Der Kern des Lebens
Werbung
Arbeitsblatt 1 zur Sendung „Wunderwelt Zelle“ Sendereihe: Der Kern des Lebens Stammnummer: 4683927 00:07 Sprecherin 1 Jedes Mal wieder ein Wunder: 00:11 Ein Mensch entsteht. 0:17 Diese eindrucksvollen Aufnahmen, die in Filmen und Bildbänden um die Welt gingen, verdanken wir einem schwedischen Fotografen. 0:27 Lennart Nilsson verfolgt seit über 60 Jahren ein Ziel: mit SpezialMikroskopen und maßgeschneiderten Optiken möchte er das geheimnisvolle Universum des menschlichen Körpers erkunden und in Bildern festhalten. 0:48 Jetzt hat er sich ein neues Ziel gesetzt. Er will in die allerkleinsten Bausteine unseres Körpers vordringen und nie gesehene Fotos aus dem Inneren menschlicher Zellen schießen. 1:04 O-Ton Nilsson Voice over Sprecher 2 Lebende Zellen - einige teilen sich gerade, andere sterben – da muss man einfach genauer hinschauen. 1:15 Titel: Der Kern des Lebens Wunderwelt Zelle 1:38 Lennart Nilsson lebt in Stockholm. Sein Entdeckungsdrang fließt nicht nur in seine Arbeit – auch seine Familienangehörigen werden damit von klein auf konfrontiert. [1:48 O-Ton (off) Beginn] 1:52 Voice over Sprecher 2 Nimm ihn mal ganz vorsichtig in die Hand… - Ja, so ist‘s gut. Genauso hast Du auch mal ausgesehen, als Du noch im Bauch Deiner Mama warst – da warst Du noch ganz klein, vielleicht 10 Wochen. 2:01 Und dann bist Du gewachsen und gewachsen, und als Du dann ungefähr so groß warst, bist Du aus dem Bauch herausgekommen 2:19 Voice over On Sprecher 2 Ich hab immer versucht, Geschichten zu erzählen, über das was passiert, und immer in Bildern. 2:32 Sprecher 2 2:39 Sprecher 2 Zum Beispiel über die Eizelle – die größte Zelle in unserem Körper. 2:49 Sprecher 2 Und noch ein wenig später beginnt sie, sich ganz langsam gegen den Uhrzeigersinn zu drehen… quasi der erste Tanz des Lebens. Und das alles ausgelöst von ein paar winzig kleinen Spermien. 3:13 Sprecherin 1 Lennart Nilsson hat festgehalten, wie sich das Leben Schritt für Schritt entwickelt. 3:24 Zunächst erinnert der Embryo nur wenig an einen Menschen. © Sie nistet sich ein, liegt ganz ruhig da, und dann plötzlich fängt sie an, sich zu bewegen. Planet Schule 2010 Arbeitsblatt 1 zur Sendung „Wunderwelt Zelle“ Sendereihe: Der Kern des Lebens Stammnummer: 4683927 3:30 Dann erscheinen mehr und mehr unserer charakteristischen Züge. Die Arme beginnen zu wachsen, dann die Beine. Hände und Füße entstehen. 3:43 Der Embryo wird zum Fötus, beginnt zu greifen und zu treten – als würde er schon für das Leben draußen üben. 3:54 Dann ist es irgendwann Zeit, hinaus ins richtige Leben zu treten 4:15 Nilssons Enkelin Rebecka ist sechs Jahre alt. 4:22 Voice over Sprecher 2 Wir kommen wunderbar miteinander aus, wir machen viel Unsinn miteinander. Sie bekommt schon eine Menge mit, und ich kann ihr sogar schon kleine Rätsel stellen. 4:43 Sprecherin 1 Dass das ganze Leben irgendwann hier, im Wasser entstanden sein soll, das kann Rebecka allerdings doch nicht so ganz glauben. 4:56 Lennart Nilssons gilt seit über fünf Jahrzehnten als Pionier auf dem Gebiet der Mikrofotografie. Seit jeher nutzt er dafür spezielle Mikroskope, häufig Prototypen, die die Hersteller von ihm testen lassen. 5:11 Er hat ein ganzes Arsenal von Spezialoptiken selbst entwickelt. Oft handelt es sich dabei um medizinische Instrumente, zum Beispiel Endoskope, die normalerweise für Operationen eingesetzt werden. 5:24 Sie ermöglichen völlig neue Blickwinkel auf alltägliche Dinge und Situationen …. 5:32 … und ungewöhnliche Blicke auf den menschlichen Körper. 5:42 Es sind aber vor allem Nilssons faszinierende Einblicke in den menschlichen Körper, die verdeutlichen, wie perfekt das Zusammenspiel seiner Teile funktioniert. 5:54 Für alles das, was der Körper braucht und was ihm wiederfährt, haben sich hochspezialisierte Zellen entwickelt. 6:03 Voice over Nilsson Sprecher 2 Wir haben Hirnzellen, Herzzellen, Lungenzellen – sehr viele verschiedene Zellen für ganz spezifische Aufgaben. 6:13 Sprecherin 1 Die Zellen des Verdauungssystems produzieren Enzyme, die unsere Mahlzeiten in Nährstoffe und Abfall aufspalten. 6:21 Abwehrzellen unseres Immunsystems verschlingen gefährliche Mikroben. 6:28 Hochspezialisierte Sinneszellen ordnen für uns den ständigen Informationsstrom, dem wir ausgesetzt sind. 6:38 Zum Beispiel die Information, die in Form von Lichtwellen in unser Auge dringt. Die Linse erzeugt ein umgekehrtes Bild, das auf eine Schicht hochentwickelter Lichtrezeptor-Zellen projiziert wird. 6:53 Im Innern der Netzhaut verwandeln mikroskopische Generatoren die Lichtreize in elektrische Impulse, die in langen Nervenfasern zum Gehirn geleitet werden © Planet Schule 2010 Arbeitsblatt 1 zur Sendung „Wunderwelt Zelle“ Sendereihe: Der Kern des Lebens Stammnummer: 4683927 7:06 Sternförmige Zellen in unserer Nasenschleimhaut erzeugen Geruchseindrücke. 7:16 Ob das Zwitschern der Vögel, Lärm oder Gespräche – eine wahre Flut von Schallwellen dringt ständig in unsere Ohren. 7:27 Dort treffen sie auf spezielle Rezeptorzellen mit winzigen Haarbüscheln, die im Rhythmus der Schallwellen schwingen. 7:39 Die dadurch entstehenden elektrischen Impulse werden auch hier von Nervenfasern weitergeleitet…. 7:46 …. zum Gehirn, das aus den Informationen sämtlicher Sinneszellen unser Bild von der Welt erzeugt. 7:54 Diese Aufnahmen zeigen das Innere des Gehirns – eine geheimnisvolle Welt voller Windungen und Höhlen. Milliarden von Nervenzellen bilden die Schaltzentrale unseres Körpers und formen uns zu der Person, die wir sind. 8:09 Charakter und Persönlichkeit, all unsere besonderen Fähigkeiten entstehen hier – in einem Netzwerk gestreckter Nervenzellen, das die Wissenschaft noch längst nicht vollständig versteht. 8:28 Mit 86 Jahren hat sich Lennart Nilsson nun noch einmal ein neues Ziel gesetzt. Er möchte noch viel tiefer in die Mikrowelt unseres Körpers eintauchen – bis in seine kleinsten Bausteine, die einzelnen Zellen. Wie funktioniert das Zusammenspiel in diesem Wunderwerk des Lebens? Und wodurch gerät es aus dem Tritt? 8:51 Nilsson will dieses Projekt gemeinsam mit Wissenschaftlern des renommierten Karolingska Instituts in Stockholm durchführen. 9:00 Die Forscher erhoffen sich von Nilssons Bildern neue Einsichten und ein besseres Verständnis – von Vorgängen, von denen sie zwar wissen, dass es sie geben muss, die sie aber nie wirklich gesehen haben. [9:13-Ton Hans Wigzell] 9:14 O-Ton Hans Wigzell Voice over Sprecher 3 Lennart hat immer an der vordersten Front der Technik gestanden, und manchmal war er sogar ein Stück weiter. Er möchte immer der erste sein, der etwas sieht, dadurch hat er immer wieder völlig neue Wege beschritten. Was seine Foto-Technik und auch die Interpretation der Bilder angeht, ist er allen Wissenschaftlern hier am Karolingska Institut weit voraus. 9:43 Sprecherin 1 Das Universum innerhalb einer menschlichen Zelle ist extrem klein – selbst für einen erfahrenen Mikrofotografen wie Lennart Nilsson. Neben seinem eigenen Elektronenmikroskop will er daher nun auch die allerneuesten Geräte am Karolingska Institut nutzen. 9:58 Im Team machen sich Forscher und Fotograf daran, die aufgenommenen Bilder zu interpretieren. 10:05 O-Ton Nilsson Voice over Sprecher 2 Dieses Mikroskop ist eines der größten der Welt – es schafft eine millionenfache Vergrößerung, und das auch noch sehr sehr scharf. © Planet Schule 2010 Arbeitsblatt 1 zur Sendung „Wunderwelt Zelle“ Sendereihe: Der Kern des Lebens Stammnummer: 4683927 10:18 Sprecherin 1 Wie alle Elektronenmikroskope liefert es zunächst mal nur ein schwarzweißes Bild. Nachträglich am Computer eingefärbt, lassen sich die unterschiedlichen Strukturen besser unterscheiden. 10:29 Zu Nilssons Experten-Netzwerk gehört auch Bob Weinberg vom Massachussets Institute of Technology in Boston, einer der führenden Zellforscher der Welt. [10:34 O-Ton Beginn] 10:39 Voice over Bob Weinberg Sprecher 3 Der menschliche Körper ist schon eine Gesellschaft für sich, aber wenn man noch genauer hinschaut, stellt man fest: es gibt etwa 30 Billionen Zellen in unserem Körper, und in jeder von ihnen spielt sich ein komplexes Leben wie in einer Gesellschaft ab. 11:02 Sprecherin 1 Dies ist ein Querschnitt durch eine der Billionen Zellen, die unseren Körper bilden. Es gibt zwar über einhundert verschiedene Zell-Typen – aber alle sind grundsätzlich gleich aufgebaut. Um den hier gelb eingefärbten Zellkern gruppieren sich verschiedene kleine Zell-Organe oder „Organellen“ – rot und blau. Sie sind eingebettet in ein dichtes Netzwerk von Kommunikations- und Transportsystemen. 11:43 Die Zelle hat erstaunliche Ähnlichkeiten mit einer Stadt – die gleiche Infrastruktur, die gleichen Bedürfnisse und Funktionen – nur alles sehr, sehr viel kleiner. 12:01 Voice over Weinberg Sprecher 3 Die Zelle hat Fabriken für alle möglichen Produkte 12:06 Sprecherin 1 …eine richtige Mikro-Industrie, in der winzige Roboter alle möglichen Dinge produzieren. 12:12 Voice over Sprecher 3 In der Zelle gibt es Müllcontainer, wo sie all ihren Abfall los wird. 12:18 Sprecherin 1 Wie auf dem Rcyclinghof, wird dabei alles Brauchbare wiederverwertet. 12:23 Voice over Sprecher 3 Die Zelle exportiert kontinuierlich Proteine in andere Teile des Körpers. Sie importiert Stoffe, die von woanders kommen. Sie steht ständig aktiv im Kontakt mit vielen anderen Zellen. Jede einzelne Zelle selbst eigentlich ein kleiner lebender Organismus. 12:42 Sprecherin 1 Und so stellen sich Wissenschaftler heute das Leben in einer Zelle vor – rekonstruiert im Computer. 12:47 Alle Produkte, die irgendwo hin gebracht werden müssen, werden in kugelförmige Container verstaut. Millionen schneller Lieferanten, die Motor-Proteine, liefern sie auf weitverzweigten Transportwegen dorthin, wo sie gebraucht werden. 13:08 Insgesamt tummeln sich ein einer einzigen Zelle über 100 Millionen Moleküle – mehr als London, New York und Tokio zusammen Einwohner haben. © Planet Schule 2010 Arbeitsblatt 1 zur Sendung „Wunderwelt Zelle“ Sendereihe: Der Kern des Lebens Stammnummer: 4683927 13:20 Autobahnen führen in alle Richtungen. 13:25 Ständig herrscht auf ihnen dichter Verkehr – Rush Hour rund um die Uhr. 13:32 Große ballonförmige Kraftwerke laufen Tag und Nacht unter Höchstlast. 13:41 Ständig werden Straßen neu angelegt, wenn neue Regionen ans Verkehrsnetz angeschlossen werden sollen. 14:02 In der Mitte liegt diese gigantische Halle – der Kern. Das Rathaus der Zelle, in der alle Instruktionen für ihren ordnungsgemäßen Betrieb verwahrt werden. 14:15 Der Kern steht mit dem Rest der Zelle über Tore, die Kernporen, in ständigem Austausch. Hier werden kontinuierlich Bauanleitungen und andere Anweisungen ausgegeben. 14:33 Drinnen lagern gigantische Informationsmengen – aufgewickelt zu langen Strängen. Eifrige Bibliothekare sind ständig damit beschäftigt, sie abzulesen und Kopien der Pläne nach draußen zu schicken. 14:49 Dieses geschäftige Treiben findet auf einer Fläche von wenigen Hundertstel Millimetern statt. Billionen solcher Mikro-Metropolen bilden zusammen den menschlichen Körper. 15:04 So stellen sich Forscher die Welt der Zelle in der Computeranimation vor. Aber wie nah kommt das Bild der Wirklichkeit? 15:15 Lennart Nilsson will mit dem Elektronenmikroskop reale Fotos des Alltagslebens in der Zelle zu schießen. Wird man all die einzelnen Zellorgane bei ihrer Arbeit direkt beobachten können? 15:40 Schon die ersten Schnappschüsse faszinieren die Wissenschaftler. 15:46 Voice over Weinberg Sprecher 3 Unglaublich – ich hätte nie gedacht, dass man das alles so scharf sehen kann. Hier sieht man die Zelloberfläche, und das hier, das dürfte das rauhe Endoplasmatische Retikulum sein, hier die Ribosomen.. 16:01 Voice over Nilsson Sprecher 2 Ich bin jetzt bei 250 000 facher Vergrößerung. 16:07 Sprecherin 1 16:10 Noch aussagekräftiger werden die Bilder, nachdem sie eingefärbt sind. 16:27 Dieses Transportsystem füllt die ganze Zelle aus; es umgibt den Zellkern, der vollgepackt ist mit genetischer Information – der hier gelb gefärbten DNA. 16:39 O-Ton Nilsson Voice over Das Rathaus der Zelle – der Kern. © Das Endoplasmatische Retikulum oder ER stellt das weitverzweigte Transportsystem der Zelle dar. An seinen Wänden hängen die Fabriken der Zelle, die Ribosomen – hier blau. Planet Schule 2010 Arbeitsblatt 1 zur Sendung „Wunderwelt Zelle“ Sendereihe: Der Kern des Lebens Stammnummer: 4683927 Sprecher 2 16:45 Sprecherin 1 Er ist das größte Organ der Zelle, und jede Zelle hat einen. In Innern des Zellkerns liegt jeweils eine exakte Kopie von dem, was uns zum Menschen macht – unserem Erbgut. Endlose Regale voller Information, geschrieben in einer biologischen Sprache. 17:12 Jede einzelne Zelle des Körpers verfügt über einen kompletten Satz unseres Erbguts. Die Informationsmenge entspricht einer Bibliothek mit etwa zweitausend Büchern und insgesamt einer Million Seiten, die jeweils eine Anweisung enthalten. 17:26 Von diesen etwa eine Million Anweisungen oder Genen werden nur etwa 25000 tatsächlich genutzt. Das reicht völlig, um alle Merkmale des Körpers zu bestimmen und seine Funktionen zu steuern. Die Farbe unserer Augen oder Haare, der Aufbau unseres Gehirns oder die Funktion unserer Nieren – einfach alles! 18:05 Rebecka ist skeptisch – so viele Bücher soll sie in sich haben? Aber sie kann sich trösten: auch die Großen haben Probleme, sich das vorzustellen. 18:28 Das Leben in einer Stadt funktioniert nur mit einer ausgeklügelten Infrastruktur. Und das gleiche gilt für die Zelle. Was in der Stadt die Straßen sind, ist in der Zelle das „Cytoskelett“- ein geheimnisvolles Netzwerk, das je nach Bedarf überall neue Wege, Tunnel oder Brücken anlegt. 18:50 Entlang dieses zellulären Straßennetzes trägt ein kontinuierlicher Strom von Transportarbeitern Container mit Fracht jeglicher Art dorthin, wo sie gebraucht werden. Diese „Motor-Proteine“ bewegen sich ganz ähnlich wie wir es tun. Sie haben trotz ihrer winzigen Größe tatsächlich so etwas wie Beine und Füße. 19:20 All die Prozesse in der Zelle benötigen Energie. Die Grundlagen dafür müssen wir ständig zu uns nehmen – in Form von Nahrung. Vor allem die Kohlenhydrate sind es, die den Betrieb am Laufen halten. 19:38 Im Magen beginnt der lange Prozess, der aus Nahrung Energie macht. 19:47 Die Hauptverdauungsarbeit allerdings beginnt erst im Dünndarm, dessen Wand mit vielen feinen Zotten bedeckt ist. 19:57 Hier vollenden die Enzyme ihr Werk, zerlegen die Nahrungspartikel endgültig in brauchbare Nährstoffe und Abfall. 20:09 Die Nährstoffe werden über die Darmzotten aufgenommen und über den Blutkreislauf bis in die letzten Winkel des Körpers verteilt – jede unsere 30 Billionen Zellen erhält ihre Ration. 20:25 Mikroskopisch kleine Zuckermoleküle werden von der Zellmembran ins Zellinnere durchgelassen. 20:38 Hier finden sie schnell den Weg zu einer der wohl wichtigsten Einrichtungen der Zelle – den Mitochondrien. Sie sind die Kraftwerke der Zelle – man könnte sie aber auch als mobile Großküche der Zelle bezeichnen. © Planet Schule 2010 Arbeitsblatt 1 zur Sendung „Wunderwelt Zelle“ Sendereihe: Der Kern des Lebens Stammnummer: 4683927 21:00 Die letzten Überbleibsel unserer Nahrung treiben hier in eine Art Turbine an, die letztlich für die Zelle verwertbare Energie erzeugt. 21:14 Innerhalb des Mitochondriums werden ständig kleine Energiepakete hergestellt – kleine Fertigmahlzeiten oder, wenn man so will, AkkuPacks, die ständig in regelrechten Wolken in die Zelle abgegeben werden. Dort stehen sie bis in den letzten Winkel zur Energieversorgung zur Verfügung. 21:35 Jeder Einwohner der Zelle, der Energie braucht, kann sich dieser kleinen Energiepakete – chemisch gesehen handelt es sich um das Molekül ATP bedienen. 22:12 Heute wissen wir, dass wir die Mitochondrien einem genialen Zufall der Evolution verdanken. 22:21 Vor vielen Milliarden Jahren muss es irgendwo hier passiert sein – in den ausgedehnten Meeren der Urzeit. Die Evolution hatte die Zelle bereits zu hoher Perfektion entwickelt. Dann stieß einem Vorfahren unserer Zellen etwas Entscheidendes zu. 22:41 Ein Bakterium drang durch seine Membran ein – eine für beide Seiten fruchtbare Symbiose begann. Das Bakterium verlieh der Zelle eine Fähigkeit, die sie 15 mal effizienter als ihre Konkurrenten machte: die Produktion von Energie mit Hilfe von Sauerstoff. 23:02 Die Bakterien wurden fester Bestandteilteil der Zelle – als Mitochondrien sorgen sie seither für die Energieversorgung. 23:13 Die Tatsache, dass sie über eigenes Erbmaterial verfügen, zeugt bis heute von ihrer Herkunft 23:28 Die Wissenschaftler vom Karolingska Institut wissen, wie die Mitochondrien entstanden sind und wie sie im Prinzip funktionieren – Lennart Nilssons Bilder verdeutlichen nun höchst plastisch ihren genauen Aufbau. 23:41 An den vielfach gewunden Membranen in Ihrem Innern finden die chemischen Reaktionen zur Energiegewinnung statt – eine höchst effiziente Raumausnutzung. 24:02 Jede Stadt muss irgendwie ihren Müll entsorgen. Wir mussten erst lernen, davon möglichst viel wiederzuverwerten, um die Ressourcen zu schonen. In der Zelle wurde dieses Problem schon vor Jahrmilliarden gelöst. 24:24 Hier wird nichts verschwendet. Angenommen, einer der unermüdlichen Lastenträger der Zelle, ein Motor-Protein, funktioniert nicht mehr richtig. So etwas kann sich die Zelle nicht erlauben. 24:42 Das defekte Protein wird sofort aussortiert und zur Recyclingstation der Zelle transportiert – einem kleinen Organell, das die Wissenschaftler „Proteasom“ nennen. 25:02 Dort wird das Protein in seine kleinsten Bestandteile zerlegt, die Aminosäuren. © Planet Schule 2010 Arbeitsblatt 1 zur Sendung „Wunderwelt Zelle“ Sendereihe: Der Kern des Lebens Stammnummer: 4683927 25:14 In der Zwischenzeit wird im Zellkern die Bauanleitung für ein neues Motor-Protein abgelesen und als Blaupause zu den Zellfabriken, den Ribosomen, geschickt. 25:29 Die Überbleibsel des alten Motor-Proteins und die Blaupausen zur Herstellung eines neuen setzen die Fabriken in Gang 25:42 Aus den Aminosäuren fertigen die Ribosomen gemäß der Bauanleitung aus dem Zellkern ein neues Motor-Protein - 25:53 …und bald meldet sich ein neuer Transportarbeiter zum Dienst. 26:09 Die Recyclingstation der Zelle, das Proteasom, ist so klein, dass Lennart Nilsson es mit seinen Elektronenmikroskopen nicht aufspüren kann. Er sucht Hilfe im Max-Planck-Institut Martinsried. [26:21: „Good morning, Prof Baumeister!“] 26:24 Wolfgang Baumeister ist der einzige Wissenschaftler, dem es bisher gelungen ist, dieses winzige Wunderwerk der Zelle zu fotografieren und dadurch aufzuklären, wie es genau seine schwierige Aufgabe erfüllt. 26:38 O-Ton Baumeister „Unter Tausenden verschiedenen Protein-Molekülen, die alle nebeneinander existieren, sind es immer einzelne, die ganz spezifisch herausgegriffen werden müssen und die irreversibel aus dem Verkehr gezogen werden müssen. Es geht hier darum, dass man einen an sich sehr gefährlichen Prozess für die Zelle, nämlich die Zerstörung eines Protein in einer Kammer irgendwo so abgrenzt, dass nur unter ganz spezifischen Bedingungen ein Protein in die Kammer hinein gelangen kann, wo es dann abgebaut wird“ 27:27 Auch hier sind es wieder gerade die Bilder, die der Wissenschaft die entscheidenden Kenntnisse über die Funktion eines Zellbestandteils liefern. Für zwei Spezialisten der Elektronenmikroskopie liefern die Details der Entdeckung und wie sie möglich wurde, stundenlangen Gesprächsstoff. 27:50 Die Stadt und die Zelle – tatsächlich spielt sich ähnliches wie da draußen billionenfach en miniature in unserem Körper ab. Lennart Nilssons Fotos helfen, die Zusammenhänge zu verstehen.. [28:01 O-Ton Beginn Nilsson] 28:06 Voice Over Nilsson Sprecher 2 Es gibt Kommunikationskanäle und Autobahnen in unserer Zelle, wenn auch nur wenige millionstel Millimeter groß. 28:18 Die Zelle ähnelt wirklich in Vielem einer Stadt, mit ganz bemerkenswerten Eigenschaften. 28:27 Sprecherin 1 Die Zelle – ein perfektes Produkt von Jahrmilliarden Evolution. Je mehr wir über sie lernen, desto mehr gibt es zu staunen. 28:37 Abspann © Planet Schule 2010
