Die Zelle

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Martin Vonlanthen 2015
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1. Leben
Die Frage nach dem Ursprung des Lebens auf der Erde war über viele Jahrhunderte
hinweg kein Problem. Auf der einen Seite glaubte man an die göttliche Schöpfung
der Welt und aller Lebewesen als unveränderbare Arten. Andererseits glaubte man
an die spontane Erzeugung, nämlich daran, dass Fliegen und andere Insekten,
Würmer, aber auch Menschen spontan geboren werden. Bis zur Zeit von Galilei
(1564 – 1642) kann man Rezepte finden, wie Fliegen aus faulendem Fleisch spontan
entstehen können. Erst durch die Experimente von Louis Pasteur (1822 – 1895)
konnte eindeutig bewiesen werden, dass alle Lebewesen aus bereits bestehenden
Lebewesen entstehen (Omnia cellula ex cellula). Damit ist aber das eigentliche
Problem noch nicht gelöst: wie entstanden die ersten Lebewesen? Diese Frage –
dies sei hier vorweggenommen – lässt sich bis heute nicht beantworten.
Abbildung: Die Entstehung eines Menschen aus formloser
Masse nach der Vorstellung von Aristoteles (384 – 322 v. Chr.)
1.1. Die Entstehung des Lebens
Die Erde wird auf ein Alter von 4.5 – 5 Mrd. Jahre geschätzt. Bevor überhaupt erste
Lebewesen entstehen konnten, musste sich die Erde abkühlen und es musste sich
ein Urozean bilden, der den ersten Lebensformen Schutz vor der starken
Ultraviolettstrahlung bot.
Die Uratmosphäre enthielt vermutlich Methan (CH4), Kohlenstoffmonoxid (CO),
Kohlenstoffdioxid (CO2), Stickstoff (N2), Ammoniak (NH3), Wasserstoff (H2) und auch
Wasserdampf (H2O) aber kein Sauerstoff (O2).
Man nimmt an, dass erste Lebensformen im Wasser entstanden sind, hier am
ehesten in der Umgebung von heissen Quellen, wo genügend Energie zur Verfügung
stand, um die Bildung der ersten Biomoleküle voranzutreiben. Im Wasser deshalb,
weil die Uratmosphäre nicht sehr lebensfreundlich war: die Bedingungen, die an der
„Luft“ herrschten wären für die ersten Biomoleküle resp. die daraus entstehenden
primitiven Lebensformen schädlich gewesen. Erst mit zunehmendem Sauerstoffgehalt konnten sich Lebensformen auch an Land etablieren.
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-3.5
Mrd. Jahre
-3.9
Mrd. Jahre
-4.5
Mrd. Jahre
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Bis heute ist es schwierig, den genauen Zeitpunkt der
Entstehung der ersten Lebewesen zu bestimmen. In
geologischen Formationen, die älter als 600 Mio. Jahre
alt sind, gibt es kaum Fossilien, da die entsprechenden
Gesteine im Laufe der Erdgeschichte hohem Druck und
hohen Temperaturen ausgesetzt waren.
Abbildung: Die Entstehung der ersten Lebewesen in der zeitlichen
Abfolge
1.1.1. Was heisst überhaupt Leben?
Bevor wir uns näher mit den Eigenschaften des Lebendigen beschäftigen werden,
wollen wir uns zuerst einmal überlegen, was der Begriff „Leben“ eigentlich bedeutet.
Überlegungsfrage 1
Betrachten wir zwei Objekte: eine Pflanze und ein Stein. Es fällt uns nicht schwer,
die Pflanze als Lebewesen zu bezeichnen, währendem der Stein klar nicht in diese
Kategorie fällt. Aber wo liegt die Abgrenzung zwischen lebendig und nicht lebendig?
Suchen sie fünf klare Unterschiede zwischen Pflanze und Stein.
Folgende Definition des Lebens gefällt mir besonders gut:
„Leben ist ein komplexes Phänomen der Selbstorganisation, das sich an Orten ereignet, an
denen Energie von einem wärmeren zu einem kühleren Objekt fliesst. Ein solcher Energiefluss
ist eine unabdingbare Voraussetzung für die Entstehung von Leben .... dies bedeutet, dass in
einem Lebewesen ein Zustand hoher Ordnung aus einem Zustand der Unordnung
hervorgeht. Der Ort, an dem dieser Prozess heute stattfindet, ist die Oberfläche der Erde. Das
warme Objekt, von dessen Energie das Leben abhängt, ist die Sonne. Nach diesem Modell
existiert Leben möglicherweise auch an anderen Orten, die wenig Ähnlichkeit mit der
Erdoberfläche besitzen – etwa in stellaren Gas- oder Staubwolken.“
John Gribbin „Wissenschaft für die Westentasche“
Überlegungsfrage 2
Was könnte der Autor mit Ordnung resp. Unordnung meinen? Was hat Leben mit
Ordnung zu tun?
1.2. Eigenschaften des Lebendigen
1.2.1. Leben ist in vielen Strukturebenen organisiert
Komplexe technische Gegenstände wie Flugzeuge, Autos, oder der Computer, auf
dem dieses Skript geschrieben worden ist, bestehen aus Tausenden ganz unterschiedlicher Bausteine – von Glasscheiben, Gummireifen bis zu Mikrochips.
Biologische Ordnungen dagegen gründet sich auf eine Hierarchie von Strukturebenen, wobei jede Ebene auf der darunter liegenden aufbaut.
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So sind die Atome, die chemischen Bausteine aller Materie, in den Lebewesen zu
komplexen biologischen Makromolekülen, wie den Proteinen und Kernsäuren,
organisiert. Diese Moleküle des Lebens bilden winzige Strukturen, die Organellen,
die ihrerseits Bestandteile der Zellen sind. Manche Organismen bestehen aus einer
einzigen Zelle:
Abbildung: Beispiel eines einzelligen Organismus.
Innerhalb der Zellen sind Organellen mit
unterschiedlichen Funktionen zu erkennen.
Dagegen bestehen grössere Pilze, Pflanzen und Tiere, die man von blossem Auge
sehen kann, aus vielen Zellen. In vielzelligen Organismen bilden Zellen des gleichen
Typs Gewebe.
Bestimmte Anordnungen von Geweben bilden ihrerseits Organe.
So bestehen die Muskeln, welche die Finger beim
Schreiben bewegen, aus quergestreiftem Muskelgewebe, das von Bindegewebe eingefasst ist. Sehnen
übertragen die Zugkraft der Muskeln auf die Fingerknochen. Muskeln, Sehnen und Knochen bilden
zusammen ein Organsystem, den Bewegungsapparat.
Ein Organismus wie der Mensch besteht aus verschiedenen Organsystemen (Nervensystem,
Kreislaufsystem, usw.).
Abbildung: Knochen, Muskeln und Sehnen bilden das
Organsystem Bewegungsapparat
Die weiteren Stufen der biologischen Hierarchie gehen über den einzelnen
Organismus hinaus: eine Population ist eine örtlich begrenzte Gruppe von
Organismen derselben Art. Die Populationen der verschiedenen Arten eines
Lebensraums bilden eine Biozönose, das heisst, eine Lebensgemeinschaft.
Schliesslich ergibt sich durch die Wechselbeziehungen dieser Lebensgemeinschaft
mit unbelebten Umweltfaktoren wie Biochemikalien, Wasser und Klima ein
Ökosystem. Alle Ökosysteme der Erde zusammen bilden die sogenannte
Biosphäre.
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Mit jeder Stufe in der Hierarchie biologischer Ordnung treten neue Eigenschaften auf,
die auf den unteren Organisationsebenen noch nicht vorhanden waren – also neu
auftauchende Qualitäten. Diese emergenten Eigenschaften (lateinisch emergere =
auftauchen) entstehen aus Wechselwirkungen zwischen den Komponenten. So
besitzt ein DNS-Molekül Merkmale, die keines der Atome aufweist, und eine Zelle ist
etwas völlig anderes als eine beliebige Ansammlung von Molekülen.
Da Leben emergente Eigenschaften aufweist, kann man es nicht mit einem
einfachen Satz definieren. Wir können Leben erkennen, und zwar anhand weiterer
Eigenschaften und Aktivitäten der Lebewesen, die nun kurz vorgestellt werden:
 Fortpflanzung
Organismen pflanzen sich aus sich selbst fort – und Leben geht nur aus Leben
hervor. Man unterscheidet zwischen geschlechtlicher – und ungeschlechtlicher
Fortpflanzung.
 Vererbung, Wachstum und Entwicklung
Lebewesen besitzen erbliche Programme in Form von DNS. DNS (englisch: DNA) ist
die Abkürzung für Desoxiribonucleinsäure. Dieser Stoff ist die Erbsubstanz aller
Lebewesen. Die DNS dirigiert die Wachstums- und Entwicklungsmuster und erzeugt
so einen Organismus, der ein typischer Vertreter seiner Art ist – z.B. eine Gämse.
 Stoffwechsel
Organismen ernähren sich, sie atmen und sie scheiden Abfallprodukte aus. Damit
verbunden nehmen sie Energie auf und wandeln sie in andere Energieformen um.
So nutzt das Gemskitz die in seiner Nahrung enthaltenen Stoffe einerseits, um
seinen Körper aufzubauen, andrerseits, um das Klettern sowie alle anderen Formen
von Arbeit anzutreiben.
 Reaktion auf die Umwelt
Sieht das Gemskitz in der Luft die Silhouette eines Steinadlers, rennt es unter eine
Tanne oder unter den Bauch der Mutter in Deckung. Es hat damit auf einen
äusseren Reiz reagiert. Ein Beispiel für einen inneren Reiz ist dagegen das Sinken
des Blutzuckerspiegels. Das löst Hungergefühle aus – das Kitz wird bei seiner Mutter
Milch saugen.
 Homöostase – Gleichgewicht
Regulationsmechanismen halten das innere Milieu eines Organismus in engen
Grenzen konstant, trotz erheblicher Schwankungen in der Umwelt. Diese Regulation
wird als Homöostase bezeichnet.
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Die Körpertemperatur der jungen Gämse schwankt nur in engen Grenzen, regelmässiges Trinken und der Besuch der Salzstelle tragen zur Regulation des Wasser
und Salzgehaltes bei. Das Funktionieren der Homöostase hängt u.a. von der
Fähigkeit, innere und äussere Reize wahrzunehmen (vgl. oben) ab.
 Evolutionäre Anpassung
Das Leben entwickelt sich durch die Wechselwirkungen zwischen Organismus und
Umwelt. Eine Konsequenz der Evolution ist die Angepasstheit von Organismen an
ihre Umwelt: die Ausbildung eines dichten Winterfells erlaubt Gämsen das Überleben
im Bergwinter, das grosse Herz und die harten Hufe ermöglichen die schnelle Flucht
in schwierigem Gelände.
 Zellen: Bau- und Funktionseinheiten des Lebens
Eine Zelle kann definiert werden als kleinste, selbständige lebensfähige
Erscheinungsform des Lebens. Das heisst, sie ist die unterste der Strukturebenen,
die sämtliche Eigenschaften des Lebens in sich vereinigt.
Robert Hooke (1635 – 1703) beschrieb im Jahre 1665
als erster Zellen, als er eine Scheibe Kork mit 30facher Vergrösserung unter dem Mikroskop betrachtete. Da die winzigen Kästchen der Anordnung der Zellen
der Mönche im Kloster glichen, wurde dafür der Begriff
Zelle geprägt.
Abbildung: von Hooke gezeichnete Korkzellen
Überlegungsfrage 3
Suchen sie – Analog zum Beispiel Gämse – nach möglichst eindeutigen
Erkennungsmerkmalen des Lebendigen (Stoffwechsel – Reaktion – Homöostase –
Anpassung) die für uns Menschen gelten.
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1.3. DNS: das zentrale Molekül der Lebewesen
Sämtliche Lebensprozesse die in einem Organismus ablaufen werden von
Biomolekülen gesteuert. Allen Biomolekülen gemeinsam ist ihr Aufbau: es sind
Makromoleküle (Polymere), die durch Aneinanderkopplung von kleinen Grundeinheiten (Monomeren) entstehen. Die unterschiedliche Anordnung von wenigen
Grundbausteinen ermöglicht die Bildung einer grossen Vielfalt von Molekülen mit
unterschiedlichem Informationsgehalt (als Vergleich dienen die 26 Buchstaben des
Alphabetes; aus ihnen lassen sich unzählige Wörter mit unterschiedlichster
Bedeutung generieren).
Wir wollen nun eines der wichtigen Biomoleküle näher anschauen: die DNS. Die
Struktur des Moleküls wurde vor 60 Jahren zum ersten Mal durch die beiden Forscher James Watson und Francis Crick beschrieben. Seither hat das Molekül eine
unheimliche Erfolgsgeschichte hinter sich.
1.3.1. Was ist DNS?
Die Erbsubstanz DNS ist der chemische Stoff, der unsere Erbinformation enthält.
Der ausgeschriebene chemische Name hört sich etwas exotisch an und erinnert ein
wenig an malerische Indianerwörter: Desoxiribonucleinsäure. Übersetzt bedeutet das
Wort sinngemäss: saurer Zucker aus dem Kern der Zelle, der zu wenig Sauerstoff
hat. Die DNS-Moleküle bilden sehr lange Ketten (so entspricht die Gesamtlänge aller
DNS Fäden einer einzigen menschlichen Zelle 2 Meter!), die aus zahlreichen
miteinander verbundenen Bausteinen bestehen.
Ein Organismus besteht aus Hunderten von Milliarden einzelner Zellen. Dabei besitzt
jede Zelle genau das gleiche genetische Material, da alle unsere Zellen durch
Teilung aus einer einzigen Vorläuferzelle (der befruchteten Eizelle) entstanden sind!
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Zelle mit Zellkern
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Abbildung: Eine menschliche Zelle
besteht aus Zellkern und Zytoplasma. Im
Zellkern befinden sich die DNS-Fäden,
die platzsparend zu X-förmigen Gebilden
– den Chromosomen, aufgerollt sind.
Chromosomen
Base
Rückgrat
DNS-Faden
Das entscheidende biologische Merkmal der Kette besteht darin, dass seitlich an
einem Rückgrat, eine von vier verschiedenen Basen angelagert ist. Diese Basen
sind Adenin (A), Cytosin (C), Guanin (G) und Thymin (T):
Adenin
Thymin
Guanin
Cytosin
Jeweils zwei dieser Stränge „reichen sich die Hand“; dabei verbindet sich A immer
mit T und C mit G, wodurch die berühmte Doppelhelix entsteht. Das Rückgrat jeder
Kette bildet eine abwechselnd aus einer Phosphatgruppe und einem Zucker (der
Desoxyribose) zusammengesetzte Sequenz.
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Basenpaare
Rückgrat
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Doppelhelix
Entscheidend für die Informationsspeicherung ist die Abfolge der vier „Buchstaben“
entlang jeder Kette etwa AGCCATGTCATT... (oder eine beliebige andere Sequenz).
Dies entspricht einer Botschaft, die in einem Alphabet aus vier Buchstaben
geschrieben ist – eine Botschaft, die beim Menschen 2.5 Milliarden Buchstaben
umfasst, was einem gewöhnlichen Buch mit einer Million Seiten entspricht. Das
genügt vollauf, um eine vollständige Beschreibung des Bauplans und der Lebensfunktionen des menschlichen Körpers zu liefern.
Allerdings tragen nur einige Prozent der langen DNS-Moleküle Botschaften,
sogenannte Gene (Erbfaktoren). Der überwiegende Teil (>98% des gesamten
Erbgutes) hat verschiedenste Aufgaben im Zusammenhang mit der Organisation der
Gene und ihrer Vermehrung. Dieser Teil enthält auch stumme Abschnitte ohne
offensichtliche biologische Funktion. Diese Abschnitte weisen eine grosse
Vielgestaltigkeit auf, so dass jedes Individuum, mit Ausnahme eineiiger Zwillinge
einen individuellen DNS Aufbau besitzt.
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Abbildung: Ausschnitt aus einem DNS-Faden
der Personen A und B
Rot = Gene 1 - 3
Grau = stumme Abschnitte zwischen den
Genen
Person A
1
Person B
2
3
Person A und B unterscheiden sich einzig in der
Länge der stummen Abschnitte nicht aber in der
Zahl und Funktion der Gene.
1.3.2. Was sind Gene?
Das menschliche Erbgut besteht etwa aus 30 000 Genen. Eine erstaunlich tiefe Zahl,
wenn man bedenkt, dass eine einfache Hefezelle etwa 12 000 Gene besitzt.
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Dabei sind Gene nur die Speicher für die Information, analog zu der Festplatte eines
Computers. Damit diese Information auf dem Bildschirm als „Bild“ sichtbar wird muss
sie zuerst in den Arbeitsspeicher kopiert und dann in farbige Pixel übersetzt werden,
die schließlich für unser Auge ein Bild ergeben. Ein analoger Prozess geschieht in
unseren Zellen. Die in den Genen als Abfolge der vier Buchstaben A, T, G und C
gespeicherte Information wird kopiert und in die Sprache der Eiweisse (Proteine)
übersetzt und dadurch „sichtbar“. Eiweisse sind z.B. verantwortlich für die Farbe der
Haare, für die Blutgruppe, sie wirken als Enzyme und Hormone, können Transportfunktion übernehmen oder wirken als Strukturgeber (z.B. in Haaren). Ihre Funktionen
sind also höchst vielfältig.
Gen
„Speicher“
kopieren
übersetzen
Eiweiss
(Protein)
„sichtbare
Information“
= Merkmal
Abbildung: Ausschnitt aus einem DNS-Faden mit den Genen
und deren jeweiligen Funktionen
Kapitel 1: Fragen zum Verständnis
1. Definieren Sie den Begriff Emergenz. Wieso sind Lebewesen emergente
Systeme?
2. Wie entstanden die ersten Lebewesen auf der Erde? Ist Leben auch in
anderen Teilen des Universums möglich?
3. Viren bestehen aus Erbsubstanz und schützenden Hüllen. Sie sind für ihre
Vermehrung auf den Stoffwechsel der Wirtszelle angewiesen. Sind Viren
Lebewesen? Begründen Sie Ihre Antwort.
4. Wieso kann man DNS als zentrales Molekül des Lebens bezeichnen?
5. Beschreiben Sie den Aufbau der Erbsubstanz. Benutzen Sie dazu folgende
Begriffe: Zelle, Zellkern, Basen, Chromosom, Gene, stumme Abschnitte,
Doppelhelix
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2. Tierische Zellen
Organell:
Funktion:
Abbildung: Die Tierzelle im Überblick mit den wichtigsten Zellorganellen und deren
Diese Zeichnung einer Tierzelle zeigt die am häufigsten in den Zellen der Tiere
vorkommenden Strukturen. Keine einzelne Zelle sieht genauso aus. Im Zellinneren
liegen verschiedene Bestandteile, die man zusammenfassend als Organellen
(„kleine Organe“) bezeichnet. Viele Organellen sind von Membranen umgeben,
anderen fehlt eine solche Abgrenzung (beispielsweise den Ribosomen). Das
auffälligste Organell einer Tierzelle ist in der Regel der Zellkern, der die Erbinformation in Form von DNS-Fäden enthält. Der Zellkern ist von einer Hülle aus zwei
Membranen umgeben, die von Kernporen durchbrochen sind.
Die meisten Stoffwechselreaktionen spielen sich im Grundplasma (Zytoplasma) ab,
dem Bereich zwischen dem Zellkern und der die Zelle umgebenden Zellmembran.
Das Grundplasma enthält zahlreiche spezialisierte Organellen: durch grosse Teile
des Grundplasmas zieht sich das endoplasmatische Reticulum (ER), ein Labyrinth
aus Membranen, die abgeflachte Säcke und Röhren bilden.
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Der Golgi Apparat besteht aus Stapeln abgeflachter Membransäcken und wirkt an
Synthese, Weiterverarbeitung, Speicherung, Sortierung und Ausschleusung
chemischer Produkte der Zelle mit. Als weitere membranumhüllte Organellen
kommen vor: die Pinocytose- und die Fettbläschen. Die Mitochondrien (Singular
Mitochondrium) sind die Kraftwerke der Zelle und erzeugen aus organischen
Betriebsstoffen (Zucker, Fette) durch die Zellatmung die benötigte Energie in Form
von ATP.
2.1. Die wichtigsten Zellorganellen und ihre Aufgaben
2.1.1. Die Zellmembran
Die Zellmembran besteht aus einer
doppelten Schicht von wasserabstossenden
Lipiden (Fetten), die dafür sorgen, dass nur
kleine gasförmige Moleküle (wie O2) in das
Zellinnere gelangen können. In die
Membran sind eine Vielzahl von Proteinen
(Eiweissen) eingelagert, die für den
selektiven Stoffaustausch und die
Signalerkennung verantwortlich sind.
Die Zellmembran erfüllt folgende Aufgaben:

Sie kontrolliert den Stoffaustausch der Zelle mit der Umgebung. Das heisst, sie
bestimmt weitgehend, welche Stoffe in die Zelle aufgenommen werden. Wie
bereits erwähnt, ist sie für kleine Teilchen voll durchlässig, für grosse Moleküle
(z.B. Traubenzucker) und Ionen (z.B. K+) ist sie dagegen selektiv durchlässig, sie
kann solche Teilchen je nach Bedarf passieren lassen oder auch nicht.

Sie erkennt chemische Signale wie Hormone, Pheromone (Sexuallockstoffe)
Geschmacks- und Geruchsstoffe und Neurotransmitter.
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2.1.2. Der Zellkern
Abbildung: Zellkern und endoplasmatisches Reticulum
(ER); 1: Kernpore, 2: Kernhülle, 3: Kernkörperchen, 4:
Chromatin, 5: ER mit Ribosomen, 6: Ribosomen, 7: ER ohne
Ribosomen
Der Zellkern ist meist kugelförmig und von einer
Hülle, der Kernhülle begrenzt. Diese ist von
Kernporen durchsetzt, diese ermöglichen den
Stofftransport aus dem Kern ins Zytoplasma und
umgekehrt. In seinem Inneren enthält der Zellkern
das Erbgut in Form von DNS. DNS-Moleküle sind
extrem lang und dünn.
Damit sie nicht auseinanderbrechen, sind sie mit vielen Proteinen verbunden, die als
molekulare Fadenspulen dienen. Ausser während der Zellteilung sind die DNSMoleküle weitgehend abgewickelt und bilden ein dichtes Fadengeflecht. Man
bezeichnet in diesem Zustand den Inhalt des Kerns als Chromatin.
In einem Zellkern können gleichzeitig mehrere Kernkörperchen vorhanden sein. Sie
bilden Baustoffe für die Ribosomen, die durch die Kernporen ins Grundplasma
gelangen und sich dort zu fertigen Ribosomen zusammenfinden.
Der Zellkern erfüllt folgende Aufgaben:

Er steuert die Produktion von Proteinen und damit den Zellstoffwechsel. Die
DNS enthält die Bauanleitung für die vielen verschiedenen Proteine, die eine
Zelle herstellen können muss. Viele davon sind Enzyme, die für einen geregelten
und schnellen Ablauf der Stoffwechselprozesse einer Zelle unerlässlich sind
(siehe Kapitel 1.3.2.).

Vor der Zellteilung stellt der Zellkern eine Kopie des gesamten genetischen
Materials her. Wachstum, Entwicklung und Erhalt des Körpers beruhen auf
Milliarden von Zellteilungen. Dabei wird das Erbgut vor jeder Zellteilung exakt
kopiert. Deshalb enthält jeder Zellkern eines Organismus die gesamte genetische
Ausstattung. Wenn sich Körperzellen voneinander unterscheiden, dann also
nicht, weil sie verschiedenes Erbgut enthalten. Vielmehr sind in ihnen
unterschiedliche Teile des Erbguts aktiv bzw. passiv.
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2.1.3. Die Mitochondrien
Abbildung: Mitochondrien bestehen aus zwei
Membranen, einer glatten äusseren und einer
stark aufgefalteten inneren.
Mitochondrien findet man fast in allen
eukaryotischen Zellen. Manchmal ist
nur ein einziges Mitochondrium vorhanden, die meisten Zellen besitzen
jedoch – je nach ihrem Energiebedarf –
Hunderte bis Tausende dieser
Organellen.
Mitochondrien sind ca. 1 - 2 μm lang, haben eigene DNS und vermehren sich durch
Zweiteilung. Sie bestehen aus zwei Membranen: die äussere ist glatt, die innere
bildet zahlreiche Falten. Dadurch erhält das Organell eine grosse innere Oberfläche,
was seine Leistungsfähigkeit beträchtlich steigert.
In den Mitochondrien werden energiereiche Nährstoffe mit Sauerstoff zu energiearmen Verbindungen „verbrannt“. Dieser Prozess wird als Zellatmung bezeichnet.
Die dabei frei werdende Energie wird der Zelle in geeigneter Form (z.B. als ATP) zur
Verfügung gestellt. Als Energie liefernde Stoffe dienen in erster Linie Traubenzucker
(Glukose) und Fette.
Der in Wirklichkeit sehr komplizierte Ablauf der Zellatmung lässt sich mit der
folgenden Gleichung zusammenfassen:
C6H12O6 + 6 O2 → 6 CO2 + 6 H2O + Energie
Mensch und Tier gewinnen die benötigte Glukose aus der Nahrung. Sie wird nach
der Verdauung von den Darmzellen aufgenommen und ans Blut weitergegeben. Da
der Blutzuckergehalt nicht mehr als ca. 1 g pro Liter betragen darf, wird die meiste
Glukose von Leber- und Muskelzellen aufgenommen und in einer Speicherform
zwischengelagert. Sie kann jederzeit wieder freigesetzt und mit dem Blut zu einem
beliebigen Organ transportiert werden.
Sauerstoff nehmen wir über die Lungen ins Blut auf, welches ihn zu den Zellen
bringt, wo er letztlich die Mitochondrien erreicht. Wasser (H2O) und Kohlendioxid
(CO2) – die Endprodukte der Zellatmung – werden von den Zellen ebenfalls ans Blut
abgegeben. Kohlendioxid und ein Teil des Wassers atmen wir aus.
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2.1.4. Das endoplasmatische Reticulum
Das endoplasmatische Reticulum (ER) ist ein umfangreiches Membranlabyrinth.
(endoplasmatisch bedeutet „im Grundplasma“ und Reticulum ist das lateinische Wort
für „Netz“).
Das ER besteht aus einem Geflecht von Membranröhren und -säcken, die sich zu
Zisternen erweitern können. Diese Hohlräume sind durch die ER-Membran vom
Grundplasma abgegrenzt. Das ER geht direkt in die Kernhülle über. Falls das ER auf
der Aussenseite Ribosomen trägt, spricht man auch rauen ER. Das ER wirkt bei
vielfältigen Stoffwechselprozessen mit u.a. auch beim Abbau von Giften und
Arzneimitteln. Zudem ist es an der Synthese (Aufbau) von Fettsäuren und bestimmten Hormonen beteiligt. Am rauen ER werden zusätzlich Proteine gebildet, die
anschliessend im inneren des Systems wenn nötig noch bearbeitet werden. Zur
Ausscheidung werden die fertigen Proteine portionenweise in kleine MembranBläschen verpackt, die sich dann vom ER abschnüren. Man bezeichnet solche
Bläschen als Vesikel.
2.1.5. Der Golgi Apparat
Der Golgi-Apparat einer Zelle besteht aus Stapeln von fladenförmigen, durch
Membranen begrenzten Hohlräumen. In der Regel sind in einer Zelle mehrere solche
Stapel vorhanden. Manche vom ER abgeschnürten Vesikel verschmelzen mit dem
Golgi-Apparat, der ihren Inhalt weiter verarbeitet und dann wieder in Vesikel für den
Abtransport verpackt (Golgi-Vesikel).
Manche Stoffe werden aber auch direkt im Golgi-Apparat produziert, so beispielsweise Zellulose, das wichtigste Material zum Aufbau der Zellwände von Pflanzenzellen.
2.1.6. Die Ribosomen
Proteine werden von den Ribosomen produziert. Zellen mit grossem Proteinbedarf
besitzen deshalb besonders viele Ribosomen – menschliche Leberzellen z.B. einige
Millionen! Ausserdem beobachtet man in Zellen, die viel Protein produzieren,
besonders grosse Kernkörperchen, welche die Fabrikation von Ribosomen im Gang
halten.
Ribosomen liegen entweder frei im Grundplasma oder sind an den Aussenflächen
des endoplasmatischen Reticulums angeheftet. Die meisten der an freien Ribosomen
erzeugten Proteine, erfüllen ihre Aufgabe später im Grundplasma der betreffenden
Zelle. Von Membran gebundenen Ribosomen werden in der Regel Proteine
synthetisiert, die für den Einbau in Membranen oder für den Export aus der Zelle
bestimmt sind.
Membrangebundene und freie Ribosomen sind identisch und austauschbar.
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3. Ein Blick in die Pflanzenzelle
Die bisher besprochenen Zellstrukturen kommen bei allen eukaryotischen
Organismen vor. Pflanzenzellen unterscheiden sich von tierischen Zellen in den
charakteristischen Merkmalen:

Sie besitzen eine Zellwand und eine zentrale Vakuole

Sie besitzen Chloroplasten
Natürlich hängen diese Unterschiede mit der Lebensweise der Pflanzen zusammen,
die ganz anders als unsere eigene ist und die wir in ihren Grundzügen kennen:
Pflanzen sind mit den Wurzeln im Boden verankert, aus dem sie Wasser und
Nährstoffe aufnehmen; und sie benötigen für ihr Wachstum Licht.
Im Gegensatz zu den äusserlich kompakten Tieren, die den Stoffaustausch mit der
Umwelt über grosse innere Oberflächen (z.B. Darm, Lungen) bewältigen, sind
Pflanzen buchstäblich verästelt und besitzen dank der Blätter in der Regel eine
grosse äussere Oberfläche, die für die optimale Ausnützung des Lichts von
Bedeutung ist. Nur Pflanzen, die in besonders trockenen Gebieten leben, verkleinern
ihre Oberfläche. So verzichten Kakteen überhaupt auf Blätter, verlieren dadurch
wenig Wasser, wachsen aber dementsprechend langsam. Sinnesorgane wie
Muskeln und ein Nervensystem benötigen die ortsfesten Pflanzen nicht.
3.1. Pflanzen ernähren sich autotroph
Aufgrund ihrer Ernährungsweise kann man die Lebewesen in zwei Gruppen
unterteilen:

Die autotrophen Organismen (gr. autorophos sich selbst ernährend) benötigen
nur anorganische Stoffe um zu wachsen (Kohlendioxid, Wasser, Nährsalze).
Autotroph sind die Pflanzen, ein Teil der eukaryotischen Einzeller (Algen) sowie
ein Teil der Bakterien. Dass die autotrophen Lebewesen aus denselben
organischen Verbindungen bestehen wie die übrigen Organismen zeigt, dass sie
diese Stoffe aus ihrer anorganischen Nahrung selber herstellen können!
Grundlage hierfür ist die Fotosynthese (gr. Photos Licht, synthesis
Zusammenbau).

heterotrophe Organismen (gr. hetero anders) müssen neben einigen
anorganischen Stoffen (Wasser, Salze, Spurenelemente) vor allem organische
Stoffe aufnehmen. Heterotroph sind Tier und Mensch, die Pilze sowie viele
Einzeller.
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Abbildung: Chloroplasten besitzen Membranstapel, die
Chlorophyll enthalten – den grünen Farbstoff – der für die
Fotosynthese verantwortlich ist.
Chloroplasten sind linsenförmige von einer
Doppelmembran begrenzte Organellen. Die
Innenmembran bildet stellenweise Stapel, die den
grünen Farbstoff Chlorophyll enthalten. In den
Chloroplasten spielt sich die Fotosynthese ab, ein
komplexer biochemischer Prozess, der für alle
Lebewesen von grosser Bedeutung ist.
Die Fotosynthese lässt sich mit der folgenden Gleichung darstellen:
6 CO2 + 6 H2O + Licht → C6H12O6 + 6 O2
Als Ausgangsmaterial benutzen die Chloroplasten also zwei Stoffe, die wir schon
kennen, nämlich Kohlendioxid und Wasser: damit bauen sie Traubenzucker
(Glukose) auf. Das Chlorophyll dient als „molekularer Sonnenkollektor“ und
ermöglicht so die Nutzung von Lichtenergie zum Aufbau der Glukose. Die Gleichung
zeigt uns ausserdem, dass bei der Fotosynthese - gleichsam als Abfallprodukt –
Sauerstoff freigesetzt wird. Dieser wird an die Umgebung abgegeben: von
Landpflanzen in die Luft, von Wasserpflanzen ins Wasser.
Zum Schluss sei betont:
Alles Leben hängt von der Fotosynthese ab: sie versorgt die Organismen mit
Nahrung und mit Sauerstoff!
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Kapitel 2 und 3: Fragen zum Verständnis
1. Benennen Sie in folgender Abbildung möglichst alle Zellbestandteile (ohne 9,
10 und 11) und beschreiben Sie stichwortartig deren Funktionen. Handelt es
sich bei der abgebildeten Zelle um eine tierische oder um eine pflanzliche
Zelle (mit Begründung)?
2. Vergleichen Sie die beiden chemischen Gleichungen Zellatmung und
Fotosynthese (Seite 15 und Seite 17). Was fällt ihnen dabei auf?
3. Was ist mit der Aussage „alles Leben hängt von der Fotosynthese ab“
gemeint?
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4. Bakterien (Prokaryoten)
Bakterien sind wohl die grösste und vielfältigste Gruppe der Mikroorganismen, man
unterscheidet unzählige Arten. Sie bilden mehr als die Hälfte der gesamten
Biomasse unseres Planeten. Wenn man alle Zellen eines menschlichen Organismus
zählen würde, so wären 90% davon Bakterien.
Abbildung: Alle Bakterien sind nach
demselben Grundbauplan aufgebaut; sie
besitzen als einzige Zellorganellen
Ribosomen zur Proteinsynthese. Das
genetische Material ist in Form eines
einzigen Chromosoms (Kernäquivalent)
organisiert. Allerdings besitzen Bakterien
zusätzlich Plasmide, die einen raschen
Austausch von genetischem Material
ermöglichen. Membranen und Zellwände
dienen der Abgrenzung.
Mit Hilfe von Kapseln können längere Hungerperioden überwunden werden.
Flagellen dienen der Fortbewegung. Kontakte zu Nachbarzellen und Oberflächen
werden mittels Haftfimbrien hergestellt.
Tabelle: 90% der Zellen in oder auf einem Menschen sind Bakterien
70'000'000'000'000 Bakterien leben im Dickdarm eines Menschen und unterstützen die
Verdauung.
300'000’000 Bakterien leben im Durchschnitt auf der Haut eines erwachsenen
Menschen.
100'000’000 Bakterien leben in der Mundhöhle eines Menschen.
100’000 eingeatmete Bakterien dringen pro Tag bis in die unteren
Atemwege vor.
Ein Hauptgrund, wieso Bakterien überall und unter allen Umweltbedingungen leben
können, ist die Möglichkeit auf einfache Art und Weise untereinander genetisches
Material auszutauschen. Dies geschieht durch Kopieren und Weitergabe von
Plasmiden. Diesen Prozess nennt man Konjugation und stellt eine erste primitive
Form von Sexualität dar.
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Abbildung: Bakterien tauschen genetisches Material aus. Über eine Plasmabrücke wird das kopierte
Plasmid von einer Zelle in die andere transferiert.
Durch Konjugation werden häufig Resistenzgene ausgetauscht. Dadurch werden
Bakterien in kurzer Zeit z.B. resistent gegen Antibiotika. Offenbar fördert der gehäufte
Einsatz von Antibiotika u.a. in der Tierzucht die Entstehung von Resistenzen.
4.1. Vielfältige Funktionen von Bakterien
Sie unterstützen den Stoffwechsel bei vielen Tieren, indem sie Bestandteile der
Nahrung zersetzen oder vorverdauen (z.B. Zellulose bei Wiederkäuern).
Vitamin-K wird von bestimmten Bakterien im Darm vieler Säugetiere produziert.
Zur Lebensmittelproduktion werden Bakterienkulturen eingesetzt (z.B. Joghurt,
Quark, Sauerkraut).
Enzyme z.B. in Waschmitteln, die von Bakterien hergestellt werden, sorgen für das
Lösen von eiweisshaltigen Flecken.
Die Entfernung von Nitrat aus Abwässern wird in Kläranlagen von Bakterien
vorgenommen.
Bakterien produzieren biologisch abbaubaren Kunststoff.
In der Biotechnologie werden Bakterien zur Herstellung von Arzneimitteln und verschiedenen chemischen Substanzen genutzt.
Natürlich vorkommende Bakterien sorgen für eine Zersetzung toten organischen
Materials zu Nährstoffen für die Pflanzen (Reduzenten).
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Abbildung: Der ökologische Kreislauf: alles Leben auf der Erde hängt direkt von den Produzenten
(Pflanzen und Algen) ab. Durch Fotosynthese wird das Sonnenlicht in chemische Energie (Zucker)
umgewandelt. Dieser dient den Konsumenten (Tiere) und den Reduzenten (Mikroorganismen und
andere Bodelebewesen) als Nahrungsgrundlage.
Die Reduzenten zersetzen alle „Abfallstoffe“, die in einem Ökosystem anfallen und recyclieren die
enthaltenen Verbindungen. Die Pflanzen nehmen diese als gelöste Mineralsalze über die Wurzeln auf.
5. Zellteilung (Mitose) und Geschlechtszellbildung (Meiose)
Kurz nach der Befruchtung der Eizelle durch ein Spermium setzen geordnete
Zellteilungen ein, der werdende Organismus beginnt zu wachsen, Differenzierungsvorgänge bilden aus dem Haufen Zellen ein geordnetes System von Geweben und
Organen. Bei der Geburt ist die Zahl der Zellen auf mehrere hundert Milliarden
angewachsen. Auch während des Lebens ausserhalb des Mutterleibes wächst der
Organismus weiter, dauernd werden alte Zellen durch neue ersetzt. Noch während
der Embryonalentwicklung beginnen sich aus einigen Körperzellen durch spezielle
Teilungsvorgänge Geschlechtszellen (resp. deren Vorläufer) zu bilden.
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5.1. Zellteilung (Mitose)
Im Kapitel 1.3.1. „Was ist DNS?“, haben wir gelernt, dass DNS-Fäden im Zellkern
platz-sparend zu X-förmigen Gebilden – den Chromosomen, aufgerollt sind. Diese Xförmigen Gebilde sind aber eigentlich nur während den ersten Phasen der Zellteilung
zu sehen. Im normalen, stoffwechselaktiven Zustand der Zelle, sind keine
Chromosomen sichtbar, die DNS ist entspiralisiert und bildet Chromatinfäden.
Beginnt sich eine Zelle zu teilen, muss das gesamte Erbmaterial in eine
Transportform – die Chromosomen – umgewandelt werden.
Prophase
Im ersten Teilungsschritt, der Prophase, verkürzen sich die
Chromatinfäden zu den Chromosomen, die beiden identischen
Chromatiden werden deutlich sichtbar. Am Ende der Prophase werden
Kernmembran und Kernkörperchen aufgelöst, und der Spindelapparat,
der aus tausenden von Eiweissfäden (Mikrotubuli) besteht, beginnt sich
zu bilden. Die Mikrotubuli gehen von speziellen Zellorganellen aus, den
Zentrosomen. Diese wandern zu zwei entgegengesetzten Stellen in der
Zelle, die man dann Zellpole nennt.
In der Metaphase nehmen die Zentrosomen über die Mikrotubuli
Kontakt mit den Zentromeren der Chromosomen auf und bewegen sie in
der Äquatorialebene zwischen die beiden Zellpole. Die Chromosomen
sind nun maximal verkürzt und im Lichtmikroskop deutlich zu erkennen.
Metaphase
Anaphase
In der Anaphase werden die Chromatiden getrennt. Sie werden mit
ihrem Zentromer voran als eigenständige Chromosomen (als
einchromatid Chromosomen) vom Spindelapparat zu den
entgegengesetzten Zellpolen transportiert. Die Anzahl der
Chromosomen pro Zelle (und damit verbunden die Gesamtheit der
Erbinformationen) ändert sich nicht.
Wenn die Chromosomen die Zellpole erreicht haben, wird mit der
Telophase die Mitose beendet. Der Spindelapparat löst sich auf.
Kernkörperchen und Kernmembran bilden sich neu, und die
Chromosomen gehen in die entspiralisierte Chromatinform über.
Telophase
Teilung der Zellen
Interphase
Es folgt die Teilung der Zelle. Zwischen den neu entstandenen
Zellkernen bildet sich eine Zellmembran und bei Pflanzenzellen
zusätzlich die Zellwand. Grundplasma und Zellorganellen werden dabei
nahezu gleichmässig auf beide Tochterzellen verteilt. Die gesamte
Mitose dauert bei unterschiedlichen Geweben zwischen 30 Minuten und
3 Stunden.
Die Zelle tritt nun in die nächste Interphase ein, die 10 bis 20 Stunden, in
Ausnahmefällen etliche Tage dauern kann. Es findet das Zellwachstum
und die Verdoppelung der Erbinformationen statt. Dabei ist die
genetische Information im Zellkern aktiv und regelt die notwendigen
Stoffwechselreaktionen der Zelle. Man spricht in dieser Phase vom
„Arbeitskern“.
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In wachsenden Geweben durchlaufen die Zellen bis zu ihrer endgültigen
Differenzierung im Zellzyklus abwechselnd Mitose und Interphase. Differenzierte
Zellen verbleiben in der Interphase. Folgende Abbildung zeigt zusammenfassend
noch mal alle Vorgänge bei der Mitose respektive der Interphase. Mitose und
Interphase fasst man auch als Zellzyklus zusammen. Die Zellen ändern während
des Zellzyklus ihren genetischen Zustand nicht, sie bleiben diploid (2n), d.h. die
Chromosomen kommen paarweise (je ein mütterliches, resp. väterliches Chromosom
= homologe Chromosomen) vor.
Abbildung: der Zellzyklus in der Übersicht.
5.2. Geschlechtszellbildung (Meiose)
Bei der Befruchtung verschmelzen Eizelle und Spermium zur Zygote. Trotzdem
verdoppelt sich die Chromosomenzahl bei der sexuellen Fortpflanzung nicht.
Mikroskopische Untersuchungen zeigen, dass bei diploiden (2n) Lebewesen die
Keimzellen nur einen Chromosomensatz enthalten. Sie sind haploid (1n). Ein
Chromosomensatz der diploiden Zygote entstammt also der Eizelle, der andere dem
Spermium. Die Chromosomen eines homologen Paares sind aus diesem Grund
genetisch nicht identisch, d.h. dass sich gleiche Gene in ihrem Informationsgehalt
leicht unterscheiden können (z.B. Blutgruppenfaktor A vom Vater resp. B von der
Mutter).
Die Trennung der homologen Chromosomenpaare und damit die Reduktion auf
einen Chromosomensatz, findet bei vielen Lebewesen bei der Bildung der Eizellen
bzw. der Spermien statt.
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Aus diploiden Körperzellen (den Urkeimzellen) entstehen dann durch besondere
Kernteilungsvorgänge die haploiden Keimzellen. Man nennt diese Form der
Kernteilung Reifeteilung oder Meiose.
Die Meiose verläuft in zwei Teilungsschritten. In der ersten Reifeteilung bzw.
Reduktionsteilung werden die homologen Chromosomen im Zellkern zunächst
paarweise angeordnet. Die vier Chromatiden liegen in einer sogenannten Tetrade
beieinander. Dabei überkreuzen sich die Chromatiden an mehreren Stellen und
tauschen einzelne Stücke aus. Dieser Vorgang wird auch Crossing over genannt.
Dabei kommt es zu einer Neukombination des bestehenden genetischen Materials.
Der Spindelapparat trennt anschliessend jedes Paar und transportiert jeweils eines
der homologen Chromosomen zu einem der Zellpole. Dabei entscheidet bei jedem
Paar der Zufall, wie die homologen Chromosomen verteilt werden.
Es kommt also bei der Bildung der Keimzellen zu einer Neukombination der
Chromosomen und damit auch der Erbinformationen. Abhängig von der Anzahl der
homologen Paare (n) bestehen 2n verschiedene Kombinationsmöglichkeiten für den
neuen Chromosomensatz. Nach der ersten Reifeteilung liegen deshalb zwei
genetisch unterschiedliche haploide Zellen vor, deren Chromosomen aber noch aus
zwei Chromatiden bestehen, die genetische Information also doppelt enthalten.
In der zweiten Reifeteilung, die auch Äquationsteilung genannt wird, werden alle
Chromosomen wie bei der Mitose am Zentromer getrennt und mit einfacher
Erbinformation durch die Spindelfasern auf die Keimzellen verteilt.
Beim Mann entstehen so aus einer Urspermienzelle im Hoden vier gleichgrosse
haploide Zellen. Sie werden in bewegliche Spermien umgewandelt. Dabei verlieren
sie einen grossen Teil ihres Grundplasmas und bestehen schliesslich nur noch aus
dem Kopf (mit dem Zellkern), dem Mittelstück (Mitochondrien zur Energieversorgung)
und dem Schwanzfaden (Geissel).
In einem Eierstock der Frau entsteht aus einer Urzelle jeweils nur eine grosse
Eizelle. Die übrigen Chromosomensätze gelangen in kleine Polkörperchen und
werden abgebaut. Das Volumen der Eizelle ist ca. 200 000fach grösser als das des
Spermiums und bietet durch den Plasmavorrat dem Leben günstige
Startbedingungen.
Eine detaillierte Übersicht zur Meiose (mit Abbildungen) finden Sie auf der
Seite 26!
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Kapitel 5: Fragen zum Verständnis
1. Definieren Sie folgende Begriffe:
a) Chromatin
b) Chromosom
c) homologe Chromosomen
d) Chromatiden
e) einchromatid-, zweichromatid Chromosom
2. Vergleichen Sie den Ablauf und das Ergebnis von Mitose und Meiose. Stellen
Sie die Unterschiede und Gemeinsamkeiten gegenüber.
3. Berechnen Sie die Anzahl der Kombinationsmöglichkeiten homologer
Chromosomen bei der Entstehung menschlicher Keimzellen.
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Abbildung: Die Bildung von Spermien und Eizellen durch Meiose.
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6. Die Entstehung eines Lebewesens
Alles Leben beginnt mit einer Zelle. Bei der geschlechtlichen (sexuellen)
Fortpflanzung verschmelzen zwei geschlechtlich differenzierte Keimzellen
miteinander. Beim Menschen nennt man diese Keimzellen Eizelle – resp. Spermium.
Genauso wie die meisten Tiere sind wir Menschen aus einer winzigen befruchteten
Eizelle – der Zygote – entstanden. Viele Lebewesen – besonders Pflanzen –
vermögen auch ganz ohne Sexualität Nachkommen zu bilden. Erwähnt seien hier die
oberirdischen Ausläufer der Erdbeeren, resp. die unterirdischen Sprossknollen der
Kartoffeln, beides ungeschlechtliche Vermehrungsorgane.
Abbildung: Viele kleine Spermien
treffen auf eine Eizelle. Nur ein einziger
Spermienkopf kann in die Eizelle
eindringen und diese befruchten.
6.1. Die Entwicklung eines Menschen
Einmal pro Monat (alle 28 Tage) reift im weiblichen Eierstock eine Eizelle heran.
Dieser komplizierte Prozess wird durch das Zusammenspiel von Hormonen
gesteuert. Ist das Ei vollständig ausgereift, wird es in den Eileiter ausgestossen. Das
Ei bleibt nach diesem Vorgang ca. 24 Stunden lebensfähig. Befinden sich während
der Passage durch den oberen Teil des Eileiters dort Spermien, so kann eine
Befruchtung stattfinden. Spermien bleiben in der Gebärmutter 2 bis 3 Tage, in der
Scheide nur wenige Stunden befruchtungsfähig.
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Abbildung: die weiblichen Geschlechtsorgane von vorne dargestellt.
Bereits auf dem Weg durch den Eileiter zur Gebärmutter vollziehen sich
entscheidende Veränderungen.
Nach ca. 30 Stunden teilt sich die befruchtete Eizelle (die Zygote) zum ersten Mal.
Nach drei Tagen ist durch wiederholte Teilungen bereits ein maulbeerartiger
Zellhaufen, die Morula entstanden. Die Masse des Keims hat sich während dieser
Zeit kaum verändert.
Abbildung: Der
Weg der Eizelle vom
Eierstock bis zur
Gebärmutter. Die
Befruchtung findet
im oberen Teil des
Eileiters statt. Die
Wanderung von der
Befruchtung der
Eizelle bis zur
Einnistung in der
Gebärmutter dauert
etwa 5 Tage.
Die Morula wandert durch den Eileiter und erreicht nach drei Tagen die Gebärmutter.
Bis zu diesem Zeitpunkt hat sie sich in einen holen Zellball verwandelt, die
Blastozyste (Keimblase). Die Aushöhlung heisst Blastozystenhöhle. Am 5. und 6.
Tag nach der Befruchtung lagert sich die Blastozyste an die Gebärmutterschleimhaut
an. Die Anhaftung des Keims an die mütterliche Gebärmutterschleimhaut ist ein
komplexer Durchdringungsprozess. Damit der Keim nicht abgestossen wird, d.h.
damit keine Regelblutung (Menstruation) einsetzt, produziert der Keim selber einen
Botenstoff (das Hormon HCG) welcher indirekt dafür sorgt, dass die
Gebärmutterschleimhaut weiter bestehen bleibt. Übrigens basieren alle gängigen
Schwangerschaftstests auf dem Nachweis des HCG Hormons! Eine Hülle des
Embryos beginnt mit der Gebärmutterschleimhaut zu verwachsen, es beginnt sich
die Plazenta zu bilden, die für die Ernährung des Embryos zuständig ist.
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Mit der 3. Lebenswoche beginnen besonders einschneidende Veränderungen in der
Entwicklung des Embryos. In der Embryoanlage bilden sich weitere Hohlräume
(Allantois und Amnionhöhle). Im Embryo lassen sich ausserdem die drei
Keimblätter, das Ektoderm, das Mesoderm und das Entoderm, unterscheiden. Die
Abkömmlinge der Keimblätter nehmen ganz bestimmte Aufgaben wahr und lassen
sich im ausdifferenzierten Körper in ganz bestimmten Organsystemen wiederfinden.
Embryo ca. 30 Tage alt
Embryo ca. 8 Wochen alt
Bereits in den 4 Lebenswochen beginnt das embryonale Herz zu schlagen. Anlagen
von Augen und Ohren sind vorhanden und die Arm und Beinknospen werden
angelegt. Der Embryo ist nun 4 mm lang und wächst bis zur 6. Woche auf die
dreifache Länge. In dieser Zeit werden besonders Augen, Nase, Mund sowie die
Extremitäten weiter ausdifferenziert. Das Gehirn und alle wichtigen Organe sind
bereits angelegt.
Nach Ablauf des zweiten Monats funktioniert beim Embryo ein Zusammenspiel
zwischen Sinneseindrücken aus seiner kleinen Umwelt und Reaktionen darauf. Seine
Hände haben sich in nur 14 Tagen als zum „Begreifen“ taugliche Werkzeuge
herausgebildet. Der Embryo sammelt Erfahrungen und reagiert entsprechend.
Mit der 9. Woche beginnt die zweite Phase im eben des jetzt Fötus genannten Ungeborenen. Alle wichtigen Organe und Strukturen sind angelegt, so dass die nun
folgende Zeit ganz im Zeichen von Wachstum, Reifung und Entwicklung von Wahrnehmungen und Bewegung steht. Mit dem 4. Monat ist auch die Plazenta fertig
ausgebildet. Mütterliches und kindliches Blut fliessen getrennt durch Membranen
aneinander vorbei, ohne sich zu vermischen. Dabei kommt es zum Austausch von
Nährstoffen, Gasen, Stoffwechselabbauprodukten, aber auch Giften. Drogen und
Krankheitskeime können auf diesem Weg zum Fötus gelangen. Ab der zweiten
Schwangerschaftshälfte nimmt der Fötus monatlich ca. 700 g zu, bis er ein durchschnittliches Gewicht von 3000 g erreicht hat. Dabei verschieben sich seine Körperproportionen beträchtlich. Nach ziemlich genau 280 Tagen im Mutterleib wird der
Fötus geboren, die Stoffwechselfunktionen des Säuglings funktionieren nun
eigenständig (Atmung, Nahrungsaufnahme, Ausscheidung).
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Fötus mit ca. 9 Wochen
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Fötus mit ca. 15 Wochen
Kapitel 6: Fragen zum Verständnis
1. Welche Vor- resp. Nachteile sind mit der sexuellen Fortpflanzung verbunden?
2. Was geschieht mit der Eizelle, nachdem sie befruchtet wurde?
3. Wie unterscheiden sich Embryo und Fötus?
4. Wieso sollten Frauen während der Schwangerschaft auf die Einnahme von
gewissen Medikamenten (und anderen Drogen) verzichten?
5. Wie wird die Entwicklung der Körperteile entlang der Längsachse eines
Embryos gesteuert?
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