer Nervenzelle, eine Verbindung zu einem Muskel oder einer anderen Nervenzelle. Axone enden in einer so genannten Synapse, einer knopfartigen Verdickung. Die genannten Dendriten sind wiederum der Input, also die Andockstelle für die Axone anderer Nervenzellen.

Es gibt nun Nervenzellen die eine Unmenge an Dendriten besitzen, also die Zellfortsätze, an denen andere Nervenzellen Reize übertragen können.

Im Kleinhirn befinden sich solche Nervenzellen. Sie werden nach ihrem Entdecker Purkinje als Purkinje-Zellen bezeichnet. Ihr riesiger Dendritenbaum kann zwischen 150000 und 200000 Synapsen empfangen. Eine Zelle. Das ist eine riesige architektonische und organisatorische Leistung. Denn so gut wie unsere ganze Motorik läuft über das Kleinhirn zur Kontrolle. Dabei werden Nervenzellen sowohl aus dem Großhirn, wie auch aus dem Körper miteinander abgeglichen.

An der Umfrage hatte sich wieder einmal eine berauschende Menge beteiligt. Die Rückmeldung von Besuchern hat ergeben, dass die Frage noch nicht ganz klar formuliert gewesen ist. Es wurde angenommen, dass es um den menschlichen Organismus in all seinen Lebensstadien ginge. Dann kämen die 1,5Mio. Zellen ganz gut hin, denn im Anfangsstadium weisen die Nevenzellen noch mehrere Tausend Verbindungen mehr auf.

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Phytohormone - Die Hormone der Pflanzen

2007-12-19T05:47:00.000-08:00

Ja, auch Pflanzen besitzen Hormone, bei ihnen heißen sie aber Phytohormone. Es handelt sich dabei um pflanzeneigene organische Substanzen, die bereits in geringsten Konzentrationen physiologisch wirksam sind. Im Gegensatz zu tierischen Hormonen haben die Hormone der Pflanzen ein riesiges Wirkungsspektrum. Die Phytohormone lassen sich in zwei Gruppen unterteilen, die klassischen und die neueren Phytohormone. Zu den Neueren gehören die Jasmonate, Brassinosteroide, Salicylsäure und Polyamine (letztere erfüllen nicht alle Kriterien der Phytohormone). Auf die klassischen pflanzlichen Hormone wollen wir in diesem Post näher eingehen, zu ihnen zählen die Gibberelline, Abscisine, Ethylen, Cytokinine und Auxin.

Die Gibberelline haben eine etwas komplizierte chemische Struktur. Sie bestehen aus 20 oder 21 Kohlenstoffatomen, hier links ist die Gibberellinsäure als Beispiel aufgezeigt. Ihre physiologisch wichtigsten Effekte in einer Pflanze sind die Stimulation der Zellteilung (Mitose), wodurch das Längenwachstum erhöht wird. Ein einfacher Versuch zeigt, dass Rosettenpflanzen, die dadurch gekennzeichnet sind, dass die Stengelabschnitte zwischen den Blättern sehr gering sind, bei zusätzlicher Gibberellingabe in die Höhe schiessen (auch als Schossen bezeichnet). Nicht die Anzahl der Blätter wird erhöht, sondern die Länge des Stengels im Vergleich zu unbehandelten Rosettenpflanzen. Zudem induziert die Gibberellinsäure die Blütenbildung und z. B. bei Weintrauben längere Stiele der einzelnen Beeren. Diese haben dann mehr Platz und können größer werden. Das freut die Winzer, weshalb auch dort die Gibberellinsäure zum Einsatz kommt.

Zu den Abscisinen gehört die Abscisinsäure (kurz: ABA), welche die allgemeine Struktur eines Sechser-Kohlenstoffringes mit einer Seitenkette besitzt. ABA iniziiert die Samenruhe und hält sie auch aufrecht, sie hemmt die Samenkeimung und als Langzeitprozeß dient sie zur Samenreifung. Für Kurzzeitreaktionen ist sie für die Stomataschließung bei Wasserstress (kein oder zu wenig Wasser in der Umgebung der Wurzeln) verantwortlich, damit weniger Wasser über die Blattoberflächen verdunstet und die Pflanze nicht zu viel Wasser verliert, wenn dieses eine zeitlang nicht zur Verfügung steht (hier rechts sind einige Spaltöffnungen eines Blatt zu sehen). Außerdem spielt ABA auch bei der Seneszens der Blätter (also der Blattalterung) eine Rolle. ABA wurde bei Untersuchungen zur Blattabszission (Blattabfall) entdeckt und deshalb fälschlicherweise Abscisinsäure genannt, es ist aber nicht für die Abszission der Blätter verantwortlich, sondern ein anderes Phytohormon: Ethylen.

Ethylen ist ein sehr komisches Phytohormon, denn es ist nicht, wie die anderen pflanzlichen Hormone in Wasser löslich, aber dafür gasförmig. Dennoch wird es zu den Phytohormonen gezählt. Wie berits erwähnt, induziert Ethylen den Blattabwurf, ist aber auch wie ABA an der Seneszenz der Blätter und außerdem der Fruchtreife beteiligt. Das Altern der Blätter und deren Änderung des Stoffwechsels auf die Vorbereitung zum Blattabfall läuft kontrolliert ab. Und der Vorgang zum Blattabwurf ist kein ganz normaler Vorgang, der von alleine abläuft. Stellen wir uns vor, wir sägen einen Ast ab, der noch frisches grünes Laub trägt. Dessen Blätter werden zwar nach einiger Zeit ihre Farbe in ein rötliches Braun umwandeln und austrocknen, dass sie schrumpelig werden, aber die meisten Blätter werden womöglich noch über ein Jahr an dem Ast hängen bleiben. Die Signalstoffe, die zur Vorbereitung des Blattabfalls führen (wie Korkbildung), haben schlechthin gefehlt.
Eine weitere physiologische Wirkung hat das Ethylen für die Auslösung von Stressreaktionen, zum Beispiel bei Pathogenbefall, Verwundung, Überflutung oder mechanischen Belastungen.

Die Cytokinine bestehen aus einer Adenineinheit und einem Rest, wobei sich die Cytokinine in den Resten unterscheiden. Hier links ist die Struktur von Zeatin dargestellt, das zu den wichtigsten natürliche Cytokininen gehört. Ihren Namen haben sie durch ihren Effekt der Stimulation der Zellteilung (Mitose, auch Cytokinese genannt) erhalten. Aber sie haben auch Einfluss auf die Bewegung der Stomata, indem sie als Gegenspieler zu ABA fungieren und die Spaltöffnungen bei ihrer Anwesenheit geschlossen werden. Außerdem haben sie in Pflanzen den Effekt der Seneszenzverzögerung.

Auxine besitzen meist die Struktur eines Indols, was mit einer Carbonsäure verbunden ist. Das bekannteste Auxin ist die Indolyl-Essigsäure (kurz: IAA, links dargestellt) und das zweite natürlich vorkommende Auxin ist die Indol-Buttersäure. Der wichtigste Effekte der Auxine ist die Stimulierung des Streckungswachstums. Durch die Eigenschaft des Zerfalls an Licht, sind an lichtabgewandten Stellen mehr Auxin vorhanden. Dort wächst das Gewebe stärker als an der lichtzugewandeten Seite, wobei dadurch der Stengel immer zum Licht hin wächst. Weiterhin wird durch Auxin die apikalen Dominanz vermittelt, das heißt, dass keine Seitensproße am oberen Ende des Stengels gebildet werden. Da die Sproßspitze die Auxinquelle ist, entwickeln sich nach der Entfernung der Spitze Seitensproße und die Wuchsform wird buschiger.

In Pflanzen gibt es genauso wie in Tieren Hormone, die als Signalstoffe dienen und unabdingbar für die Regulation viele Vorgänge in den Pflanzen sind.

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Umfrage: Wie hoch kann ein Baum maximal werden?

2007-11-25T12:22:00.000-08:00

Bäume unterliegen, wie alle Organismen dieser Erde, deren physikalischen Grundgesetze. Das Bäume überhaupt Wasser von den Wurzeln bis in die Blattspitzen transportieren können, liegt an Kohäsions- und Adhäsionskräften. Bei der Kohäsion handelt es sich um eine Kraft, die zwischen den Teilchen des selben Stoffes besteht (hier den Wassermolekülen). Das wird besonders deutlich, wenn man ein Glas soweit befüllt, dass ein kleiner Wasserberg entsteht, der über den Rand hinausreicht. Bei der Adhäsion wechselwirken Teilchen verschiedener Stoffe. So "klebt" das Wasser förmlich in den wasserleitenden Kapillaren des Baumes. Das kann man ebenfalls in einem Glas beobachten. Ist es nicht bis zum Rand gefüllt, sieht man, wie die Wasseroberfläche an der Glaswand konkav nach oben zeigt.

Das Wasser wird durch zwei Kräfte noch oben in die Blätter getrieben. Zum einen wird das Wasser aktiv von äußeren Wurzelzellen in den wasserleitenden Bereich gepumpt, der aber kein Wasser zurückfließen lässt. Dies führt zu einem nach innen gerichteten Gradienten. Das Wasser strömt also als Ausgleichsströmung nach innen. Diese Erscheinung wird auch als Wurzeldruck bezeichnet. Zum anderen verdunstet an den Blattunterseiten Wasser. Dieses Verdunsten, auch Transpiration genannt, baut einen riesigen Sog auf, der die eigentliche Triebkraft des Wassertransportes ist.

Dem allen wirkt eine Kraft entgegen: die Schwerkraft. Sie ist eine physikalische Konstante, die den Wassertransport solange zulässt, wie der Wurzeldruck und der Transpirationssog größer sind. Und dieser Punkt ist bei etwa 130 Metern erreicht.
Immerhin 33% wussten dies, oder haben gut geraten.

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Wer stärker zieht gewinnt – Proteine streiten um Sauerstoff

2007-11-15T12:30:00.000-08:00

In unseren Erythrocyten gibt es ein Protein, dass für die Bindung von Sauerstoff verantwortlich ist: das Hämoglobin. Das wird man vielleicht schon mal in der Schule gehört haben. Was einem dort aber nicht erzählt wird, ist, dass dieses Protein nicht der einzige Sauerstoffträger in unserem Körper ist. Neben dem Hämoglobin in unserer Blutbahn existiert das Myoglobin in unseren Muskeln. Doch, warum haben wir zwei verschiedene sauerstoffbindende Proteine in uns? Die Antwort ist logisch wie einleuchtend. Dafür müssen wir nur etwas tiefer in die Materie eindringen.

Jede Zelle unseres Körpers benötigt Sauerstoff zum Leben, also für biochemische Reaktionen. Die Blutbahnen, die den Körper mit sauerstoffreichem Blut versorgen, verkleinern sich in immer dünnere Verästelungen, den Kapillaren. Diese sind immer noch nicht klein genug um jede Zelle direkt mit Sauerstoff zu beliefern. Aber immerhin dünn genug, dass unsere roten Blutkörperchen, die Erythrocyten stark an die Aussenwände der Kapillare gedrückt werden. Von dort wird der Sauerstoff aus den Erythrocyten in die Gewebe "gesogen". Dieser Sog ist eine Diffusion. Das heißt, dass der Sauerstoff einem Gradienten nachgibt und die Blutbahn "verlässt". Denn dort ist die Konzentration hoch und im Körper ist sie niedriger. Da Teilchen immer das Bestreben haben Gradienten abzubauen, diffundiert der Sauerstoff aus den Kapillaren heraus und in die Zellen. Gegebenenfalls geht es mit dem Sauerstoff von dort wieder durch Diffusion weiter in die nächste Zelle´, bis zu dem Ort, an dem er verbraucht wird.

Doch zurück zur Fragestellung, warum gibt es dieses Myoglobin? Einen ersten Hinweis liefert der Name. Myo, das steht für Muskel. Und richtig, Myoglobin ist ein besonderes Protein, dass in den Muskeln vorkommt. Muskeln verbrauchen viel Energie. Diese kommt u. a. aus aeroben Prozessen, bei denen Sauerstoff benötigt wird. Um die Muskeln mit ausreichend Sauerstoff versorgen zu können, gibt es das Myoglobin, dass sich in den Muskelzellen befindet. Es unterscheidet sich vom Hämoglobin dadurch, dass es eine höhere Affinität zur Bindung von Sauerstoff hat. Das heißt, es "zieht" mit größerer Kraft am Sauerstoff. Der Sauerstoff wird dem Hämoglobin förmlich entrissen, wenn es die Muskeln passiert. Das ist der Grund, warum es Myoglobin gibt.

Nun ist aber Myoglobin nicht das einzige interessante Protein, dass eine höhere Sauerstoffbindungsaffinität im Vergleich zum Hämoglobin aufweist. Es wird nämlich zwischen adultem (Erwachsene) und fetalem Hämoglobin unterschieden. In der Tat hat das Hämoglobin eines Foetus (HBF) eine höhere Affinität. Und was soll das?

Wenn wir uns veranschaulichen, in welcher Situation sich der Foetus im Mutterleib befindet, wird es uns schnell klar. Die einzige Verbindung, die zwischen Mutter und Kind besteht ist die Plazenta. Hier muss alles Wichtige zum Kind gelangen: Nährstoffe und vor allem Sauerstoff. Da aber durch die Blut-Plazentaschranke kein sauerstoffreiches Blut von der Mutter zum Kind gelangen kann, hat die Natur auf die Idee vom Myoglobin zurück gegriffen. Das HBF "zieht" sozusagen den Sauerstoff vom adulten Hämoglobin der Mutter ab.

ERGÄNZUNG

Eine Frage, die mir vor kurzem gestellt worden ist, möchte ich hier noch anhängen, da sie zum Thema passt: Warum hatte die Evolution nicht alle Organismen mit einer hohen Sauerstoffaffinität ausgestattet?

Die Antwort ergibt sich durch eine einfache Überlegung: der Sauerstoff muss bei seinem Transport immer wieder das Transportmittel wechseln (Hämoglobin in Erythrocyten zu Myoglobin in der roten Muskulatur zum Beispiel). Auch in den Zellen wird der Sauerstoff über Proteine transportiert. Damit dieser Vorgang energiefrei abläuft, muss die Affinität zwischen jedem Schritt ansteigen. Damit der Sauerstoff aber am Ziel mit möglichst wenig Aufwand auch entfernt werden kann, darf die Affinität des letzten Transporters auch nicht zu hoch sein.

Ist die Bindung des Sauestoffatoms am Träger zu hoch, kommt es zur Vergiftung. So zum Beispiel bei Kohlenmonoxid (CO). Hier bindet das Sauerstoffatom so stark am Hämoglobin der Erythrocyten, dass es nicht mehr "abgerissen" werden kann. Den Zellen steht also kein Sauerstoff zur verfügung, sie sterben ab.

Ein weiterer interessanter Punkt ist der folgende: Über unser Leben hinweg vollzieht sich eine Änderung der Zusammensetzung unseres Hämoglobins. Immer besitzen wir 2 alpha Ketten. Daneben gibt es aber auch die gamma Ketten, die wir im Embryonalstadium besitzen. Sie sind wichtig für die oben angesprochene unterschiedliche Sauerstoffaffinität.

Die Welt der Naturstoffchemie

2007-11-11T14:49:00.000-08:00

Die Welt der Naturstoffchemie ist groß und vielfältig. Sie befasst sich mit allen metabolisch entstandenen organischen Verbindungen, die aus Mikroorganismen, Pflanzen und Tieren isoliert werden können.
Wie dieses Isolieren auf ganz einfacher Weise vor sich gehen kann, das zeigte uns von Markgraf. Er hatte es 1749 geschafft die Ameisensäure (Methansäure) in einer sehr reinen Form zu isolieren. Dafür benötigte er ein Feuerchen, einige laboratorsiche Geräte, viel Zeit und noch mehr Ameisen. Er brauchte tausende um wenige Tropfen Ameisensäure zu isolieren. Damit war der erste Schritt in Richtung angewandter Naturstoffchemie gemacht. Ich möchte hier einige interessante Dinge aus der Naturstoffchemie erzählen. In Zukunft werden weitere Kurze Exkurse folgen.

Mit Alkohol riechts besser

Die Tennissocken schon lange nicht gewechselt? Das wird einem spätestens dann klar, wenn ein stechender Geruch aus den Schuhen in die Nase kriecht. Schuld ist unter anderem ein Stoff namens Buttersäure. Eine Carbonsäure mit 4 C-Atomen. Was passiert nun, wenn wir diese Verbindung mit Alkohol verestern? Wir erhalten Buttersäuremethylester. Und dieser ist die Grundkomponente des Apfelgeruchs. Ob sie nun ihre Socken unbedingt zwei Wochen tragen und in Absolut Wodka ersäufen müssen, um dieses Experiment nachzuholen ist fraglich. Schließlich ist in ihren Socken noch mehr als Buttersäure drin.

Ein weiteres Experiment dieser Art benötigt ein Ziegenfellextrakten. Dieses ist ebenfalls eine Carbonsäure, die Capronsäure (6 C-Atome). Ziegen riechen meist sehr streng. Doch mit einem einwertigen Alkohol verestert (Methanol) erhalten wir Carpronsäuremethylester. Und dies ist der wichtigste Bestandteil des Ananasduftes. Falls Ihnen bei der nächsten Sektbowle auch eine Ananas ins Glas rutscht, denken sie vielleicht unwillkürlich an einen struppigen Almenvierbeiner.

Warum die Briten einen Spermawal haben

In Deutschland nennen wir ihn Pottwal. In Britanien hingegen heißt er Spermwhale. Diesen Namen verdankt der riesige Meeressäuger einem Organ, das in seinem Kopf lokalisiert ist. Es wird Spermacetiorgan genannt. Früher ging man davon aus, dass dort ein riesiger Spermavorrat sei. Spätere Analysen ergaben aber, dass es sich nicht um Sperma, also Zellen, sondern um Cetylpalmitat handelt. Dieses gehört zu den Wachsen und ist lediglich 2 C-Atome länger als das Wachs der Bienen.

Bleibt nur noch die Frage, wozu stopft sich der Wal eine Wachsdrüse in den Schädel und trägt zwei bis fünf Tonnen(!) Wachs mit sich herum? Wer eine Lavalampe hat, dem wird das schnell klar. Er benötigt es um schneller auf- und abtauchen zu können. Will er abtauchen, dann lässt er durch sein Ausblasloch auf der Kopfoberseite Wasser einströmen und das Wachs kühlt ab. Dabei wird es dichter, der Wal kann tauchen.
Zum Aufsteigen wird die Durchblutung des Organs angeregt, das Wachs erwärmt sich, die Dichte sinkt (es dehnt sich also aus) und der Wal steigt auf, wie eine Wachsblase in der Lavalampe.

Weiche Seife, weiche Butter?

Manchmal kommt man in der Wissenschaft mit Analogien weiter. Manchmal liegt man aber auch total daneben. Am Beispiel von weicher Seife und Butter wird das deutlich.
Butter besteht zum Großteil aus Fett. Dieses wiederum besteht neben dem Grundbaustein Glycerin aus vielen sehr verschiedenen Fettsäuren. Letztere sind lange Kohlen-Wasserstoffketten (durch Zickzacklinien in der Chemie veranschaulicht, hierbei ist jede Ecke ein Kohlenstoffatom, mit den dazugehörigen Wasserstoffatomen). Fettsäuren unterscheiden sich untereinander durch ihre Länge (Anzahl an C-Atomen) und durch gegebenenfalls Doppelbindungen (hierbei fehlen zwei benachbarten C-Atomen insgesamt zwei Wasserstoffatome; sie bilden untereinander eine Doppelbindung aus um den Ladungsverlust auszugleichen). Ist eine Fettsäure an mindestens einer stelle mit einer Doppelbindung versehen nennt man sie ungesättigt. Hat sie mehr als eine Doppelbindung, ist sie mehrfach ungesättigt.
An einem Glycerin (ein dreifach Alkohol) hängen immer drei Fettsäuren. Sind alle drei gesättigt liegen sie perfekt neben einander. Viele gesättigte Fettmoleküle lagern sich parallel zu einander aus und gehen schwache Wechselwirkungen ein, die in ihrer Gesamtheit aber zu einem festen Aggregatzustand führen. Harte Butter besteht also überwiegend aus gesättigten Fettsäuren.
Was passiert nun aber bei ungesättigten Fettsäuren, wie zum Beispiel der Ölsäure (rechts)? Bei ihnen kann es dazu kommen, dass sie zu den Seiten hin ausscheren. Das liegt an den veränderten Bindungswinkeln einer Doppelbindung. Je mehr ungesättigte Fettsäuren in einem Fettmolekül, desto unförmiger ist es. Dann ist nichts mehr von seiner linearen Form erkennbar. Viele ungesättigte Fettmoleküle können sich nur noch schlecht aneinander lagern. Sie sind also für einen viskoseren, flüssigeren Aggregatzustand verantwortlich. In tierischen und pflanzlichen Ölen ist der Großteil der Kohlenstoffketten also ungesättigt.

Und was ist mit der Seife? Es gibt doch feste und flüssige Seife? Liegt das auch an den Fettsäuren?
Nun, diese Schluß liegt nahe, denn Seifen sind nichts anderes als die Salze der Fettsäuren. Das heißt, das es zum Fettsäureanion ein so genanntes Gegenion gibt. Doch in der Tat ist hier nicht von Interesse, ob die Fettsäuren nicht oder mehrfach ungesättigt sind, sondern, welches Gegenion die Fettsäure hat. Ist es das Natriumkation, ist die Seife fest, ist es das Kaliumion, dann ist die Seife flüssig. Durch den Anteil an Natrium und Kaliumionen kann der Aggregatzustand genau eingestellt werden.
Ein Beispiel dafür, dass nahe liegendes nicht immer funktionieren muss.

Im Übrigen sei hier noch die gesunde Wirkung von mehrfach ungesättigten Fettsäuren erwähnt. Die Doppelbindungen sind leichter vom Körper angreifbar. Mit weniger Energieaufwand kann der Körper also die Fettsäuren in kleine Stücke zerlegen. Bei gesättigten Fettsäuren muss bei weitem mehr Energie für den Fettabbau investiert werden. Die Bilanz fiele also geringer aus.

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Was macht es denn jetzt schon wieder? - Unser Gehirn

2007-10-03T08:51:00.000-07:00

Manchmal möchte man sich schon die Frage stellen: Was tut mein Hirn nun schon wieder? Im Prinzip fragen sich das Hirnforscher den ganzen Tag. Ich würde jetzt ja gerne sagen, dass sie schon kurz vor der Lösung der Frage stehen, aber das ist nicht der Fall. Vielmehr ist es so, dass mit jedem gelösten Problem, jeder geöffneten Tür, duzende neue Hindernisse auftreten. Nichts desto trotz, wissen wir schon recht viel über die Vorgänge in unserem Gehirn.

Lange Zeit ging man davon aus, dass unser Hirn die Umgebung detailgetreu abbildet. Doch das ist nicht der Fall. Unser Hirn ist kein Scanner, der die Umgebung abtastet und abspeichert. Viel mehr ist es permanent auf der Suche nach Mustern. Es sucht nach Mustern und vergleicht diese mit bereits abgespeicherten Mustern. Das können wir uns wie folgt vorstellen: Stellen wir uns vor, wir befinden uns in einem vollkommen leeren Raum. Lediglich wir und ein Stuhl befinden sich darin. Es wird uns nicht sonderlich schwer fallen, den Stuhl als einen solchen zu erkennen. Doch, wie haben wir das gemacht? Wer schon einmal in einem Möbelhaus war, weiß, dass es hunderte, tausende Möglichkeiten gibt, wie ein Stuhl aussehen kann. Unmöglich jeden Stuhl schon einmal gesehen zu haben um ihn dann mit unserem Exemplar zu vergleichen. Es geht auf einem anderen Weg.

Unser Gehirn nimmt den Gegenstand auseinander. Der Stuhl wird als 1 Objekt erkannt und dann in geometrische Formen zerlegt. Vier Zylinder, die an einer waagerechten Fläche hängen. Eine weitere Fläche steht aufrecht auf der Waagerechten. Diese Form erinnert sieht verdammt nach einem Stuhl aus. Ungefähr so können wir uns das ErKENNEN vorstellen.

"Täglich meisterhaft", das könnte der Werbespruch für unser Gehirn sein. Denn es vollbringt täglich unglaubliche Leistungen. Permanent schätzt es Entfernungen und damit Proportionen ab, zerlegt geistig Gegenstände und baut sie wieder zusammen bis sich ein vergleichbares Bild ergibt. So ist es uns möglich eine Vielzahl von Gegenständen korrekt zu erkennen und zu zuordnen. Das geht natürlich nur, wenn wir einen ähnlichen Gegenstand zuvor schon einmal gesehen haben. Denn, .... nun, stellen wir uns vor ein Zeitreisender drückt uns als Geschenk eine metallisch glänzende Kugel in die Hand, mit vier farbigen Knöpfen in die Hand. Was erkennen wir? Natürlich: Eine metallisch glänzende Kugel mit bunten Knöpfen dran. Wir schauen ihn verduzt an. Er würde vielleicht antworten: "Ich weiß, eigentlich hat es fünf Knöpfe und ist oval, aber den hatten sie nicht mehr. Viel Spaß damit!", und reist wieder ab. Und trotzdem haben wir keine Ahnung was das ist. Wir können es herausFINDEN, aber wir können es nicht erKENNEN.

Zeitreisende sind eher die Ausnahme und das ein Fall wie oben eintritt ist eher unwahrscheinlich. Welcher Zeitreisende bringt schon Geschenke mit? Tzz ...
Aber mal ehrlich. Unser Gehirn ist täglich mit dem Erkennen von Objekten beschäftigt. Hin und wieder gelangen wir dabei auch schon mal an die Grenzen unserer Kapazität. Ich sage nur: Reizüberflutung. Weniger das unaufgeräumte Zimmer eines Teenagers, als mehr zum Beispiel eine nächtliche Szene in einer Stadt ist hier damit gemeint.

In der Nacht sind Formen oft nur zu erahnen, Abstände und Proportionen sind schwieriger zu schätzen, farbige, vielleicht auch blinkende, Reklametafeln und bescheinwerferte Autos lenken unsere Konzentration immer wieder auf andere Objekte. Für manche Menschen kommen darum Autofahrten bei Nacht gar nicht in Frage.

Das unsere zentrale Recheneinheit aber auch täglich getäuscht wird, fällt uns oft kaum auf. Denn viele Dinge sind meist eindeutig zu erkennen. Anders bei optischen Täuschungen. Bekannte Beispiele sind zum Beispiel der folgende Würfel.

Zunächst sieht der Betrachter einen Würfel. Unser Hirn hat das Muster: 3 Flächen, die optisch verzerrt wohl im rechten Winkel zueinander stehen, erkannt. Es nimmt also als Wahrheit an: Meine Herren, dies ist ein Würfel. Doch das ist ein Irrtum. Es deutet vieles darauf hin, aber bei genauerer Betrachtung fällt auf, es sind tatsächlich nur drei Flächen die nach "hinten" sogar Tiefe besitzen. Unser Gehirn braucht eine Weile bis das "Bild" des "Würfels" umspringt und plötzlich sieht man die Flächen. Das Hirn hat die "Wahrheit", die "Wirklichkeit" von jetzt auf eben verändert, weil es erKANNT hat, dass es kein Würfel ist. Ein schönes Beispiel, dass nicht alles so ist, wie es aussieht und erst recht nicht auf den ersten Blick. Aber schauen wir uns weitere Bilder an. Im Folgenden Bild sehen wir:

Richtig, 5 Säulen. Was, sie sehen Menschen? Kein Wunder. Natürlich ist ihr Hirn auch darauf aus Artgenossen und mögliche Feinde zu erkennen. Unser Hirn gibt sich lieber der optischen Täuschung hin andere Menschen vor sich zu haben, als im nächsten Moment von einem Feind erschlagen zu werden. Irgendwo ja auch verständlich. Vor allem die "Köpfe" werden sofort von unserem Hirn fehlinterpretiert. Wenn wir das Bild von unten, langsam mit dem Blick nach oben schweifend, betrachten, dann erkennen wir zunächst wirklich Säulen.

Kommen wir zum letzten Bild. Das mein eigentlicher Favorit ist. Jetzt ist es wirklich interessant, was wir als erstes sehen und was als zweites. Also, was sehen wir hier?

Eine Frau? Ja, das war schon gar nicht so falsch. Aber richtig wäre: Zwei Frauen. Eine junge Frau, die den Blick von uns hinweg wendet und eine alte Dame, die nach links unten aus dem Bild hinaus schaut. Interessanterweise erkennen 60 % der Frauen zuerst die alte Frau und 80% der Männer erkennen zuerst die junge Frau. Wer länger auf das Bild geschaut hat, wird bemerkt haben, dass wir zwischen der jungen und der alten Frau hin und her springen. Mal sieht man das eine, mal das andere. Ist es zunächst nur möglich gewesen eines der beiden zu erkennen, können wir jetzt nach belieben den Fokus verändern. Diese Phänomen lässt sich wahrscheinlich durch eine sinkende Aufmerksamkeit erklären. Nachdem man zunächst die junge Frau erkannt hat, sinkt unsere Aufmerksamkeit auf dieses Muster bis auf 0 ab und es ist Platz für eine Neuinterpretation des Bildes. Und schwupps, schon ziehen wir die Möglichkeit in Betracht, dass das ja auch eine alte Frau sein könnte.

Unser Gehirn ist vielleicht einfach zu verwirren, aber es ist flexilber als jede Maschine.

Empfehlung: Ein kurzer Film über die Möglichkeiten unser Gehirn auszutricksen, in dem wir ihm "bekannte" Formen vorgeben, die sich dann zu einem vollkommen anderen Bild entwickeln, gibt es hier. Ist aber NUR FÜR ERWACHSENE!

Bildnachweis:
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Ist das Maul zu klein? - Von Seesternen und Muscheln

2007-09-18T00:43:00.000-07:00

Wer kennt das nicht, wenn die Augen mal wieder größer sind, als der Magen? Der Seestern (Asteroidea)* dürfte zu den Unwissenden gehören, denn zum einen hat er es nicht so mit den Augen und zum anderen ist nicht sein Magen, sondern seine Mundöffnung die begrenzende Einheit.

Wenn ein Seestern zum Beispiel eine Muschel(Bivalvia)** knackt um sie zu fressen, dann geht das ungefähr so vor sich: Der Seeigel nähert sich einer Muschel. Eigentlich können diese durch das schnelle Zusammenklappen der Muschelhälften davon schwimmen. Doch wir gehen hier von einer Muschel aus, die ihre Fluchtpläne nicht schnell genug umgesetzt hat. Der Seestern also umgreift mit seinen fünf Armen die Muschel und zieht die beiden Schalenklappenhälften auseinander. Das ist selbst für Seesterne nicht leicht, die mit einer Kraft bis zu 50 Newton ziehen. Meist setzen die Seesterne auf Zeit und ziehen so lange an den Klappenhälften, bis die Musklen der Muscheln ermüden und nachgeben.
Jetzt ist es um die Muschel geschehen. Der Seestern könnte jetzt fressen, doch die Muschel passt im Ganzen nicht durch seine Mundöffnung. Darum gibt es eine ganz schlaue Lösung für das Problem: die Nahrung außerhalb des Körpers verdauuen. Dieser Vorgang wird auch als extraintestinale Verdauung bezeichnet und ist zum Beispiel bei den Spinnen bekannt, die ihrem Opfer die Verdauungsenzyme einimpfen.

Wie macht das nun der Seestern? Er stülpt einfach seinen Magen aus und um sein Opfer herum. Ein Spalt von gerade einmal 2mm reichem ihm dabei schon aus. Jetzt können die Verdauungsenzyme wirken. Die Schalenbewohnerin ist nach einiger Zeit ein gut flüssiger Brei. Nach Beendigung des Verdauungsvorgangs wird der Magen einfach wieder eingestülpt. Fertig! Auf zu neuen Mahlzeiten.

Gerade im Tierreich ist die bessere Technik ein entscheidender Vorteil.

* Die Seesterne (Asteroidea) gehören zur Gruppe der Echinodermata, den Stachelhäutern. Wer schon einmal einen Seestern, oder einen Seeigel (Echinoidea), der auch in die Gruppe gehört, in der Hand hatte, weiß auch warum sie Stachelhäuter heißen.
Die Gruppe umfasst insgesamt 6000 Arten. Zu ihren Untergruppen zählen wie erwähnt die Asteroidea, die Echinoidea, die Crinoidea (Seelilien), die Concentricycloidea (Seegänseblümchen), die Ophiuridea (Schlangensterne) und die Holothurioidea (Seegurken)

** Die Bivalvia gehören zu den Mollusca (Weichtieren). Einer Gruppe, der insgesmat 50.000 Arten angehören. Unter anderem Gastropoda (Schnecken) und Cephalopoda (Kopffüßer).

Bildnachwei: http://www.sxc.hu/browse.phtml?f=download&id=678518

Du kommst hier net rein! - Kanäle

2007-08-22T16:17:00.000-07:00

Kanäle, Kanäle, Kanäle. Das Leben wäre ohne sie gar nicht denkbar. Alle Zellen unseres Körpers besitzen eine unglaubliche Variation an Kanälen. Ihre Hauptaufgabe besteht darin, kleinste Ionen und Moleküle Membranen passieren zu lassen. Das klingt im ersten Moment vielleicht trivial, doch das ist es ganz und gar nicht. Wenn wir uns erst einmal bewusst werden, dass Kanäle nicht einfach nur ein Tor sind. Sie sind gleichzeitig auch Kontrolleur. Es können weder beliebige Stoffe hindurchtreten, noch in beide Richtungen zugleich. Kanäle sind viel mehr spezifisch, als wir glauben und dennoch simpel in ihrem Aufbau.

Die mit unter wichtigsten Kanäle sind wohl die Aquaporine. Peter Agre und Roderick MacKinnon bekamen 2003 den Nobelpreis, weil sie als erste den Mechanismus der Aquaporine auf chemischer Ebene erkannten. Tatsächlich ist ihre Funktionsweise ein wenig knifflig, doch wenn man einmal die Antwort kennt, dann möchte man gar nicht glauben, wie logisch alles funktioniert. Nähern wir uns dem Problem Schritt für Schritt.

Wir müssen aus den vielen tausenden Ionen, Molekülen und Substanzen eine Auswahl treffen. Um genau zu sein, nur ein einziger Stoff soll hindurch: Wasser. Die erste Wahl treffen wir durch den trichterförmigen Eingang. Er verengt sich bis auf die Größe, dass gerade so ein Wassermolekül hindurchpasst. Natürlich passen auch kleinere hindurch. Alles was größer als ein Wassermolekül ist, ist jetzt schon einmal ausgeschlossen.

Während wir im vorangegangenen Schritt den molekularen Bau (Größe) ausgenutzt haben, nutzen wir nun die Konformation und die Bestandteile des Moleküls. Denn das Molekül Wasser besteht aus zwei Wasserstoffatomen und einem Sauerstoffatom.
Dieses hat eine so hohe Elektronegativität, dass es die negativen Ladungen der beiden Wasserstoffatome zu sich hin verschiebt. Wir haben also kein neutrales Molekül (neutrale Ladung über das gesamte Molekül verteilt), sondern ein Molekül mit partiellen Ladungen. Nämlich positive Ladungen an den Wasserstoffatomen und und eine negative Ladung am Sauerstoffatom. Diese beiden Ladungsschwerpunkte lassen das Wassermolekül nun durch den Rest des Aquaporins "tanzen".

Leicht versetzt befinden sich in den "Wänden" der Aquaporine ebenfalls negative
und positive Ladungen. Die Wassermoleküle "hangeln" sich nun sozusagen an den Ladungen entlang. Dabei wird die anziehende Wirkung zweier entgegengesetzter Ladungen ausgenutzt. Es kommen also nur noch die Moleküle weiter, die höchstens so groß sind wie das Wassermolekül und dazu noch denselben Dipolcharakter besitzen.

Diese Beiden Stufen: Selektion durch Größe und Selektion durch Ladung, machen die semipermeable Eigenschaft der Aquaporine überhaupt erst möglich. In der Tat ist ein Aquaporin schon ein kleines Kunstwerk an sich. Doch ein weiteres Beispiel, die Kaliumkanäle, sollen zeigen, dass den gedanklichen Kniffen keine Grenzen gesetzt sind.

Der Kaliumkanal ist, wie auch alle anderen Kanäle, ein Protein. Seine Struktur
selektiert , ähnlich dem Aquaporin nach der Größe, doch etwas ist hier anders. Das eigentlich kleinere Natriumion passiert den Kanal nicht. Das widerspricht doch der Logik, oder? Vielleicht widerspricht es der Logik, aber nicht den physikalischen Gesetzen, denn hier wird nicht einfach nach der Größe getrennt. Hier geht es zur gleichen Zeit auch um die Ladungen (also ein kombinierter Schritt). Kalium und Natriumionen besitzen eine Hydrathülle, was nichts anderes bedeutet, als das sich an den positiv geladenen Ionen die negativ geladenen Sauerstoffatome von Wassermolekülen angelagert haben. Um jedoch den Kanal passieren zu können, muss diese Hydrathülle abgegeben werden. Nur das Kaliumion hat genau die Größe, dass dies energetisch günstig verläuft. Denn das Kanalprotein besitzt in vier entgegengesetzten Richtungen Sauerstoffatome, die in den Kanal hineinragen. Sie sind genauso weit von einander entfernt, wie die Sauerstoffatome am Kaliumion. Das Kaliumion "gleitet" also einfach in den Kanal hinein.

Das Natriumion kann das nicht. Es ist tatsächlich zu klein. Es könnte nicht gleichzeitig mit allen vier Kanalsauerstoffatomen eine Ionenbindung eingehen. Die Abgabe der Hydrathülle wäre in diesem Fall energetisch ungünstig und verliefe nicht freiwillig.

Aquaporine und Kaliumkanäle sind nur ein kleiner Ausschnitt aus der Vielzahl an Kanalproteinen. Auch wenn diese nicht allein den gesamten Transport ausmachen (es gibt auch noch aktive Membrantransporter), ...

... so zeigt sich doch schon, dass das Leben nicht nur im Großen, sondern auch
im ganz Kleinen äußerst Komplex sein kann.

Interessante Seiten zum Weiterlesen:
Noelpreis für Kanäle
Animation des Aquaporins

Bildnachweis:
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http://www.snv.jussieu.fr/vie/actu/images/nobel_chim_2003_1.gif
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Eine spezielle Form der Samenausbreitung - Myrmekochorie

2007-08-08T07:47:00.000-07:00

In einem früherem Post wurde bereits über die Sexualität im Pflanzenreich berichtet, bei der sich am Ende ein oder mehrere Samen bilden. Wenn diese dann auskeimen, entstehen wieder neue Pflanzen.
Nun ist es für die Pflanzen von Vorteil, wenn der jeweilig eigene Samen in einer gewissen Entfernung von der Mutterpflanze auskeimt, sonst machen die neuen Pflanzen und die Mutterpflanze sich gegenseitig zu große Konkurrenz (Ressourcen wirken dann eventuell limitierend). Das kann verhindert werden, indem die Samen durch unterschiedliche Mechanismen von ihrem Entstehungsort weggebracht werden.

Die Ausbreitungmechanismen werden in verschiedene Gruppen unterteilt, wobei die Ausbreitung durch Tiere (Zoochorie) eine große Rolle spielt. Sie wird weiter in Untergruppen untergliedert. Neben der Klettverbreitung und Verbreitung durch Fressen der Früchte und anschließendes Ausscheiden der Samen können auch die Samen durch Ameisen verbreitet werden (Myrmekochorie). Letzteres soll in diesem Post genauer unter die Lupe genommen werden.

Myrmekochorie leitet sich von den griechischen Wörtern Myrmex und choreo ab (Myrmex = Ameise; choreo = ich wandere, gehe) und sie ist bei etwa 3000 Pflanzenarten bekannt. In unseren Breiten sind ca. 30 % aller Arten ameisenverbreitet, wobei sie alle krautige Pflanzen sind. In den Tropen gibt es auch Bäume, deren Samen durch Ameisen verbreitet werden. Zu den deutschen Myrmekochoren (so heißen die Pflanzen, deren Samen durch die Ameisen verbreitet wird) gehören u. a. die Veilchen, verschiedene Taubnesselarten, der Ehrenpreis und das Buschwindröschen. Auffällig ist, dass viele Frühblüher Myrmekochoren sind.

Es gibt ein sogenanntes myrmekochores Syndrom, was den meisten Pflanzenarten gemein ist, die ihre Samen durch Ameisen verbreiten lassen. Dieses Syndrom ist vor allem gekennzeichnet durch das Elaiosom (links im Bild die hellen Anhängsel an den Samen). Es handelt sich dabei um einen Fettkörper, der an den Samen hängt und reich an Fettsäuren, Aminosäuren und Zuckern ist. Er dient gleichzeitig als Tragegriff für die Ameisen, damit diese die Samen in ihre Nester bringen. Das sehr nahrhafte Elaiosom wird dann von den Ameisen gefressen oder an deren Brut verfüttert. Die Pflanzensamen selbst verbleiben oft in den Nestern oder werden wieder herausgetragen.
Ein weiteres Kennzeichen für Myrmekochore ist, dass sie zeitlich mit der Hauptameisenaktivität synchronisiert fruchten. Sie gelangen auch schnell zur Fruchtreife und die Samen sind an den Boden angenähert, damit sie auch leicht für die Ameisen auffindbar sind.

Die Myrmekochoren lassen sich noch einmal in verschiedene Gruppen einteilen, z. B. nach Grad der Spezialisierung oder in obligate und fakultative Myrmekochoren. Obligat, wie zum Beispiel der Haselwurz (Asarum europaeum) sind sie, wenn sie nur durch Ameisen verbreitet werden und fakultativ, wenn sie auch noch zusätzliche Ausbreitungsstrukturen besitzen, wie zum Beispiel das Waldveilchen (Viola reichenbachiana, siehe rechtes Foto), das sich auch über das Wegschleudern der Samen (Ballistochorie) ausbreitet. Hier sind die Fettkörper der Samen deutlich kleiner als bei den obligaten Myrmekochoren.

Was sind nun die Vorteile für die Ameisen und die Myrmekochoren?
Bei den Ameisen ist es ganz augenscheinlich, dass die Samen mit den Elaiosomen eine sehr nahrhafte Delikatesse darstellen. Es fällt auch auf, dass einige Elaiosomen bereits an Ort und Stelle verspeist werden und die Samen einfach liegen gelassen und nicht in das Nest eingetragen werden. Das wäre dann für die Pflanzen weniger von Vorteil. Außerdem sind die Samen in den Ameisennestern vor physikalischen Extremen, wie Sommerhitze und Feuer, sowie vor Samenräubern geschützt. Sie treffen in den Nestern auf eine gute Habitatqualität, die Umgebung ist nährstoffreich und der Boden ist aufgelockert. Das eigentliche Ziel ist aber die Ausbreitung in der Form, dass die Samen von ihrem Entstehungsort von den Ameisen weggebracht werden, damit sich der Wettbewerb zwischen Eltern und Geschwistern verringert und der Genpool durchmischt wird. Große Bedeutung erhält die Myrmekochorie an den Orten, wo andere Ausbreitungsmöglichkeiten fehlen (z. B. kein Wind auf dem Waldboden).

Die Kosten für diese Ausbreitungsstrategie sind nicht zu unterschätzen. Das Elaiosom dient schließlich nur der Anlockung der Ameisen und die darin steckende Energie steht letzen Endes nicht dem Keimling zur Verfügung. Somit werden insgesamt wohl eher wenige Samen pro Pflanze gebildet.
Aber glücklicherweise hat sich die Myrmekochorie bei vielen Frühblühern durchgesetzt, sonst hätten wir nicht so einen schönen Augenschmaus kurz nach dem Winter.

Bildnachweis:
http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/a/a6/Meat_eater_ant_feeding_on_honey02.jpg http://upload.wikimedia.org/wikipedia/en/d/dc/Monadenium_mafingense_seed_ies.jpg
http://denotaportfolio.blackhydra.com/antSeed.jpg
http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/b/b0/Wald-Veilchen.jpg

Parasiten II - Der Kleine Leberegel

2007-08-03T00:41:00.000-07:00

Es gibt Dinge die unglaublich sind, weil sie so unwahrscheinlich sind. Ein gutes Beispiel dafür ist wohl der kleine Leberegel. Dieser legt einen langen Weg zurück, bis er schließlich zu seinem Endwirt gelangt. Insgesamt drei Mal muss der kleine Leberegel seine Wirte wechseln, bis er an sein Ziel gelangt ist. Wollen wir uns anschauen, wie die lange Reise von Dicrocoelium dendriticum verläuft.

Es ist früh am Morgen irgendwo auf einer grünen Weide. Hier wird in der nächsten Zeit sehr viel passieren. Gerade ist eine Schnecke dabei etwas Grün zu verspeisen. Sie weiss aber nicht, dass sie gerade ein Vorstadium des Kleinen Leberegels, eine Miracidien, mit frisst. Alles passiert ganz schnell, zumindest aus der Sicht der Schnecke. Im Körper der Schnecke angelangt, bilden die Miracidien eine weitere Vorform, die so genannten Cercarien. Diese wandern durch das Darmepithel in die Atemhöhle und verursachen dort einen starken Husten, der nicht eher aufhört, bis die Schnecke einen Schleimbrocken aushustet.

Alles schon vorbei? Nein, jetzt beginnt ein weiterer sehr unglaublicher Schritt. In der Tat sind diese Schleimbrocken für Ameisen eine Delikatesse. Sie fressen sie mit großer Vorliebe und gehen damit einen Schritt in ihren eigenen sicheren Tod. Die Cercarien durchwandern den Verdauungstrakt der Ameisen und gelangen in die Leibeshöhle der Ameise. Hier entwickelt sich aus einer einzigen Cercarie der so genannte Hirnwurm, der gezielt in das Gehirn (genauer zum Unterschlundganglion) wandert.

Es folgt ein Schritt, der kaum zu glauben ist. Sie beißen sich im Hirn fest und bewirken ein neues Verhalten der Ameisen. Diese krabbeln am Abend auf die Spitze eines Grashalmes, um dort bis zum nächsten Morgen auszuharren. Damit die Ameise auch oben bleibt, verursacht der Hirnwurm einen Krampf, der die Ameise veranlasst sich nicht mehr zu bewegen. Passiert nichts, kehrt die Ameise wieder zu ihrem Staat zurück, um sich am Abend erneut auf einen Grashalm zu begeben. Was der Sinn der ganzen Wanderei ist? Nun, zum Glück von unserem Kleinen Leberegel und zum Unglück der Ameise frisst des Morgens ein Schaf oder ein Rind nicht nur frisches Grün, sondern auch die besagte Ameise. Vom Schaf oder von der Kuh ist es zum Menschen nicht mehr so weit. Wie man sich denken kann, wird durch den Verzehr des Fleisches der Leberegel übertragen.

Jetzt ist der kleine Leberegel endlich in seinem Endwirt angekommen. In einem Säuger kann sich nun der kleine Leberegel entwickeln (siehe Bild). Dieser gibt nun wieder Miracidien ab, die über den Kot des Wirtes ausgeschieden werden. Und alles beginnt wieder von vorne. Der Weg ist lang und wirklich unglaublich. Er ist aber wirklich wahr.

Ein weiteres Beispiel für einen unglaublichen Weg vollführt zum Beispiel auch Leucochloridium (Bild links). Dieser gelangt in seinen Endwirt (meist Greifvögel) über Bernsteinschnecken.

Ist Leucochloridium erst einmal in der Schnecke, vermehrt er sich in Massen und wandert in die Fühler der Schnecke. Dort vollführen sie eine pulsierende Bewegung der nun dicken Schneckenfühler. Dieses „Winken“ macht viele Vögel erst richtig aufmerksam und lässt sie glauben einen Wurm vor sich zu haben.

Machen wir es kurz. Schnipp, schnapp, die Fühler ab. Und schon ist der Leucochloridium in seinem Endwirt. Der Weg ist zwar nicht lang, aber dennoch spektakulär.

Eines sei an diesem Punkt angemerkt. Hätte das Schaf die Schnecke gefressen, wäre nichts passiert, denn (wie beim Malariaerreger Plasmodium spec.) der Erreger muss(!) bestimmte Entwicklungsstadien in bestimmten Organismen durchlaufen, sonst ist seine Entwicklung gestört, also abgebrochen.

So unglaublich all das hier genannte auch klingt, es muss effektiv sein, denn sonst hätte es sich in der Evolution nicht durchgesetzt.

Bildnachweis:

http://www.k-state.edu/parasitology/546tutorials/PLATYFIG01.JPG

http://www.uni-bielefeld.de/biologie/Didaktik/Zoologie/html_deutsch/pics/Leucochloridium02.jpg

http://www.ohg-landau.de/ohg/biolk/images/neuroanatomie/schlundganglione.JPG

Süßwasserpolypen - klein, aber mit großen Fähigkeiten

2007-07-31T11:07:00.001-07:00

Als Süsswasserpolypen werden die Arten der Gattung Hydra bezeichnet und sie gehören zum Stamm der Hohltiere. Sie sind kleine, eher unscheinbare Lebewesen und deshalb auf den ersten Blick nicht leicht zu erkennen. Oder findet ihr auf dem obigen Bild ein Tier?

Wenn wir das Foto ein wenig vergrößern, dann kommt folgendes zum Vorschein:
Es sieht aus wie ein kurzer milchig bräunlicher Schlauch, der sich in viele kleine Äste verzweigt. Laien mögen meinen, dass das gar kein Tier ist.

Bei den Ästen handelt es sich um die Tentakeln und der bräunliche Schlauch ist der Körpersack. Dieser haftet mit Hilfe der Fußscheibe an der Unterlage, in diesem Fall an einer Wasserpflanze. Zwischen den Tentakeln befindet sich eine Öffnung, die Mundöffnung. Sie dient sowohl der Nahrungsaufnahme als auch zum Ausscheiden von unverdaulichen Resten.
Die Nahrung der Süßwasserpolypen besteht aus Wasserflöhen, kleinen Krebsen und anderen im Wasser lebenden Tieren, die die Größe der Polypen selbst nicht übertreffen. Bevor es aber zur Aufnahme der Nahrung kommen kann, muss ein passendes Beutetier vorher an eine der langen und dünnen Tentakeln gelangt sein. Die Berührung führt zur Explosion von bestimmten Zellen, die sich in der äußeren Zellschicht befinden. Bei den Zellen handelt es sich um Nesselkapseln (Als Nematocyten bezeichnet).

Es gibt 3 Haupttypen von diesen Zellen, das sind die Durchschlagskapseln, die Wickelkapseln und die Klebkapseln, wobei letzter sich vor allem an der Fusscheibe befinden. Die Durchschlagskapslen sind die schnellsten Zellen überhaupt und reagieren auf mechanische Reize mit einer explosionsartigen Antwort. Ein Nesselfaden wird dabei mit binnen einer Zehntausendstel Sekunde ausgeschleudert und er enthält Gift, welche die Beute oder auch mögliche Angreifer lähmt. Bemerkenswerterweise sind etwa zwei Drittel aller Zellen von Hydra reife bzw. reifende Nesselkapseln.

Ist die Beute einmal fest an einem Tentakel hängen geblieben und kann sich durch das injezierte Gift kaum noch wehren, so wird sie von den Tentakeln in Richtung Mundöffnung gebracht. Von dort gelangt sie in das Innere des Polypen und wird im Körpersack enzymatisch verdaut.

Polypen haben ja keine Beine, sie können sich aber trotzdem fortbewegen. Dies kann auf folgende etwas kuriose Art und Weise geschehen: die Mundöffnung wird auf eine Seite der Fussscheibe an den Untergrund angeheftet, indem der Körpersack sich krümmt. Danach wird die Fussscheibe vom Untergrund gelöst und auf der anderen Seite der Mundöffnung in einiger Entfernung wieder festgeheftet. Schließlich wird die Mundöffnung wieder vom Untergrund gelöst. Damit hat der Polyp einen vollständigen Salto durchgeführt. Dies ist die eine Art der Fortbewegung.

Die andere Art wäre der Fortbewegung einer Raupe ähnlich, wobei hier auch die Mundöffnung etwas entfernt von der Fussscheibe an den Untergrund angeheftet wird, aber die Fussscheibe nicht auf der anderen Seite sondern im kürzerem Abstand zur Mundöffnung wieder an den Untergrund sich festheftet.

Süßwasserpolypen sind in der Lage sich geschlechtlich und ungeschlechtlich fortzupflanzen. Letzteres geschieht dann durch einfache Knospung, wobei sich am Stiel des Mutterpolypen erst eine kleine Beule bildet und daraus sich ein kleiner junger Polyp entwickelt. Auf dem nebenstehenden Foto ist deutlich der junge Polyp in der Mitte des Körpersackes des Mutterpolypen zu erkennen. Es kommt vor, dass der junge Polyp auch im ausgewachsenem Stadium noch auf dem Mutterpolyp sitzen bleibt. Andernfalls bewegt er sich mittels Salto- oder raupenartiger Bewegung fort zu einem eigenen Standort.

Es sollte auch erwähnt werden, dass Süßwasserpolypen eine sehr spezielle Regenerationsfähigkeit besitzen. Ein winziger Teil eines Polypen reicht aus, dass sich daraus ein vollständiger neuer Polyp entwickelt. Das ist durch die sogenannten interstitielle Zellen möglich, das sind Stammzellen mit unbegrenzter Teilungsfähigkeit. Aus diesen Zellen können sich die verschiedenen Zellen (wie z. B. Nerven-, Sinnes-, Keim- und Nesselzellen) bilden, aus denen ein Polyp aufgebaut ist.

Quellen: Zoologievorlesung FSU

Gift ist nicht gleich Gift

2007-07-18T09:02:00.001-07:00

Vielerlei Organismen besitzen besondere chemische Substanzen, die gegen feindliche Angreifer oder auch als Hilfsmittel zum Beutefang dienen sollen. Ob Bakterien, Pilze, Pflanzen oder Tiere, in den verschiedensten Großgruppen sind Vertreter mit den giftigen Substanzen im Einsatz. Dabei wirken sie auch in gewisser Hinsicht für uns Menschen giftig, obwohl die giftstoffproduzierenden Organismen nicht in erster Linie uns abwehren wollen, sondern ihre natürlichen Feinde. Doch auch wir kommen hin und wieder mit den giftigen Substanzen in Kontakt, was zwar in den meistens Fällen harmlos verläuft, aber in anderen auch tödlich enden kann.

Laut dem Arzt und Alchemisten Paracelsus (1493-1541) kann gewissermaßen jeder Stoff ein Gift sein: „Dosis sola Venenum fecit“, übersetzt heißt das: "Allein die Dosis macht das Gift". Das wird einem sehr deutlich, wenn man sich überlegt, dass zum Beispiel Vitamine und Mineralsalze für uns zwar lebensnotwendig sind, aber in zu hohen Dosen auch zum Tod führen können. Dabei hat jeder Organismus seinen eigenen Bereich, ab welcher Menge ein Stoff giftig für ihn wirkt.

Allgemein definieren wir nun Gift als toxisches (giftiges) Gemisch von verschiedenen Naturstoffen, die oberhalb einer bestimmten Dosis eine lebensbedrohliche Wirkung im Organismus hervorrufen. Es gibt außerdem noch die toxischen Reinsubstanzen. Sie werden auch als Toxine bezeichnet.

Der heute bekannte toxischste Naturstoff ist das Botulinustoxin aus dem Bakterium Clostridium botulinum. Es verursacht Lebensmittelvergiftungen vor allem durch das Befallen von Fleischkonserven. Ein kleiner Vergleich soll zeigen, wie giftig das Botulistoxin ist: Einmal Melken einer Cobra bringt soviel Gift um 100 Menschen zu töten, das Botulinustoxin ist mehr als 1.000 mal toxischer als das Cobratoxin...

Ein gutes Beispiel für eine Pflanze, die ihre Samen vor Frass schützt, ist der Wunderbaum Ricinus communis. Die Samen enthalten Ricin, ein äußerst giftiges Proteintoxin. Bei versehentlichem Verzehr kommt es zur Zerstörung von roten Blutkörperchen. Beim Menschen reicht meist (je nach Alter und Verfassung) ein Samenkorn aus, um ihn zu töten.

Jeder kennt den Fliegenpilz mit seinem roten Hut und den weißen Punkten darauf. Er ist bekannterweise giftig, aber der nahe Verwandte grüne Knollenblätterpilz Amanita phalloides hat eine noch giftigere Wirkung. Er enthält das ringförmige Peptid Amanitin.
Beim Verzehr des Knollenblätterpilzes führt das Peptid zu Nieren- sowie Leberversagen und nicht selten schließlich zum Tod, obwohl der Pilz auch gleichzeitig das Gegengift enthält. Dies ist aber in so geringer Konzentration vorhanden, dass es sich letztlich nicht bemerkbar macht.

Auch unsere fleissigen Honigbienen benutzen ein Gift zur Abwehr. Es beinhaltet das Toxin Melittin und bei dem gestochenen Opfer schädigt es die Zellmembranen im Einstichbereich. Die Bienen setzen das Gift nicht zur eigenen Abwehr ein, denn bei einem Stich wird ihr Stachel regelrecht abgerissen und sie sterben deshalb nach kurzer Zeit. Viel mehr wird dadurch ihr eigenes Bienenvolk geschützt, wenn der Angreifer durch den Gifteinsatz abgewehrt werden konnte.

Klar ist es von Vorteil, wenn ein Organismus Gift gegen seine Feinde einsetzen kann, nur bringt die Herstellung auch einen gewissen Kostenaufwand (Kosten in Form von Energie) mit sich. Das heisst, nur wenn der Vorteil vom Gifteinsatz die Kosten für die Herstellung auch deckt, bringt es den Giftstoff produzierenden Organismen insgesamt einen Vorteil.

Bildnachweise:
http://de.wikipedia.org/wiki/Bild:Castor_beans.jpg
http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/9/9b/Paracelsus01.jpg
http://de.wikipedia.org/wiki/Bild:Amanita_phalloides_1.JPG
www.sxc.hu

Auf dem Prüfstand

2007-06-26T13:57:00.000-07:00

Ihr habt euch sicher gewundert das bei Wunderwelt Leben schon so lange nichts neues zu lesen ist. Der Grund: die Autoren befinden sich gerade auf dem universitären Prüfstand.
Das wird noch drei Wochen so bleiben und dann werden wir sehen, ob das Lernen sich auszahlt.
Bis dahin hoffen wir, das ihr uns treu bleibt. Denn dann gibt es wieder spannende Themen, wie zum Bespiel "Was ist Altern?".
Falls euch auch Prüfungen bevorstehen, wünschen wir euch viel Erfolg. Allen anderen eine schöne Zeit.
Und nicht vergessen: Das Leben ist wunderbar.

Quelle: http://psychology.unlv.edu/assets/images/Psychology4a.jpg

Im Anfang war ... ? - Die RNA-Welt-Hypothese

2007-05-22T04:10:00.000-07:00

Was war am Anfang allen Lebens? Was kodierte die Baupläne der ersten Organismen? War es die wohl bekannteste chemische Verbindung Desoxyribonukleinsäure (kurz DNA), oder die im Allgemeinen weniger bekannte Ribonukleinsäure (auch RNA)? Schon lange ranken sich wilde Hypothesen um dieses Thema, werden erbitterte Diskussionen geführt.

Es gibt zwei Lager, in die man die meisten Wissenschaftler einsortieren kann. Die, die davon überzeugt sind, dass die DNA am Anfang stand, und die, die meinen, dass alles mit der RNA begonnen haben muss. Was trennt die beiden Ansichten so grundlegend? Wie sind die verschiedenen Argumentationen?

Schauen wir uns zunächst an, wie es überhaupt zu dieser Diskussion gekommen ist. Denn die Frage, was speicherte als erstes die genetischen Informationen für Lebewesen, geht schon viele Jahrhunderte zurück. Als genetische Information verstehen wir heute die DNA, die als Grundlage für alle Vorgänge in Lebewesen verantwortlich ist. Sie trägt die Informationen über, Form und Gestalt, des Organismus, dessen Organe(-llen), seine Lebensweise, und so weiter. Und dafür hatte man drei Stoffe in Betracht gezogen: die vielfältigen Proteine, die DNA und die RNA.

Proteine können sich nicht replizieren. Das heißt, sie können sich selbst nicht vermehren. Wenn das niemand anderes „übernehmen“ würde, gäbe es Proteine nicht mehr lange. Sie werden, wie wir heute wissen, über den Weg DNA à RNA à Protein gebildet. Auch wenn sie sich selbst nicht replizieren können, so haben sie dennoch eine wichtige Funktion: sie können Reaktionen katalysieren. Dies ist eine sehr wichtige Eigenschaft. Denn ohne Katalysatoren, die Reaktionen um ein Vielfaches beschleunigen, wäre Leben nicht möglich. Reaktionen, die mit Enzymen in wenigen Bruchteilen einer Sekunde geschehen, würden ohne Katalysatoren oft Jahrzehnte benötigen. Es ist dennoch eher unwahrscheinlich, dass diese, zwar mannigfaltigen, Moleküle die genetische Information der ersten Organismen getragen haben. Es wäre in diesem Fall ein System notwendig gewesen, das sich parallel zu den Proteinen zu deren Vermehrung entwickelt hätte. Das ist eher unwahrscheinlich.

Proteine============DNA===============RNA
Katalytisch==========Nicht katalytisch====Katalytisch
Nicht replizierend===Replizierend========Replizierend

Bevor man die Rolle der DNA in Zellen erkannte, wurde sie als eher langweiliges Molekül gesehen. Auch wenn die DNA heute fast (1) alle wichtigen Informationen trägt, kehrt man zu der Ansicht zurück: die DNA sei ein passiver Datenträger. Zu der Ansicht gelangte man, weil DNA sich selbst zwar replizieren kann, eine sehr wichtige Eigenschaft, die für Ursprünglichkeit spricht, aber nicht katalytisch wirkt. Reaktionen würden also unendlich langsam ablaufen, wenn es kein enzymatisches System gäbe.

Die RNA bringt dagegen alle erforderlichen Kriterien mit. Sie kann sich selbst replizieren und wirkt dazu auch noch katalytisch. Wie vor nicht all zu langer Zeit erst festgestellt wurde, gibt es eine sehr große Vielfalt an RNA. Ist sie also der Schlüssel zu allem? War sie der erste Datenträger der Urorganismen? Die Frage wird vielleicht nie befriedigend geklärt werden. Denn ist es nicht genauso unwahrscheinlich, wie die oben angeführten Punkte, dass sich ein Molekül entwickelt hat, dass sowohl Katalysieren, als auch Replizieren kann?

Es gibt viele Dinge, die wir vielleicht nie beantworten können. Das ist die Bürde der Wissenschaft.

Anhang:

(1) – Ausgenommen sind die Gene verschiedener Organellen, wie Chloroplasten und Mitochondrien. Man geht davon aus, dass diese über Endosymbiose in die Zellen gelangten und früher eigenständige Organismen waren. Sie besitzen, wie die ersten Organismen, keinen Zellkern, sondern tragen ihre Erbinformationen einfach in ihrem Inneren.

Bildernachweis:
http://www.sxc.hu/pic/m/b/be/bewinca/791239_blue_waves.jpg

Wenns mal wieder länger dauert - Eintagsfliegen

2007-05-08T14:01:00.000-07:00

Der 30-jährige Krieg dauerte 30 Jahre. Ein Sekundenschlaf nur wenige Sekunden. Und Eintagsfliegen leben nur einen Tag. So einfach ... ist das nun aber auch nicht. Es ist schon etwas an diesem einen Tag dran, doch es ist nur die halbe Wahrheit. Die Eintagsfliege (auf Schlau: Ephemeroptera sp.) ist mit 70 Arten in ganz Mitteleuropa vertreten. An vielen Orten waren einst die Eintagsfliegenschwärme ein schaurig schönes Schauspiel. Doch zunehmend machen den kleinen Fliegern vor allem die Gewässerverschmutzung zu schaffen. Das hat ökologische Konsequenzen, wie wir später noch sehen werden. Doch zurück zu unserer Frage: Wie lange lebt eine Eintagsfliege?

Das ist in der Tat sehr verschieden. Je nach Art schwanken die Lebensspannen beträchtlich. So dauert die Eireifung nach der Eiablage zwischen einer Woche und einem Jahr (unter anderem auch abhängig von der Wassertemperatur). Danach schlüpft eine Larve. Sie wird auch als Nymphenlarve bezeichnet, da sie keine eigenen Larvalmerkmale besitzt. Sie lebt aquatisch und besitzt Tracheenkiemen. Sie wächst und häutet sich und wächst weiter. So können zwischen zehn bis 50 Larvalstadien auftreten. Das wiederum kann drei Wochen oder aber auch drei Jahre dauern. Spätestens hier wird klar, dass das Leben einer Eintagsfliege (zumindest ihrer Larve) relativ lang ist.

Nach einer artspezfischen Dauer von vier Wochen bis zu vier Jahren erfolgt etwas, das einem Wunder gleich kommt. Hochsynchronisiert schlüpfen hunderte, ja tausende Eintagsfliegen aus ihrer letzten Exuvie (Häutungshemd nach jeder Häutung) für dieses Leben. Und dann steigen sie empor. Damen und Herren, der Paarungstanz hat begonnen. Alle männlichen Eintagsfliegen steigen auf und ab. Und während sie ihren vertikalen Flug durchführen, fliegen ihre Partnerinnen horizontal immer hin und her. Dabei treffen sich zufällig Pärchen, die sofort korpulieren. Die Männchen fliegen weiter. Die Weibchen werfen entweder die Eier ab, oder tupfen sie auf der Wasseroberfläche ab und fliegen ebenfalls weiter.

Der Tanz dauert einen ganzen Tag und er endet, wenn alle Energiereserven aufgebraucht und die Fliegen zu tode erschöpft zu Boden fallen. Eine halbe Ewigkeit haben sie nur auf diesen Tag hingefuttert und Fettreserven angelegt. Jedes Weibchen hat im Schnitt 1000 bis 12000 Eier gelegt. Die biologische Aufgabe wurde erfüllt. Jetzt wächst eine neue Generation heran.

Diese weiß noch nicht, dass ihre Eltern gerade als leckere Proteinhäppchen für Fische, Frösche, etc. dienen. Und auch sie werden es vermutlich nicht erfahren. Sie werden Wochen und Jahre brauchen, bis der Tag kommt, der ihnen ihren Namen verlieh: ein einziger Tag.

Es ist nicht alles, wie wir es sehen. So viel passiert, von dem wir gar nicht wissen, dass es es gibt. Wir sollten vorsichtiger mit unseren Schlüssen aus Beobachtungen sein.

Bildnachweis:
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X gegen Y - Ausgleichende Gerechtigkeit?

2007-04-23T09:15:00.000-07:00

Rot-Grün-Sehschwäche, Bluterkrankheit und noch einige weitere Leiden treten zumeist nur bei Männern auf. Der Grund: der Defekt liegt auf dem X Gonosom (geschlechtsdeterminierendes Chromosom). Das zweite verkümmerte X Chromosom (wegen seiner Form als Y Chromosom bezeichnet) kann diesen Gedendefekt nicht ausgleichen. Eine Frau kann also Träger der oben genannten Erbkrankheiten sein, doch nur in den seltensten Fällen (Gendefekt auf beiden X Chromosomen) tritt die Krankheit auch ein.

Sind Frauen nun Männern überlegen? Es ist schon so, dass Gendekfekte, die durch Mutagene, wie UV-Strahlung, Nikotin, Röntgenstrahlung und weitere, ausgelöst werden, können durch das zweite X-Chromosom in einigen Fällen ausgeglichen werden. Doch das ist eher die Außnahme, als die Regel. Denn eines der beiden X Chromosomen der Frauen liegt als so genanntes Heterochromatin vor. Das heißt, dass es nicht vollkommen dekondensiert, also sehr stark gefaltet ist. Es liegt die meiste Zeit als eng gewundenes Chromatin vor, von dem keine Informationen abgelesen werden können. Während Männer nur noch ein verkümmertes Y Chromosom besitzen, können Frauen jeweils ein X Chromosom pro Zelle kaum, bzw. gar nicht, nutzen.

Bildnachweis
http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/f/f2/Karyotype_color_chromosomes_white_background.png/800px-Karyotype_color_chromosomes_white_background.png

Perfekte Flieger und Scheibenkollisionen - von Libellen und Stubenfliegen

2007-04-19T23:30:00.000-07:00

Sie schwebt über dem Wasser und scheint auf etwas zu warten. Dann schnellt sie hoch, vollführt mehrere schnelle Drehbewegungen in der Luft und, kaum sichtbar, hat sie ein anderes Insekt gefangen.

Diesen Jagderfolg verdankt die Libelle (oben Gefleckte Heidelibelle - Sympetrum flaveolum) vor allem den überaus präzisen Flugmanövern. Odonata gehören zur Gruppe der Pterigota, also zur Gruppe der geflügelten Insekten. In diese Gruppe gehört auch die gemeine Stubenfliege (Musca domestica), doch wer kennt nicht das knallende Geräusch, wenn immer Sommer wieder die eine oder andere gegen unsere Fensterscheiben fliegen. Den Stubenfliegen ist es nicht vergönnt, auf der Stelle schweben zu können, wie den Libellen. Sie können nicht einfach das Fenster absuchen und nach einer Öffnung Ausschau halten. Doch was unterscheidet die beiden so sehr?

Man ist schnell dabei zu sagen: Libellen haben vier und Stubenfliegen nur zwei Flügel.
Das stimmt so nur zum Teil. Tatsächlich haben Stubenfliegen ebenfalls vier Flügelanlagen, nur dass links und rechts jeweils ein Flügel zurück gebildet ist und ein so genanntes Schwingkölbchen bilden. Diese dienen der Flugstabilisierung. Weil also nur zwei Flügel zum Einsatz kommen, werden Stubenfliegen auch in die Gruppe der Zweiflügler (Diptera) eingeordnet.

Aber das ist nicht ganz der Grund, für das unterschiedliche Flugverhalten. Es liegt am inneren Aufbau der beiden Flieger.

Die Stubenfliege besitz lediglich über eine indirekte Flugmuskulatur. Das heißt, dass ihre Muskeln ventral (Bauchseite) ansetzen und sich dann nach dorsal (Rücken) ziehen. Beim Kontrahieren und Entspannen der Muskeln, wird der gesamte Mesothorax (mittlerer Körperabschnitt) abgeflacht und wieder ausgedehnt. Dabei bewegen sich die Flügel mit. Das ist schon alles. Durch diese indirekten Muskelansätze können die Flügel nur in ihrer Gesamtheit angesprochen werden.
Bei Libellen ist es etwas anders. Hier setzen die Muskeln ebenfalls ventral an, ziehen dann aber dorsal jeweils zu einem Flügel. Diese Art von Muskulatur wird als direkte Muskulatur bezeichnet. Die Libelle ist also befähigt jeden Flügel einzeln zu drehen, zu schwenken und unabhängig von allen anderen zu bewegen. Das ermöglicht ihr eine unglaubliche Genauigkeit bei ihren Kunstflügen. Das macht den Unterschied.

Egal, wie gut oder schlecht Insekten fliegen können, haben sie uns doch diese Eigentschaft voraus: sie können sich vom Erdboden lösen - ohne Hilfsmittel.

Literaturhinweise:
- Schwingkölbchen
Bildnachweis:
- http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/0/03/Sympetrum_flaveolum_-_side_%28aka%29.jpg
- http://upload.wikimedia.org/wikipedia/de/thumb/5/59/IMG_0406.jpg/800px-IMG_0406.jpg licenses

Grüne Liebe - Sexualität im Pflanzenreich

2007-03-21T14:15:00.000-07:00

„Was? Sex im Pflanzenreich? So etwas gibt es doch gar nicht!“ - Das werden sich vielleicht einige denken. Doch Sex ist nicht nur den Tieren vorenthalten, sondern ist auch unter den Pflanzen und den Pilzen sowie unter den Bakterien weit verbreitet. Per Definition ist unter sexueller Fortpflanzung alles zusammengefasst, was durch meiotische Abläufe hervorgegangen ist, also durch Meiose (1).

Carl Linné (2) hat den Pflanzen menschliche Liebesbedürfnisse zugeschrieben:
„Sogar die Pflanzen werden von Liebe erfasst … Männer und Frauen … vollziehen die Ehe … zeigen durch ihre Geschlechtsorgane, wer männlich und wer weiblich ist. Die Blütenblätter dienen als Brautbett, welches der Schöpfer so großartig angeordnet hat, so üppig geschmückt mit edlen Bettvorhängen, parfümiert mit so süßen Düften, dass der Bräutigam und die Braut hier ihre Hochzeitsnacht mit umso größerer Erhabenheit feiern können.“ [1]

1790 wurde von Christian Konrad Sprengel etwas auf den ersten Blick eigenartiges entdeckt: „Die Natur scheint es nicht haben zu wollen, dass eine Blüte von ihrem eigenen Staube befruchtet würde“ [2]

Aber wieso? Ist es nicht einfacher auf die aufwendigen und farbenprächtigen Strukturen zu verzichten und seine Energie lieber in etwas Sinnvolleres zu stecken, indem die Pflanzen sich einfach alle selbstbestäuben? - Das mag auf den ersten Blick vielleicht stimmen, doch Sexualität durch Fremdbestäubung bringt qualitative Vielfalt hervor, wenn man bedenkt, dass alle Nachkommen einer selbstbestäubenden Pflanze im Grunde genommen das gleiche Erbmaterial und demzufolge auch dieselben Merkmale besitzen, also ein Klon sind. Diese Klone könnten zum Beispiel Gendefekten nichts entgegensetzen. Ihre Gene würden unter Umständen immer weiter verkümmern.

Selbstbestäubung kann durch verschiedene Mechanismen vermieden werden. Eine Möglichkeit ist, dass die Pflanzen einer Art jeweils nur rein männliche und nur rein weibliche Pflanzen ausbilden. Man sagt, dass die Art zweihäusig ist. Männliche Strukturen sind dabei nur an den Pollenpflanzen und weibliche nur an den Eizellenpflanzen zu finden.
Eine weitere Möglichkeit ist die Selbstinkompatibilität, wobei es zu keiner Befruchtung der Eizelle kommt, wenn das Pollenkorn von derselben Pflanze stammt.
Die letzte Methode zur Vermeidung der Selbstbestäubung, die hier angesprochen werden soll, ist durchaus einfach, aber auch effektiv. Sind beispielsweise die Pollensäcke (männliche Strukturen) reif, dann sind die Fruchtknoten (weibliche Strukturen) noch nicht empfänglich. Letztere werden erst zu einem späterem Zeitpunkt reif, wenn die zugehörigen Pollensäcke bereits die Pollenkörner verbreitet haben. Möglich ist auch, dass erst die weiblichen Strukturen reif sind und dann die männlichen.

Somit keimt in die Fruchtknoten meist nur Pollen von anderen Pflanzen aus, womit eine genetische Vielfalt der Nachkommen gesichert ist. Die Merkmale der Elterngenerationen werden neukombiniert und es entstehen neue Phänotypen. Erst durch diese genetische Vielfalt kann die Selektion erfolgreich ansetzen. Dabei werden diejenigen Pflanzen mit den benachteiligten Eigenschaften meist durch die Pflanzen auskonkurriert, die Merkmale besitzen, welche in den jeweiligen vorherrschenden Bedingungen Vorteile bringen.

Nun ist es noch von großem Vorteil, wenn möglichst diejenigen Pollenkörner auf die Narbe treffen, die von der gleichen Pflanzenart kommen, denn artfremde sind meist nicht kompatibel.
Das Auffinden potentieller Sexualpartner im Pflanzenreich ist etwas komplizierter als bei den Tieren, denn Pflanzen können sich in der Regel nicht fortbewegen, haben keine Auge und auch keine Ohren um auf Reize eines Partners „aufmerksam“ zu werden. Deshalb sind sie auf die Hilfe von Tieren, Wasser oder Wind angewiesen.

Erfolgt die Fremdbestäubung durch Wind, spricht man von der Anemogamie (griechisch: anemos = Wind) bzw. Anemophilie (griechisch: philos = der Freund), also der „Freundschaft mit dem Wind“. Dabei werden die Pollen durch den Wind transportiert und fallen nur durch Zufall auf eine Narbe. Damit die Wahrscheinlichkeit trotzdem groß ist, dass dieses Ereignis auch eintritt, wird eine reichliche Menge an kleinen Pollen produziert und die Empfängernarben sind groß und exponiert. Die Süßgräser (nebenan im Bild) sind ein typisches Beispiel für die Anemophilie.

Bei der Hydrogamie oder -philie (griechisch: hydros = Wasser) handelt es sich, wenn die Fremdbestäubung durch das Transportmedium Wasser erfolgt. Die Pollenkörner sind meist extrem vergrößert und sie schwimmen entweder oberhalb, auf oder unterhalb der Wasseroberfläche. Durch Verklumpen entstehen oft Pollenverbände, die so lange umher treiben bis sie z. B. auf die langen Narben von zum Beispiel Wasserpflanzen (nebenan Drachenwurz) treffen.

Die meisten Pflanzen mit prachtvollen, wohlduftenden und farbenfrohen Blüten werden durch Tiere (meist Insekten oder manchmal auch durch Vögel) bestäubt. Als Belohnung für ihre Dienste bzw. zur Anlockung dienen Nektar, Pollen oder Schutz. Durch die Farb- und Duftmale wird der Weg zum Nektar gezeigt. Später, wenn die Narbe bereits bestäubt wurde, wird die Blütenfarbe abgebaut, was gleich bedeutet, dass kein Nektar mehr zu holen ist. Durch spezialisierte Blütenformen wird erreicht, dass nur bestimmt Tiere die Pflanzenblüte erreichen und den Nektar aufsammeln. Dadurch bleibt Pollen an den Beinen oder auf dem Rücken hängen und die nächste angesteuerte Blüte ist von derselben Art und wird mit dem Pollen der vorhergehenden Blüte bestäubt.

Was allen Blütenpflanzen gemeinsam ist, egal ob selbst- oder fremdbestäubt, dass nach der Bestäubung ein Pollenschlauch durch den Griffel bis zum Fruchtknoten wächst. Dieser entlässt Kerne in die weibliche Eizelle. Nach der Verschmelzung entsteht die Zygote, woraus sich nach einiger Zeit der Vorkeim und später eine neue Pflanze entwickelt.

Anhang:

(1) Näheres zur Meiose unter: http://de.wikipedia.org/wiki/Meiose

Quellen:

[1] Bill Bryson 2005: „Eine kurze Geschichte von fast allem“
[2] C. K. Sprengel 1793: „Das entdeckte Geheimnis der Natur im Bau und in der
Befruchtung der Blumen“

Bilderverzeichnis:
http://upload.wikimedia.org/wikipedia/de/thumb/a/a9/Lilie05.jpg/800px-Lilie05.jpg

Zwischenwirt in Gefahr

2007-03-18T11:21:00.000-07:00

Sie sind nur auf der Durchreise, bleiben einige Zeit und gehen dann wieder weiter. Meist lassen sie ein Schlachtfeld zurück. Von wem die Rede ist? Von Parasiten. Diese sind auf einen Wirt angewiesen, von dem sie Stoffwechsel- produkte bekommen und in dem sie sich vermehren können. Doch viele Parasiten gehen nicht den direkten Weg von Wirt zu Wirt. Sie brauchen einen, oder sogar mehrere Zwischenwirte um dann zu ihrem Endwirt zu gelangen. Das hängt mit bestimmten Umwandlungsprozessen zusammen, die sie nur in den Zwischenwirten vollziehen können. Bei dem Malariaerreger Plasmodium falciparum zum Beispiel ist der Mensch der Zwischenwirt, in dem sich vorstufen von Geschlechtszellen bilden. Im Endwirt hält sich der Erreger den Großteil seines Lebens auf. Ihn gilt es nicht zu schädigen, denn wenn er stirbt, dann ist auch die Lebensgrundlage für den Parasiten verloren. Anders bei Zwischenwirten. Hier spielt es keine Rolle, ob er den Einfall des Parasiten überlebt, solange dieser nur wieder weiter kann. Zwischenwirte, seid auf der Hut!

Bildverzeichnis: http://static.sxc.hu/m/mo/mooncat/724011_58565531.jpg

Parasiten I: Malaria

2007-03-18T10:38:00.000-07:00

Schlimmer noch als manch Krieg waren schon immer Krankheiten, Seuchen und Epidemien. Neben der Spanischen Grippe der neuen Zeit, die etwa 25Millionen Menschen zwischen 1918 und 1920 in Europa das Leben kostete, gab es auch in der Antike eine Krankheit, die immer wieder Tausende in den Tod riss.

Im alten Rom hatte man der Erkrankung den Namen Malaria gegeben. Das Wort setzt sich aus dem Altitalienischen Wort mala, für schlecht, und aria, für Luft, also schlechter Luft, zusammen. Denn sowohl Gelehrte als auch Mediziner gingen davon aus, dass diese todbringende Krankheit von schlechter, also unsauberer Luft verursacht wird. Das ist verständlich, da ein verschwitzter, kranker, geschwächt und ungewaschener Körper garantiert nicht nach Frühling duftet. In unseren Gefilden hat sich eine andere Bezeichnung durchgesetzt. Man spricht hier von dem Schwarzwasserfieber. Die Krankheit wurde danach nicht nach den Umständen des Erkrankens, sondern nach einem bestimmten Symptom benannt. Denn Malaria führt zum Absterben von roten Blutkörperchen. Diese werden dann über den Urin, der somit eine schwarzrote Färbung bekommt, ausgeschieden.

Was ist nun eigentlich Malaria? Die Krankheit wird von einem Errerger (Plasmodium sp.) ausgelöst, der in die Großgruppe der Alveolata gehört (siehe Kladogramm). Dieser wird auch als Blutparasit bezeichnet, weil er von und im Blut verschiedener Organismen lebt. Sein Lebensraum sind also wässrige Lösungen, also auch Speichel. Es gibt insgesamt vier Arten des Malariaerregers, die Menschen töten können. Sie werden darum auch als Humanpathogene bezeichnet. Diese sind: Plasmodium vivax, Plasmodium ovale, Plasmodium malariae, Plasmodium falciparum (Schwarzwasserfieber).

Diese vier lösen unterschiedliche Symptome aus. Am auffälligsten sind die Fieberwellen, die Malariaerkrankte erleiden müssen. Sie folgen in periodischen Abständen zwischen drei und vier Tagen (also 72 bzw. 96 Stunden). Daraus ergeben sich die folgenden Krankheitsbezeichnungen:

P. vivax und P. ovale verursachen die Malaria tertiana,

P. malariae verursacht Malaria quartana und

P. falciparum verursacht die Malaria tropica (typische Afrikaerkrankung).

Alle vier lösen im menschlichen Körper einen Mechanismus aus (auf den wir später noch zu sprechen kommen), der tödlich enden kann. Weil es Malaria schon seit vielen Millionen Jahren (1) (s. Anhang) gibt und insgesamt wohl schon 45Millionen Menschen das Leben gekostet haben soll, wird sie auch als Geißel der Menschheit bezeichnet (2). 45% der gesamten Menschheit ist permanent von Malaria bedroht. Derzeit sind etwa 300Millionen Menschen infiziert. Davon leben zirka 90% in Afrika. Gerade Afrika bereitet die Krankheit große Probleme. Die Welt-Gesundheits-Organisation (WHO) gibt an, dass das Bruttoinlandsprodukt Afrikas ohne Malaria um 100Mrd. Dollar größer wäre als bisher.

Doch, wenn heute so viele Menschen an Malaria versterben, warum sind dann nicht auch unsere Vorfahren vor tausenden Jahren schon ausgestorben? Das liegt ganz einfach daran, dass sich der Vektor, die Anopheles Mücke, (als Vektor wird ein Krankheitsüberträger bezeichnet) erst in jüngster Zeit rasend schnell in viele Arten aufgeteilt hat, z.B. Anopheles gambiae. Daran ist der Mensch nicht ganz unschuldig. Er ist in gewisser Weise für diese Diversität verantwortlich. Denn Mücken legen ihre Eier in z.B. kleinen Pfützen. Diese können in unmittelbarer menschlicher Nähe auch auf Flachdächern, in umgedrehten Radkappen, oder Mülleimerdeckeln entstehen.

Der Mensch versuchte den kleinen Plagegeistern Herr zu werden. Der bekannteste und größte, zugleich aber auch erfolglose, Einsatz des Giftes DDT (Dichlordiphenyltrichlorethan) tötete zwar einen Teil der Anophelespopulationen (rechts eine Haus nach DDT-Anwendung), brachte im selben Zug aber auch DDT-resistente Stämme hervor. Es war nicht möglich, den Vektor der Malaria auszuschalten. Der einzige Weg, der sich dann noch bot, war den Erreger zu vernichten. Denn je weniger sich an der Krankheit infizieren, desto weniger Mücken saugen infiziertes Blut auf und umso weniger werden dann weitere Menschen infiziert. Dadurch wäre es theoretisch möglich die Malaria auszulöschen. Dann würde Plasmodium ein wichtiger Zwischenwirt fehlen und seine Vermehrung käme zum Erliegen. Aber was passiert eigentlich genau im Körper?

Plasmodium ist also wirtsspezifisch. Damit hier keine Verwirrung aufkommt: der Wirt ist nicht der Mensch, sondern die Anophelesmücke. Der Mensch dient lediglich als Zwischenwirt.

Alles beginnt mit einem Stich einer weiblichen Anophelesmücke. Warum das so genau eingegrenzt werden kann, ist einfach zu beantworten. Zum einen stechen nur die weiblichen Mücken, weil sie das Blut für ihren Nachwuchs benötigen und zum anderen ist Plasmodium, wie schon gesagt wirtsspezfisch. Der Mensch dient dem Erreger dabei als Zwischenwirt. Mit dem Stich beginnt ein Kreislauf, der sich in 10 Teilschritte unterteilen lässt (s. Kreislauf nebenan):

Über den Speichel der Mücke werden zwischen 10 und 100 Sporozoiten in den Blutkreislauf eingeschleust. Über das Blut gelangen die Sporozoiten in die Leber. Auf ihrem Weg verstecken sie sich erfolgreich vor der körpereigenen Immunabwehr.
Nach 30Minuten ist kein Sporozoit im Blut mehr nachweisbar. In den Leber-, oder in Endothelzellen (Lebergefäß- wandzellen) verwandeln sich die Sporozoiten zu Hypnozoiten, also "Schläfer"zellen). Diese tun nichts weiter, als warten. Nach einer bestimmten Ruhephase haben sich dann aus den Hypnozoiten Merozoiten gebildet (etwa 2^13 - 2^15 Stück). Da diese Teilungsphase (schizogen) in der Leber statt findet, wird der Prozess auch als endohistocytäre Schizogonie bezeichnet.
Die Exposition der Merozoiten im Blut ist nur sehr kurz. Denn alle Merozoiten werden zum selben Zeitpunkt aus den Leberzellen abgegeben und in den Blutkreislauf geschickt. Dort dringen sie in Blutkörperchen (den Erythrocyten) ein. Mit diesem Schritt lassen sie die Leber hinter sich. Sie werden die Leber nicht noch einmal befallen. Sie gelangen in die nächste Phase, bei der sie sich wieder ungeschlechtlich vermehren (wieder schizogen). Da er im Blut stattfindet, heißt er erythrocytäre Schizogonie.
In den Erythrocyten angelangt (siehe Mikroskopbild nebenan), wächst der Merozoit und teilt sich dann in 10 bis 20 neue Merozoiten. Diese nehmen soviel Raum ein, dass der Erythrocyt einfach platzt. Die freiwerdenden Merozoiten befallen sofort die nächsten Erythrocyten.
Dieser Kreislauf setzt sich vier Mal fort, bis er überhaupt von der Immunabwehr erkannt wird. Erst ab dem fünften Zyklus greift der Körper ein. Doch es gibt nicht viele Möglichkeiten der Abwehr. Um es ketzerisch auszudrücken: Der Körper räumt nur noch die Scherben auf und sieht zu. Denn, wie gesagt, die Merozoiten sind schnell und sie tarnen sich mit Plasmodium-Antigenen, dem so genanntem "smoke screen". Diese "beschäftigen" die Immunabwehr, während die echten Merozoiten schon in den nächsten Erythrocyten eindringt. Der Vorgang wird auch als "Umsteigen" bezeichnet. Hier sind wir nun an dem Punkt, der die Malaria ausmacht: dem Fieber. Der Körper findet in seinem Blut eine Menge toter Blutzellen. Die muss er beseitigen. Durch die Erhöhung der Körpertemperatur verklumpen die toten Zellen und können aus dem Blut gefiltert werden. Da die Merozoiten eine bestimmte Zeit brauchen, um sich zu teilen, bis die Blutkörperchen wieder platzen, darum entstehen die o.g. Fieberwellen. Sie sind nur die wehrlose, unter Umständen tödliche (3) Antwort des eigenen Körpers.
Der Malariaerreger erzeugt einen "stabilen Befall", was nichts anderes heißt, als dass die verschieden Erregerarten nur einen bestimmten Anteil des Blutes befallen. So wird zum Beispiel eine Grenze von 10% befallener Zellen nicht überschritten. Ist dieser stabile Zustand erreicht, bilden sich Gamonten (Vorformen von Geschlechtszellen). Und dann gibt es für sie nur noch zwei Wege. Entweder sie sterben ab oder aus ihnen entwickeln sich Makro- und Mikrogamonten, die frei im Blut treiben und durch einen erneuten Stich einer Mücke wieder aufgenommen werden.
Sollte der letzte Schritt eintreten, dann gelangen die Gamonten in den Darm der Mücke, in sie innerhalb von 20Minuten zu Gameten werden. Wir befinden uns nun in der (geschlechtlichen) Gametangiogonie. Aus den großen Makrogameten werden je eine Makrogametocyten (w) und aus den Mikrogameten etwa 8 Mikrogametocyten (m).
Es kommt dann zur sofortigen Befruchtung und zur Verschmelzung zur Zygote. Die wiederum ist keine gewöhnliche Zygote, denn sie ist eine Wanderzygote (auch Ookynet genannt). Wie es der Name schon sagt, sie hält es nicht lange an ihrem Ort im Darm. Sie setzt sich zwischen Darm- und Muskelschicht ab und gelangt in die nächste Phase.
Da es jetzt nur zur Vermehrung und nicht zur Rekombination kommt, sind wir also in der ungeschlechtlichen Sporogonie. Aus dem einen Ookinet entstehen nun 4000Sporozoiten
die ihrerseits in die Speicheldrüsen der Anophelesmücke wandern und bei einem nächsten Stich einen neuen Zwischenwirt infizieren. Damit ist der Kreislauf geschlossen.

Wenn man bedenkt, dass wir hier immer nur von Einzellern gesprochen haben. (4) Wahnsinn!

Anhang

(1) Hierbei ist ein Gedanke zu beachten: Ein Parasit kann nicht älter als sein Wirt sein. Das ergibt sich aus einer logischen Überlegung. Parasiten sind, wenn auch nicht immer wirtsspezifisch, so doch immer wirtsabhängig. Ihnen fehlen bestimmte Überlebensstrategien, die sie allerdings von ihrem Wirt nutzen können. So haben viele bakterielle Parasiten nur sehr wenig DNA. Das liegt daran, weil sie kaum einen Stoffwechsel haben, denn die meisten Stoffe können sie von ihrem Wirt beziehen. Ein anderes Beispiel wäre der Verdunstungsschutz. Bandwürmer haben zum Beispiel der Verdunstung kaum etwas entgegen zu setzen. In der Sonne liegend würden sie einfach vertrocknen. Da sie ihre Wirte aber nur selten verlassen, die Wirte jedoch einen Verdunstungsschutz besitzen, brauchen sie sich darum also nicht zu sorgen. Wir sehen also, dass Parasiten auf ihren Wirt angewiesen sind. Und wenn es keinen Wirt gegeben hat, dann kann es den Parasiten auch nicht gegeben haben. Freilich ist es möglich, dass sich ein Parasit (evolutionär) mit einem Wirt entwickelt und auf verschieden Arten aufgeteilt hat.

(2) Die Malaria ist nicht länger die Krankheit, an der die meisten Menschen auf der Welt gestorben sind. Mittlerweile hat AIDS den furchtbaren Spitzenplatz eingenommen.

(3) Die Zeit zwischen unter Umständen tödlichen Fieberwellen reicht aus (3 oder 4 Tage), damit eine Mücke den Infizierten erneut stechen und damit den Erreger Plasmodium wieder aufnehmen kann.

(4) Hier gibt es noch mehr Informationen zu den faszinierenden Leistungen von Einzellern.

Quellen wikipedia.de; Zoologievorlesung FSU
Bilderverzeichnis http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/1/11/Malaria_distribution_%28de%29.png

http://upload.wikimedia.org/wikipedia/de/thumb/1/16/DDT-Einsatz_1951.jpg/459px-DDT-Einsatz_1951.jpg

Weiterführendes

Post-Reihe: Parasiten

2007-03-18T08:07:00.000-07:00

Die Post-Reihe: Parasiten – Leben und leben lassen, befasst sich mit einer ganzen Reihe von Parasiten. Von mikroskopisch- kleinen Erregern, wie der der Malaria (Plasmodium falciparum), bis hin zu makroskopischen Würmern (links Taenium solium), die uns das Leben schwer machen. Was steckt hinter den Krankheitsbildern? Welche Organismen können auch für den Menschen gefährlich werden? Wie leben sie und vor allem: wie überleben wir sie? Darüber und noch einiges mehr wollen wir in der kommenden Zeit berichten. Viel Freude beim Lesen wünscht,

Eure Wunderwelt Leben Gruppe

Parasiten I: Malaria
Parasiten II: Der Kleine Leberegel

Bildverzeichnis: http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/f/f4/Tenia_solium_scolex.jpg

Ist das die Krönung - Die Systematik des Lebens

2007-02-27T02:26:00.001-08:00

Ernst Haeckel hatte 1874 den Versuch einer Versinnbildlichung der Verwandtschaftsbeziehungen zwischen allen Lebewesen durch einen Stammbaum (rechts eine seiner Zeichnungen) gewagt. Ein Bild mit Wahrheiten und dennoch mit Fehlern. Es widerspricht der Kirche, weil es den Menschen nicht als individuelle Gottesschöpfung, sondern in Verwandtschaft mit allen anderen Lebewesen darstellt. Dennoch suggeriert diese Überlegung eine falsche Grundeinstellung. Sie zeigt den Menschen an der Spitze, als Krone des StammBAUMes. Es weißt dem zur Folge auch eine Trennung von oben und unten auf. Das ist eine sehr subjektive Wahrnehmung, die veraltet und nicht mehr zeitgemäß ist. Genauso könnte man statt von einem StammBAUM auch von einer StammWURZEL sprechen. Dort stünden die Protozoa (Einzeller) oben – an der Spitze – und die Metazoa (Vielzeller) unten. Das einzig Wahre ist, sich gänzlich von der Vorstellung von oben und unten, besser und schlechter, Krönung und Rest zu lösen.

Willi Hennig löste in den 1950ern das Denken von einem Stammbaum ab.Mit seinem Werk „Phylogenetic Systematics“ führte er die Grundzüge der Kladistik ein. Hierbei geht es ausschließlich um die phylogenetischen Verwandtschaftsbeziehungen. Das Prinzip ist simpel: es gibt eine Stammart, aus der durch eine Dichotomie zwei Schwestergruppen hervorgegangen sind. Diese beiden bilden mit der Stammart ein Monophylum und besitzen eigene, gemeinsame Synapomorphien. So simpel, wie dieser Aufbau ist, so kompliziert ist die Erstellung eines umfassenden Bildes aller Verwandtschafts- beziehungen. Diese werden in einem so genannten Kladogramm angeordnet. Im Gegensatz zum Stammbaum, gibt es kein Oben und kein Unten. Dennoch möchte ich folgende Frage aufwerfen:

Gibt es eine Krönung der Schöpfung? Nun, ich bin leider nicht im Stande Religion und Wissenschaft in Einklang zu bringen, dafür reicht mein Wissen einfach nicht aus. Ich möchte den Punkt dennoch betrachten und lehne mich an eine ähnliche Hypothese an: Gibt es eine Krönung der Evolution? Um diese Frage hinreichend zu beantworten ist es zunächst wichtig zu definieren, was diese Krönung als selbige ausweist. Was macht einen zum König aller anderen? Sind es Fähigkeiten, die es Lebewesen ermöglichen in den unwirtlichsten Gegenden, auf Grund ihrer physischen Anpassungen zu überleben, oder doch eher Eigenschaften wie Vorhersagen, Erinnern, Kombinieren, Fühlen, Planen, etc., die der Mensch in angeblich einzigartiger Weise beherrscht?

Halten wir uns doch einmal eines vor Augen: Unsere Erde ist groß und vielfältig. Es gibt unwirtliche Gegenden und die reinsten Schlaraffenländer für das Leben. Das Leben stammt aus dem Meer und begann mit Protozoen. Also einzelligen Organismen, die auf kleinstem Raum eine unglaubliche Leistung erbringen können, zum Beispiel Paramecium caudatum (umgs. Pantoffeltierchen). Ein Einzeller aus der Gruppe der Alveolata (links ein Paramecium caudatum). Ich gehe in dem Beitrag „Ein Pantoffel für jeden Fall – Paramecium caudatum“ näher darauf ein. Die vielen unwirtlichen Regionen unserer Erde (links ein Black Smoker, darunter Fumarolen) werden nicht selten ausschließlich von mikroskopischem Leben bewohnt. Und das meist unter für uns tödlichen Bedingungen. Wie zum Beispiel die Halobakterien, die sogar in einer nahezu vollständig gesättigten Salzlösung, oder in fast reiner Salzsäure leben können. Andere Archaen sind so thermophil (gr. thermo= Wärme, phil= liebend), dass sie sogar noch bei 130°C überleben. Für uns Menschen sind das undenkbare Lebensbedingungen. Es geht bei der Evolution doch nicht darum, wer ist der "Klügere", wer hat das größte Gehirn. Die Erde bietet viele Nischen für das Leben und der ureigenste Selbsterhaltungstrieb veranlasst das Leben in alle Bereiche vorzudringen. Jedes Lebewesen muss sich also im Konkurrenzkampf um einen Platz auf der Erde beweisen und das geht nur, wenn es eine Nische findet, die es alleine, bzw. erfolgreicher besetzt. Wer die meisten Nachkommen hervorbringt (von denen natürlich auch viele überleben sollten) hat einem sonst gleichwertigen Organismus gegenüber einen Vorteil. Er wird den Anderen einfach zahlenmäßig verdrängen, wenn dieser nicht reagieren kann.

Aus diesem Konkurrenzkampf, aber auch aus natürlicher Selektion und Mutation der Organismen hat eine riesige Artenvielfalt ihren Anfang genommen. Von dieser Masse ist nur ein Teil rezent (heute noch am Leben), der andere Teil liegt uns, wenn überhaupt, nur als Fossilien vor.

Als Vertreter der Homo Sapiens bilden wir nur einen Bruchteil der gesamten Artenvielfalt unserer Erde. Eine einzige Art, der Millionen von Insekten, tausenden Fischen und einer unglaublichen Masse an anderen Wasser- und Landbewohnern gegenüberstehen.

Jede Art tat ihr Bestes (1) um im jeweiligen Lebensraum erfolgreich zu sein. So entwickelten sich aus den Protozoen (Einzellern) die Metazoen (Vielzeller) und so weiter. Und es ging immer nur darum, erfolgreich zu sein. Nicht klüger.

Intelligenz schafft Voraussicht, aber Erfolg sichert das Überleben.
Erfolg und Intelligenz schließen sich weder ein, noch aus.

Anhang

(1) Das ist nur im übertragenen Sinne gemeint. Lebewesen sind nicht aktiv dazu befähigt, ihre Morphologie gezielt genetisch so zu verändern um sich den Umweltbedingungen bestmöglichst anzupassen. Darum gibt es auch das Wort Anpassung eigentlich nicht. Wenn es überhaupt verwendet wird geht es immer nur um die passive Angepasstheit, also durch Mutation und Selektion. Dass der Mensch wieder einmal eine Ausnahme bildet, wundert schon lange niemanden mehr.

Weiterführend:
- Hier ist zusammengefasst, was es zu Kladogrammen zu sagen gibt.

- Hier findest du alles, was du über Willi Hennig wissen musst.

- „Mensch - die Krönung der Schöpfung. Wie schade, daß es eine Dornenkrone ist.“

Originalzitat von Stanislaw Jerzy Lec Stanislaw Jerzy Lec

Quellen- und Bildnachweis: www.wikipedia.de

Grün, ja grün sind alle meine Pflanzen

2007-02-23T07:40:00.000-08:00

Warum sind Pflanzen eigentlich grün? Die grüne Färbung kommt von einem Stoff, der Chlorophyll genannt wird. Es gibt verschiedene Formen dieser Substanz, jedoch haben sie alle die selbe Funktion. Ob Chlorophyll a, b, oder c alle drei absorbieren Licht. Sie sind der Grundstein, um die Energie des Sonnenlichts überhaupt nutzbar machen zu können. Die grüne Farbe entsteht durch die selektive Adsorption des Lichtes. Das heißt, dass nur Licht in den Bereichen von <500>600 nm Wellenlänge adsorbiert wird. Zwischen diesen beiden Bereichen liegt das grüne Licht. Es ist energieärmer als zum Beispiel rotes und blaues Licht. Darum wird es reflektiert und wir sehen grüne Pflanzen.

Bakterien könne aber auch grün sein. Das liegt daran, weil es Bakterien gibt, die Bakteriochlorophyll besitzen. Diese Substanz ist nahezu identisch mit dem Chlorophyll der Pflanzen und die Funktion ist auch die selbe. Licht sammeln und chemisch nutzbar machen. Vertreter des Bakterienreichs sind hier: Purpurbakterien (Schwefelpurpurbakterien und Nichtschwefelpurpurbakterien), Grüne Schwefelbakterien und Grüne Nichtschwefelbakterien.

Nicht alles, was grün ist, sind Pflanzen.

Anhang:

Quellen- und Bildnachweis:

- www.wikipedia.de

Was ist Leben?

2007-02-19T02:27:00.000-08:00

Was ist eigentlich Leben? Wenn wir uns umschauen (ganz abhängig davon wo wir uns gerade befinden), sehen wir mehr oder weniger Leben. Auf den ersten Blick scheint es ganz einfach zu sein, die Welt in einen lebenden Teil und in einen nicht lebenden Teil zu teilen. Ein Stein, ein Stück Metall, ein Stück Holz. Alles Tod? Nein, schon den ersten Fehler gemacht. Holz ist nicht tot, d.h. es war zumindest einmal Bestandteil eines Lebewesens. Denn Holz besteht aus einer Vielzahl verschiedener Transport- und Stabilisierungszellen (s. Anhang). Es beinhaltet also organische Materialien.

Wir könnten nun sagen, wir trennen die Welt einfach in organische und anorganische Stoffe, um so das Leben herauszufiltern. Das besagt aber nicht sehr viel, denn organische Stoffe, wie zum Beispiel Glucose, oder Stärke, die für Lebewesen sehr wichtig sind, leben ja selbst nicht. Auf der anderen Seite brauchen Lebewesen anorganische Stoffe um zu überleben. Wasser, Natriumchlorid und Ammoniak sind nur ein Teil der vielen Verbindungen, die wir Lebewesen jeden Tag verbrauchen, oder produzieren. So geht es also auch nicht.

Die Beantwortung dieser Frage ist nicht ganz einfach. Schon viele haben versucht, eine allgemeingültige Antwort zu finden. Doch das Leben ist so vielfältig, dass es die Definitionen immer wieder sprengt. Egal, wie die Erklärung aussieht, Formulierungen wie "immer", "in jedem Fall", "ausnahmslos" und so weiter, werden wohl nicht darin vorkommen. Denn auch beim Leben heißt es: Ausnahmen bestätigen die Regel.

Es gibt eine ganze Menge Kriterien, mit deren man das Leben charakterisieren kann. Beginnen wir:

Erstens: eine definierte Gestalt. Das leuchtet ein; ein Zebra ähnelt jedem anderen Zebra, ein Schäferhund ähnelt jedem anderen Schäferhund. Doch schon bei dem Ersten Kriterium gibt es zumindest eine Ausnahme: Die Amöben. Diese Organismen unterliegen einem ständigen Formwechsel. Das hängt mir ihrer Bewegung zusammen. Diese funktioniert nur, in dem sie sich nach vorne Walzen. Dabei bilden sie kleine Ärmchen, in einen rutscht dann der Zellinhalt und der Rest der Amöbe wird nachgezogen. Die Form verändert sich sekündlich und ist nicht fest.

Zweitens: Stoffwechsel. Für Entwicklung und Wachstum müssen Stoffe aufgenommen und verarbeitet werden. Den Aufbau bezeichnet man als Anabolismus und den Abbau als Katabolismus. Der Stoffwechsel ist synonym zu verwenden mit Metabolismus. Ein Beispiel: Pflanzen benötigen Wasser, Licht und Kohlendioxid um u.a. Glucose aufzubauen. Diese wird, dann in den Blättern zu Stärke umgewandelt, da diese wasserunlöslich ist. Wenn Energie benötigt wird, dann wird die aus der Stärke wieder Glucose abgespalten und in energiegewinnenden Prozessen abgebaut. Von dieser Regel bilden zum Beispiel Parasiten eine Ausnahme. Bakterielle Parasiten haben meist überhaupt keinen Metabolismus mehr. Sie sind oft sehr spezifisch und nutzen die Stoffe, die sie von ihrem Wirt beziehen. Diese muss der Parasit also nicht aufbauen und auch nicht umwandeln.

Drittens: Produktivität. Hierbei wird sich auf die Punkte Wachstum und Vermehrung konzentriert. Die meisten Lebewesen, die wir kennen, wachsen und vermehren sich. Doch auch nicht alle. Wenn wir an die Arbeiter im Ameisenreich denken, fällt uns auf, das diese steril sind. Sie können sich selbst nicht vermehren. Gleichwohl sind sie unabdingbar für das Überleben des gesamten Ameisenstaates.

Viertens: Bewegung. Eine Pflanze mag zwar sehr ortsgebunden erscheinen, aber sie kann immer noch um einen Stein herumwachsen. Ein Stein dagegen hat nicht die Möglichkeit, der Pflanze aus dem Weg zu rollen.

Fünftens: Reizbarkeit. Lebewesen reagieren auf Änderungen der Umweltbedingungen um sie herum. Eine Definition besagt ganz klar: "Es ist die Reaktion auf eine Änderung der Umgebung, die nicht allein durch die unmittelbar zugeführte Energie zu erklären ist, sondern auf Energiereserven des Organismus zurückgreift." Das Tier bewegt sich von sich aus von einem Elektroschocker weg, nicht, weil der Stromstoß es hinfort schleudert.

Sechstens: Mutabilität. Lebewesen unterliegen der Mutationsfähigkeit, die eine treibende Kraft der Evolution darstellt.

Es gibt viele Kriterien, die uns einen kleinen Einblick gewehren in die Komplexität der Frage: Was Leben eigentlich ist.

Anhang:

Holz und Bäume
Bäume, vor allem ihre Stämme, bestehen zum größten Teil aus Transportzellen. Diese Leitsysteme transportieren unidirektional Wasser von der Wurzel in die Blätter und bidirektional Nährstoffe von den Blättern in die Wurzel und umgekehrt. Die wasserletenden Systeme werden als Xylem und die Nährstoffleitenden als Phloem bezeichnet.
Die Leitgewebszellen von Xylem und Phloem können nicht unendlich lange benutzt werden. Nach einer gewissen Zeit, die bis zu Jahren lang sein kann, werden sie verschlossen und versiegelt. Durch die Einlagerung verschiedener Stoffe, sollen die Zellen vor Fäule geschützt werden. Dabei werden sie sehr fest.

Quellen:
-

Bildnachweis:

Eigene
www.wikipedia.de
www.sxc.hu

Ein Pantoffel für jeden Fall – Paramecium caudatum

2007-02-14T15:14:00.000-08:00

Hinter diesem Titel verbirgt sich eine Aussage, die ganz schnell missverstanden werden kann. Es suggeriert, dass der kleine Organismus namens Paramecium caudatum (wegen seiner Form auch als Pantoffeltierchen bezeichnet) ein Ausnahmelebewesen ist, was alles kann. Das stimmt so nicht ganz. Zuerst einmal sollten wir uns bewusst machen, was sich hinter dem Namen verbirgt: Paramecium caudatum ist ein einzelliger Organismus. Es gehört zur Gruppe der Ciliata, die als Untergruppe der Alveolata zu den basal stehenden Protozoen (Einzellern), also zu den Eukaryoten gehören.

Ein einzelliger Organismus hat ein Problem: er muss alle lebenswichtigen Funktionen in einer Zelle ausführen können. Der Mensch hat Millionen von Zellen, die aufgabenspezifisch sind. Eine Hautzelle kann keine Verdauungssäfte produzieren, eine Nervenzelle kann keine Blutkörperchen bilden, ein Herzmuskel kann keine Lichtreize verarbeiten. Das scheint sehr einleuchtend. Auch ist es logisch, dass ein einzelliger Organismus dies alles in einer einzigen Zelle bewältigen muss. Doch ist es so trivial?

Wer Paramecium caudatum schon einmal unter dem Mikroskop beobachten konnte weiß: Es ist schnell. Möglich machen das hunderte von Cilien, die sich durch Hydrodynamik rhythmisch bewegen. Wie durch Hochgeschwindigkeitskameras nachgewiesen werden konnte, vollziehen die Cilien eine richtige, peitschenartige Bewegung, bei der es zu einem aktiven Schlag kommt, auf die eine halbkreisförmige Rückziehbewegung folgt. Hierbei entsteht eine Drehbewegung um die eigene Achse, als auch eine Vorwärtsbewegung.

Doch Paramecium caudatum kann noch mehr. Es besitzt ein Mundfeld, dem sog. Peristom, das wie ein Trichter Nahrung aufnehmen kann. Diese wird am Ende des Trichters in Vakuolen verpackt. Diese Nahrungsvakuolen bewegen sich durch die gesamte Zelle, während Verdauungsenzyme die Nahrung aufspalten und Nährstoffe in den Zellinnenraum abgeben. Unverdauliches wird dann über Exocytose (Exo=außen, Cyte=Zelle) ausgeschieden. Bei der Nahrungsaufnahme wird auch eine ganze Menge Wasser aufgenommen. Die Zelle würde Platzen, weil sie das Wasser nicht so einfach wie unverdauliche Nahrung über Exocytose entfernen kann. Darum besitzt sie kontraktile Vakuolen, die das Wasser über Zuführkanäle aufnehmen und wenn sie prall gefüllt sind mit der Zellmembran verschmelzen. Sie entleeren sich und lösen sich wieder von der Membran. Jetzt können sie wieder Wasser aufnehmen.

Neben der Bewegung (es reagiert sogar auf Hindernisse; hierbei schwimmt es ein Stück zurück, korrigiert leicht die Richtung und versucht es erneut) und Nahrungsaufnahme kann es sich aber auch vermehren. Nun bilden die Ciliophora (= Ciliata) eine Ausnahme, zum uns bekannten Bild der Vermehrung. Genauer gehe ich in dem Beitrag: "Was ist eigentlich Sex" darauf ein. Es soll reichen, wenn ich erwähne, dass sich Paramecium caudatum durch Querteilung (also asexuell) vermehrt, das genetische Material aber durch Konjugation rekombiniert wird (sexueller Vorgang).

Gerade einmal zwischen 0,05 und 0,32 mm groß – winzig - und doch so komplex ausgestattet. Es ist alles vorhanden, was man zum Leben benötigt. Fast alle einzelligen Organismen sind in der Lage alles zu erledigen. Ausnahmen bilden einige parasitäre Formen, die meist keinen eigenen Stoffwechsel mehr besitzen, weil sie Energieträger und Nährstoffe von ihrem Wirt beziehen. Je nachdem wie man Leben definiert, trifft folgende Aussage zu, oder eben auch nicht: Kleinheit und Kompaktheit bedeutet nicht automatisch Primitivität. Es gibt mehr oder weniger klare Kriterien für das Leben, und Paramecium erfüllt die wichtigsten.

Der Namensvetter unserer Hausschuhe ist vielleicht zehntausend Mal kleiner als wir, dennoch erfüllt es alle Kriterien des Lebens.

Glossar

Cilien

- kleine peitschenartige Anhängsel

Hydrodynamik

- eine vorgelagerte Cilie schlägt und zieht dabei die nächste mit
- ein so genannter metachromer Schlag liegt hierbei vor
- es kommt zum leicht zeitversetzten Schlagen der Cilien

Vakuolen

- blasige, transportfähige Zellkompartimente

Exocytose

- Verschmelzen der Vakuole mit der Zellmembran, wobei ihr Inhalt nach draußen gelangt