Biologie Zusammenfassung JII.2 #1

Biologie Zusammenfassung JII.2 #1
Signaltransduktion
Entstehung des Potentials
Unter der Signaltransduktion versteht man die Aufnahme von Informationen (Reizen) aus der
Umwelt und deren Umwandlung in ein elektrisches Muster welches diese Reize symbolisiert. Diese
Transduktion läuft immer nur auf Grund von bestimmten Ionenkanälen ab die dann ein
Aktionspotential auslösen.
Genauer gesagt passiert folgendes. Ein Geruchsstoff dockt nach dem Schlüssel-Schloss-Prinzip an
einem ganz bestimmten Rezeptormolekül an. Nach der Andockung wird das Adenosintriphosphat
(ATP) über die Adenylatcyclase in die cyclische Form cAMP umgewandelt. Diese aktivierte Form des
ATP öffnet nun Natrium- und Kalium-Ionenkanäle an der Zellmembran.
Nun gelangen die positiven Ionen ins Zellinnere und sie wird depolarisiert oder je nach Intensität
auch umpolarisiert.
Je nachdem wie viele Geruchsstoffe an den Rezeptormolekülen binden, desto mehr cAMP entsteht
und desto höher ist die Depolarisation und das Aktionspotential. Es werden auch wenn der Geruch
länger besteht stets weiter Rezeptorpotentiale ausgesendet – das Potential ist also proportional zur
Reizintensität.
Als andere Form sind noch Mechanorezeptoren vorhanden. Diese treten beispielsweise bei
Schmerzrezeptoren auf. Diese Mechanorezeptoren öffnen sich bei Druck von außen. So sind
außerhalb der Zelle etliche Natrium-Ionen. Drückt man jetzt auf den Mechano-Rezeptor, so öffnet er
sich und die Natrium-Ionen können einströmen. Ein Aktionspotential wird ausgelöst.
Seite 1
Weiterleitung des Potentials
Die Rezeptoren erstellen bisher nur ein Rezeptorpotential. Dieses Potential ist noch nicht durch eine
Schwelle wie man sie am Axonhügel von Nervenzellen kennt reguliert sondern bleibt erst sehr
intensiv. Dieses Potential muss nun noch in ein Aktionspotential umgewandelt werden (roter Pfeil in
der Abbildung). Je nachdem wo die Umwandlung in der Nervenzelle geschieht unterscheidet man
zwischen:
Primäre Sinneszelle: An einer primären Nervenzellen entstehen die Reize in den Fortsätzen der
Zelle die den Dendriten aus Nervenzellen ähneln. Das Rezeptorpotential wird nun über die
gesamte Dendritenregion weitergeleitet und wird erst nach dem eigentlichen Zellkörper mit
Zellkern an einem Axonhügel umgewandelt. Hier muss wieder ein Schwellenwert überschritten
werden bevor die Aktionspotentiale ausgelöst werden.
Sinnesnvervenzelle: An einer Sinnesnervenzelle geht die Dendritenregion direkt in das Axon
über. Das Rezeptorpotential wird gleich im Dendrit in ein Aktionspotential umgewandelt.
Sekundäre Sinneszellen: An solchen
Sinneszellen werden die
Rezeptorpotentiale überhaupt nicht
umgewandelt. Sie entstehen an den
Dendriten und gelangen direkt so in
das Axon. An einer Synapse werden sie
dann an eine Nervenzelle übergeben
die die Aufgabe der Umwandlung dann
übernimmt.
Dieses Aktionspotential wird dann über Axone weiter zum zentralen Nervensystem (Gehirn und
Rückenmark) geleitet. Hier wird es verarbeitet und es wird ein Reiz an einen Effektor gesendet der
dann die Reaktion vollführt (bspw.: Ekel vor einem Geruch  Abwenden)
Gehirn
Das Gehirn besteht aus verschiedenen Bereichen, die jeweils
unterschiedliche Aufgaben für den Menschen übernehmen. Der größte Teil
des Gehirns ist das Großhirn. Es ist verantwortlich für bewusste Handlungen
und es verarbeitet Sinneseindrücke. Darüber hinaus ist es verantwortlich für
Emotion und Motivation und ist Sitz des Gedächtnisses. Das Großhirn liegt in
einer Flüssigkeit die es vor Verletzungen schützt und als Nährmedium dient.
Diese Flüssigkeit heißt Liquor cerebralis. Von außen ist das Gehirn durch den
Schädelknochen umgeben.
Unterhalb des Großhirns liegt das Kleinhirn. Das Kleinhirn übernimmt die
meisten unbewussten Vorgänge wie Körperhaltung, Gleichgewicht oder die
Regulierung von Gelenken und Muskeldehnungen. Es kümmert sich allerdings auch um Koordination
und es verarbeitet die Eindrücke aus dem Augen und dem Innenohr.
Unterhalb des Großhirns befindet sich ein rundlicher Knochen auf dem das Großhirn liegt, der
Balken. Unterhalb von ihm befindet sich das Nachhirn. Das Nachhirn reguliert den Grundzustand
eines Menschen (Temperatur, Blutdruck, Blutzucker, Puls,…) was der Grund dafür sein mag, dass es
Seite 2
doppelt geschützt ist. Auch Hormone und das gesamte vegetative Nervensystem werden von hier
aus kontrolliert.
Unterm Nachhirn liegt das Zwischenhirn oder Thalamus. Der Thalamus ist die Hauptschaltstation und
vom Gehirn ganz umschlossen. Es regelt die Aufmerksamkeit, Sinneswarnehmung sorgt für eine
Verhaltensbereitschaft und reguliert Gestik und Mimik.
Unter dem Zwischenhirn liegt noch das Mittelhirn. Hier werden die Informationen des sensorischen
Nervensystems aufgenommen und verarbeitet. Mit dem Mittelhirn hört und sieht (Blickverfolgung,
Reflexe) man. Mittelhirn und Nachhirn nennt man auch Stammhirn, da sie die ursprünglichsten Teile
des Gehirns sind.
Unten an das Mittelhirn schließt noch die Brücke an, die den Übergang zum verlängerten
Rückenmark bildet. Dieses ist übrigens zuständig für die Reizweiterleitung und Reflexe.
Weiterhin befinden sich im Gehirn noch zwei Hormondrüsen. Die Epiphyse und die Hypophyse. Sie
kümmern sich um den Hormonhaushalt im Gehirn. Die Epiphyse ist Teil des Thalamus.
Olfaktorische Wahrnehmung
Olfaktorische Wahrnehmung bezeichnet an sich nichts anderes als das Riechen und
seine Funktion.
Das Riechen beginnt selbstverständlich in der Nase. Die Geruchsstoffe werden beim
Atmen aufgenommen und durch den Luftzug an die Riechzellen gespült. Dort binden
sie an die entsprechenden Rezeptoren und werden in den Sinneszellen zu
elektrischen Reizen umgewandelt die dann an die Axone weitergegeben werden.
Diese Axone laufen durch eine löchernde Knochenplatte (das Siebbein) in den
Riechkolben. Dort werden sie schon einmal vorsortiert nach guten und schlechten
Düften (Grund: schlechte Düfte müssen schnell verarbeitet werden da sie teilweise
das Leben retten können). Danach gelangen die Reize über den Geruchsnerven zu
ihrer weiteren verarbeitung.
Der Großteil der Erregungen gelangt in den Thalamus, der die Gerüche überprüft und
anschließend an das Großhirn weiterleitet. Hier können Gerüche bewusst
unterdrückt werden durch die Steuerung des Thalamus. Die Gerüche die dagegen in
das limbische System gelangen überspringen die Kontrollinstanz und lösen direkt
emotionale Reaktionen aus. Hier werden die Gerüche auch abgespeichert. Alle
Reaktionen kann man also auch hier nicht unterdrücken – wieder eine
Kontrollfunktion des Körpers.
Nase
Riechzellen
Siebbein
Riechkolben
Geruchsnerv
Thalamus /
Limb. System
Großhirn
Vomeronasales Organ
Das VNO oder auch Jacobsonsches Organ liegt bei Säugetieren im vorderen Teil der Nasenhöhlen und
verarbeitet die Pheromone der Partner. Das VNO besteht aus zwei mit Schleim gefüllten Schläuchen
die entweder zum Mund- oder zum Nasenraum offen sind. Über einen Pumpmechanismus werden
die Pheromone in den Schleim gesaugt und von Rezeptoren verarbeitet. Das entstandene Signal geht
direkt an den Hypothalamus der unter anderem den Geschlechtstrieb.
Seite 3
Das Jacobsonsche Organ ist auch der Grund für das Flehmen bei Huftieren. Nimmt ein Pferd den
Geruch eines Partners mit seinem vomeronasalen Organ war, so verschließt er die Nüstern und
öffnet den Mund. Nun nimmt er über die Nase kaum noch Geruchsstoffe wahr und er riecht nur noch
die, die über den Mund in das VNO gelangen. Tiere können über dieses Organ Geschlechtspartner
über teilweise lange Distanzen erkennen und finden.
Biologische Grundlagen der Partnerwahl
Major Histocompatibility Complex
Auf Leukozyten entdeckte man erstmals sogenannte HLA-Antigene. Diese Gene sind verantwortlich
für Abstoßungsreaktionen bei körperfremdem Gewebe (oder auch bei Organspenden). Diese HLAMoleküle werden von dem sogenannten Haupthistokompatibilitätskomplex (MHC). Von diesen
Genen gibt es mindestens 20 die auch noch in hunderten verschiedenen Zuständen vorliegen
können. Es gibt etliche Kombinationsmöglichkeiten dieser Allele und kaum Personen stimmen in
diesem Profil überein – es ist eine Art biochemischer Fingerabdruck. Generell gilt noch, dass desto
vielfältiger die Ausstattung mit MHC-Genen ist, desto besser kann es Krankheiten abwehren.
Bei Verwandten ist das MHC-Profil immer am ähnlichsten.
Verhalten bei Mäusen
Nun untersuchte man Mäusen das Verhalten nach einer Knochenmarksspende. Nach der Spende
produzierte eine Maus neue Leukozyten mit einem neuen MHC-Profil – die Konsequenz war, dass das
Tier anders roch.
Die Verwandten dieses Tieres erkannten es nun nicht mehr als eins von ihnen an, dagegen allerdings
die Verwandten des Knochenmarksspenders. Mäuse erkennen sich scheinbar an ihrem MHC- und
damit Geruchsprofil.
Auch bei der Partnerwahl spielt der Geruch eine Rolle. Haben zwei Tiere ein sehr unterschiedliches
MHC-Profil, so finden sie sich eher attraktiv und kommen zueinander. Bevor die Jungen geboren
werden ändert sich die Einstellung der Mutter – sie gesellt sich eher wieder zu Tieren, die ein
ähnliches MHC-Profil haben (zu der Familie).
Verhalten beim Menschen
Auch beim Menschen zeigen sich ähnliche Verhaltensweisen. Ein Wissenschaftler gab Studenten
einer Universität mit unterschiedlichen MHC-Profilen ein T-Shirt welches sie zwei Nächte lang tragen
sollten, sodass es den Geruch aufnimmt. Diese T-Shirts wurden dann den Studentinnen gegeben die
den Geruch bewerten sollten. Es zeigte sich, dass die Studentinnen vor allem Gerüche als positiv
bewerteten die ihrem MHC-Profile relative unähnlich waren.
In einem anderen Versuch zeigte sich, dass im gleichgeschlechtlichen Fall wieder die Gerüche positiv
bewertet wurden, die dem eigenen MHC-Profil eher ähnlich sind. Ist das MHC-Profil zweier Personen
also eher ähnlich, so wird er (unterbewusst) eher in die Kategorie der Familie geschoben – ist das
Profil deutlich anders so ist die Person eher ein potentieller Partner (wenn vom anderen Geschlecht).
Und auch das Neugeborene (welches noch nicht sehen kann zu Beginn) erkennt die Mutter zunächst
scheinbar nur am Geruch und am MHC-Profil.
Seite 4
Evolution
Georges Baron de Cuvier
Cuvier stellte die Theorie des Katastrophismus auf und war einer der
ersten die sich mit Evolution beschäftigten. Er ging von der Annahme
aus, dass sich Individuen einer Art nicht verändern können. Dagegen
sprach er von immer wiederkehrenden Katastrophen die alles auf der
Erde befindliche auslöschen.
Nachdem die Katastrophe alles ausgelöscht hatte entstanden die
Arten jeweils neu und in einer anderen Weise (die er allerdings als
eher zufällig ansah). Die Arten ändern sich also nicht sondern sterben
alle aus und entstehen neu.
Katastrophe – alle sterben
Zu dieser Annahme gelangte Cuvier mittels Fossilienfunden. Die
Fossilien die er fand waren je nach Alter in verschiedenen
Gesteinsschichten und es zeigte sich, dass die Fossilien die den
Menschen am unähnlichsten waren am ältesten sind. Daraus folgerte
Cuvier, dass eine Gesteinsschicht in etwa die Zeit zwischen zwei
Katastrophen darstellt, was damals noch von der breiten Masse
akzeptiert wurde.
Bei Evolutionstheorien wird oft das Beispiel der Giraffen verwendet
und wie sie aus ihrem kurzen ein langer wurde. Nach Cuvier gab es eine andere Art die der Giraffe
zwar ähnlich war, allerdings noch einen kurzen Hals hatte. Anschließend kam irgendeine große
Katastrophe wie eine Sinflut die alle Tiere auf der Welt auslöschte. Danach entwickelte sich ein neues
Lebewesen, welches einen längeren Hals hatte – dieses Lebewesen hat allerdings nichts mit der
ursprünglichen Form zu tun – so Cuvier.
Jean-Baptiste de Lamarck
Lamarck war ein Verfechter der Gradualismus. Er sagte, dass die Natur
keine Sprünge macht und sich dagegen in langsamen Schritten
entwickelt. Dabei entwickeln sich Lebewesen immer weiter, desto
länger sie Zeit haben.
Durch häufigen Gebrauch
Er sagte weiter, dass eine Art je vollkommener ist, desto länger sie
existiert. Der Mensch also, der als die vollkommenste Art angesehen
wurde muss als Konsequenz am längsten existieren und Bakterien
beispielsweise eher eine kürzere Zeit.
Die Triebfeder der Evolution war bei Lamarck der
Vervollkommnungstrieb. Gebraucht ein Lebewesen ein Organ oder
eine Gliedmaße,… besonders häufig, so verändert sich die Funktion des
Organs – es passt sich an die Umwelt an. Dagegen bilden sich andere
Organe bei Nichtgebrauch eben auch zurück. Die dann neu
erworbenen Veränderungen werden dann an die nachkommenden
Generationen weitervererbt.
Seite 5
Nächste Generation
Auch hier kommt wieder das Beispiel mit den Giraffen und ihren Hälsen. Nach Lamarck haben die
Giraffen ihren Hals oft gestreckt um an höhere Blätter zu kommen. Dadurch ist der Hals dann
gewachsen, länger geworden. Diese neue Eigenschaft „langer Hals“ wurde dann an die folgenden
Generationen weiter vererbt.
Charles Darwin
Darwin ist wohl der bekannteste Evolutionstheoretiker der
vergangenen Zeit. Er erklärte die Evolution mittels dem Prinzip
„survival of the fittest“. Es gibt im natürlichen Lebensraum der Tiere
immer ein zu geringes Maß an Ressourcen für die Anzahl an
Lebewesen die diese benötigen. Die Lebewesen müssen also um die
Ressourcen kämpfen – und es gewinnt (auf lange Sicht) immer das
Lebewesen, was stärker (fitter) ist.
Nur die starken Lebewesen haben nun überlebt und nur diese können
ihre Gene weitergeben. So werden negative Eigenschaften auf lange
Zeit durch natürliche Selektion aussortiert. Die positiven
Eigenschaften werden dagegen weitervererbt.
Nächste Generation:
nur Nachkommen von
überlebender Giraffe
Die unterschiedliche Anpassung verschiedenster Individuen einer Art
kommt daher, dass durch Mutationen und die natürliche
Rekombination bei der Vererbung immer wieder neue
Genkombinationen entstehen sodass sich auch neue Eigenschaften
ausbilden.
Zurück zum Giraffenbeispiel. Nach Darwin entstanden aus den
kurzhalsigen Giraffen durch Rekombination und Mutation auch
Giraffen mit langen Hälsen. Die Giraffen mit den kurzen Hälsen
starben größtenteils, da sie nicht an die zu hoch gelegene Nahrung
kamen und einen Selektionsnachteil hatten. Die Giraffen mit langen Hälsen konnten sich weiter
ernähren und konnten die Eigenschaft „langer Hals“ weiter vererben. Daher haben die Giraffen heute
einen langen Hals.
Darwin ist der angesehenste Evolutionstheoretiker der Vergangenheit. Auch Theoretiker der
heutigen Zeit nehmen Darwin oft als Grundlage ihrer Begründungen.
Triebfedern der Evolution
Im Unterricht hatten wir es von verschiedenen Triebfedern der Isolation. Also den Faktoren, die die
Evolution vorantreiben und überhaupt ermöglichen. Wir haben fünf Faktoren betrachtet. Mit Hilfe
dieser Faktoren lässt sich die Geschichte und Entwicklung der Arten bei den meisten Lebewesen
erklären. Nebenbei: zu einer Art gehören alle Individuen die miteinander fruchtbare Nachkommen
zeugen können. Tiger und Löwen beispielsweise können zwar miteinander Nachkommen zeugen,
diese können allerdings selbst keine Nachkommen mehr bekommen. Daher sind Tiger und Löwe
Individuen zweier Arten. Dagegen können Lama und Alpakas gemeinsame Nachkommen zeugen die
sich weiter fortpflanzen können – sie sind also Individuen einer Art!
Seite 6
Hier finden sich noch mal die fünf Triebfedern der Evolution:
Rekombination
Mutation
Selektion
•Bei der Vererbung werden
Keimzellen zufällig gewählt
•Zufall welches Spermium die
Eizelle befruchtet
•verschiedene Nachkommen
•spontane Veränderungen des
Genmaterials durch äußere
Einflüsse (Strahlung, etc.)
•natürliche Selektion nach Charles
Darwin
•weniger angepasste Individuen
sterben auf lange Zeit gesehen
aus, besser angepasste überleben
Variabilität
Isolation
•Die Individuen einer Art sind
niemals gleich. Durch die
enormen Möglichkeiten an
Genkombinationen sind sie sehr
varibel
•Gruppen von Individuen einer Art
können durch Trennung
voneinander isoliert werden
sodass sie sich verschieden
entwickeln.
Fertig ist auch die Biologie-Zusammenfassung. Es ist echt eine Menge an Stoff und Zeug
zum auswendig lernen. Allein die Evolution wäre genug gewesen für eine Klausur aber na
gut. Ich denke/hoffe es passt vom Inhalt alles soweit.
Bei Fragen/Fehlern/eigenen Zusammenfassungen könnt ihr mir wie immer eine Mail
schreiben ([email protected]). Ansonsten viel Erfolg bei der Klausur am Donnerstag.
Gruß,
Florian
Seite 7