Lösungen - Cornelsen Verlag

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Den Daten zur Untersuchung von Blattasche kann man entnehmen, dass Pflanzen offenbar
viel Kalium, im Vergleich dazu jedoch sehr wenig Natrium enthalten. Das Verhältnis von
Kaliumoxid zu Natriumoxid beträgt in den untersuchten Blättern 10:1.
Die Hämolymphe der in der Tabelle aufgeführten planzenfressenden Insekten weist im Vergleich mit den Werten der allesfressenden Küchenschabe sehr niedrige Konzentrationen von
Natriumionen auf.
Man kann also annehmen, dass die Art der Nahrung die Konzentrationen von Natrium- und
Kaliumionen beeinflusst.
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Für das Zustandekommen des Ruhepotenzials einer Nervenszelle ist ein bestimmtes Konzentrationsgefälle von Natrium- und Kaliumionen erforderlich ( S. 172/173, 175). Dabei muss die
Kaliumionen-Konzentration im Zellinnern höher sein als im umgebenden Milieu, während die
Natriumionen-Konzentration außerhalb der Zelle hoch, innerhalb dieser jedoch niedrig ist. Nur
so entsteht ein elektrochemischer Gradient, der die Energie für das Zustandekommen eines
Aktionspotenzials speichert. Ist die extrazelluläre Konzentration von Natriumionen wie bei
den genannten pflanzenfressenden Insekten sehr gering, sollte die Erzeugung von Aktionspotenzialen unmöglich sein. Das Nervensystem der genannten Pflanzenfresser dürfte also nicht
funktionieren.
Wie in der Lösung von Aufgabe 2 beschrieben, ist ein hoher Natriumgehalt in der extrazellulären Flüssigkeit für die Funktion von Nervenzellen entscheidend. Möglicherweise wird
bei den pflanzenfressenden Insekten die Flüssigkeit innerhalb des Perineuriums über aktive
Transportmechanismen mit Natrium angereichert. Auf diese Weise könnten die Nervenzellen
normale Aktionspotenziale ausbilden.
Kühe haben, wie alle Säugetiere, kein Perineurium. Aber auch sie ernähren sich ausschließlich von Pflanzen, die ja nur geringe Mengen von Natrium enthalten. Es ist also zu vermuten,
dass pflanzenfressende Säugetiere unter einem permanenten Natriummangel leiden. Um das
Auftreten von Mangelerscheinungen zu verhindern, kann man Salz – also Natriumchlorid – in
Form von Lecksteinen anbieten.
Im Bereich der Dentriten und des Zellkörpers der Nervenzelle befinden sich nur wenige
spannungsabhängige Natriumkanäle. Daher erzeugt ein PSP, das diese Bereiche passiert, nur
eine geringe (unterschwellige) Depolarisierung. Im Bereich des Axonhügels ist die Dichte der
spannungsabhängigen Natriumkanäle aber sehr hoch, sodass selbst eine relativ geringfügige
Depolarisierung zu einem deutlichen Natriumeinstrom führt. Dieser depolarisiert das Membranpotenzial so stark, dass ein Aktionspotenzial ausgelöst werden kann. Entscheidend für
die Auslösbarkeit eines Aktionspotenzials ist also nicht nur die Amplitude des PSP (die ja
mit wachsender Entfernung vom Entstehungsort abnimmt), sondern vor allem die Dichte
der Natriumkanäle – und diese ist nur am Axonhügel hoch genug für die Entstehung eines
Aktionspotenzials.
Neurobiologie
Erregungsbildung – Erregungsleitung
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Die Situation, dass auf dem Zellkörper einer Nervenzelle nur ein PSP von einer einzigen
Synapse entsteht, ist vermutlich eher selten. Die Dendriten eines Neurons empfangen Signale
von Tausenden anderen Neuronen ( S. 181), entsprechend entstehen mehrere PSPs gleichzeitig. Diese PSPs verbreiten sich passiv vom Entstehungsort bis zum Axonhügel, wo Aktionspotenziale entstehen können. Dabei beeinflussen sich alle gleichzeitig ausgebildeten PSPs:
Zwei erregende Signale verstärken sich gegenseitig. Ein erregendes und ein hemmendes Signal
löschen sich gegenseitig aus. Man kann also sagen, dass auf dem Weg zum Axonhügel alle eingehenden Signale miteinander verrechnet werden. Lediglich wenn das resultierende Signal
stark genug depolarisierend wirkt, entstehen Aktionspotenziale. Die Tatsache, dass Aktionspotenziale erst am Axonhügel entstehen können, ist somit die Grundlage der synaptischen
Integration. Nur auf diese Weise wird die Verrechnung gleichzeitig eingehender Signale
möglich. Und dies wiederum ist die biochemische Grundlage unserer Fähigkeit zu lernen.
Neurobiologie
Erregungsbildung – Erregungsleitung
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