Verhalten

Thema: Verhalten

T Definition: Wechselwirkungen mit der Umgebung, Körperhaltung und Lautäußerungen

werden als Verhalten bezeichnet.

Beim Menschen ist die Verhaltensforschung sehr schwierig, weil gelernte Reaktionen den ursprünglichen

Ablauf der natürlichen Reaktion beeinflussen können.

Säugling sind stark Reflex - gesteuert.

Reiz - Reaktions - Schema (Black Box):

T Ererbtes Verhalten

Der Ablauf dieser Verhaltensweisen ist weitgehend festgelegt. Er beruht nicht auf Erfahrungen, die ein

Lebewesen in seiner Umwelt macht, sondern ist das Ergebnis einer langen Stammesgeschichte.

Methoden zum Nachweis ererbten Verhaltens

T Attrappenversuche

Natürliche Reize, die ein Verhalten auslösen, werden auf möglichst einfache Art künstlich nachgebildet und

auf ihre auslösende Wirkung hin überprüft. Reagiert ein Tier auf besonders einfache Attrappen, deutet dies

auf ein ererbtes Verhalten.

T Aufzucht unter Erfahrungsentzug

Die Versuchstiere werden von ihren Artgenossen isoliert aufgezogen und auf ihr Verhalten hin untersucht.

Findet man bei ihnen Verhaltensweisen, die mit denen ihrer Artgenossen übereinstimmen, so kann man

daraus schließen dass diese angeboren sind, weil sie diese von Niemandem lernen konnten. Bei den meisten

sog. Kaspar - Hauser - Experimenten stellt man fest, dass die Grundlage für das Verhalten zwar vorhanden

ist, Erfahrung und lernen aber auch eine bedeutende Rolle spielen.

T Kreuzungsexperimente

Werden bei Kreuzungsexperimenten unterschiedliche Verhaltensweisen den Mendelschen Gesetzten

entsprechend vererbt, so ist bewiesen, dass diese im Erbgut gespeichert sind.

T Instinktverhalten

Bei einer Instinkthandlung kann man drei Abschnitte unterscheiden:

ungerichtetes Appetenzverhalten: richtungslose Aktivität (das wie suchen nach

Beute aussieht)

gerichtetes Appetenzverhalten: gerichtete Annäherung an das erspähte Objekt

(Beute); Dies wird auch als Taxis bezeichnet.

instinktive Endhandlung: Vollendung der Taxis (z.B. Ergreifen, Töten und

Verzehrung der Beute)

T Motivation (Handlungsbereitschft)

Eine Instinkthandlung läuft nur ab, wenn eine gewisse Bereitschaft des Organismus vorliegt. Diese kann

durch verschiedene Faktoren bestimmt werden (z.B. Glukosemangel als innerer Faktor;

Jahreszeit/Temperatur als äußerer Reiz). Nach Ablauf der instinktiven Endhandlung kann die

Handlungsbereitschaft bis auf Null absinken.

T Schlüsselreiz und Auslöser

Eine Instinkthandlung wird in der Regel von einem Außenreiz ausgelöst. Dieser Reiz heißt Schlüsselreiz.

Geht dieser von einem anderen Lebewesen aus, nennt man ihn auch Auslöser. Oft werden

Instinkthandlungen durch eine Kombination von Schlüsselreizen ausgelöst.. Als Schlüsselreiz können alle

Reize gelten, die von den Sinnesorganen aufgenommen werden. Welche Reize als Schlüsselreize wirken

kann man anhand von Attrappenversuchen feststellen. Geht der Schlüsselreiz von einem Artgenossen aus,

so nennt man ihn Auslöser.

T Angeborener Auslösender Mechanismus (AAM)

Die Auslösung einer Instinkthandlung erfordert einen nervösen Mechanismus, einen neurosensorischen

Filtermechanismus, der den Schlüsselreiz von anderen Reizen unterscheidet. Man nennt einen solchen

Mechanismus des ZNS, der den Schlüsselreiz von allen anderen Reizen unterscheidet den angeborenen

auslösenden Mechanismus, kurz AAM.

T Reizsummenregel

Es gibt Verhaltensweisen, die durch verschiedene Schlüsselreize ausgelöst werden können. Werden die

Reize kombiniert, so ist die Gesamtwirkung größer. Dies bedeutet aber nicht, daß die einzelnen Reize streng

additiv wirken, sondern nur, daß sie in Kombination eine stärkere Wirkung ausüben.

T Doppelte Quantifizierung einer Instinkthandlung

Manche Verhaltensweisen können mit unterschiedlicher Stärke ausgeführt werden. Man kann beobachten,

daß die Stärke des Verhaltens von der Reizstärke und von der Höhe der Motivation abhängig ist. Das

folgert man aus der Tatsache, daß die gleiche Stärke einer Reaktion entweder bei stark auslösendem Reiz

und geringer Motivation oder bei schwacher Reizintensität und starker Motivation auftritt.

T Handlungsketten

Handlungsketten sind eine Folge sich anschließender Schlüsselreize, wobei jeder Schlüsselreiz einen

Auslöser für die nächste Tat ist. Eine Handlungskette kann nicht in der Mitte beginnen. Brechen die Reize

ab, so hört die Handlungskette an dieser Stelle ab.

T Leerlaufhandlung

Wird eine Instinktive Endhandlung längere Zeit nicht ausgelöst, kann ihr Antrieb immer stärker werden.

Bleibt selbst ein schwacher Reiz aus, so läuft die instinktive Endhandlung ausnahmsweise ohne Schlüsselreiz

ab.

T Prägung

Prägung bedeutet das schnelle Erlernen einer Reizsituation, durch die ein bestimmtes angeborenes Verhalten

ausgelöst wird. Sie weißt bestimmte Ahnlichkeiten mit der bedingten Konditionierung auf, jedoch

unterscheidet sie sich in folgenden Punkten:

Prägung ist nur in einer zeitlich begrenzten, der sensiblen Phase im Leben des Tieres

möglich.

Prägung ist irreversibel.

Eine unmittelbare 'Belohnung' ist nicht notwendig.

T Lernen

Lernen ist im allgemeinen die individuelle Anpassung des Verhaltens an die Gegebenheiten der Umwelt,

wobei die Lernphase als Verschränkung von angeborenen und erworbenen Verhaltensweisen aufzufassen

ist.

T Konditionierung

Das Erlernen eines bestimmten Reiz - Reaktions - Musters: Auf eine bestimmten Reiz hin, erfolgt eine

bestimmte Reaktion. Die Konditionierung kann erfolgreich bei einer Therapie angewandt werden.

T Übersprungverhalten

Wenn die Motivationen zweier Reize gleich groß sind und diese in Konflikt treten (z..B. Kämpfen oder

fliehen), so springt diese Motivation auf einen dritten, völlig anderen Reiz über und wird abgespult.

Thema: Neurologie

Begriff

Funktion

Neuron (Nervenzelle)

Informationsverarbeitung

Soma

Nimmt Information auf und verarbeitet sie

Dendrit

Leitet Informationen zum Soma

Neurit (Axon)

Sendet Informationen, die vom Soma kommen zu anderen Zellen

Markscheide

Isolierungsschicht des Axons

Schwannsche Zellen

Bilden die Markscheide und ernähren die Zellen

Synapsen

Reizweiterleitung

T Definition: Als Reiz bezeichnet man eine physikalische oder chemische Einwirkung, die von

einem Organismus aufgenommen werden kann, d.h. für die er Sinneszellen besitzt. (Außen-,

Innenreiz)

Reizweiterleitung

T Membranpotential

Zwischen dem Zellinneren (Axon) und dem Außenmedium liegt eine elektrische Spannung. Sie kann mit

Hilfe zweier Elektroden gemessen werden. Dazu hält man die eine Elektrode in das Medium, die andere

sticht man in die Zelle ein. Auf dem Oszillographen kann man eine Spannung von ca. -30 mV beobachten.

T Ursachen für das Membranpotential

Das Membranpotential beruht auf der unterschiedlichen Verteilung von Ionen im Innen- und Außenmedium

sowie der unterschiedlich großen Permeabilität der Zellmembran für gewisse Ionen.

Die positiv geladenen Kaliumionen können sich ungehindert durch die Membran hindurch bewegen,

während die großen, negativ geladenen Moleküle in der Zelle festgehalten werden. Die ebenfalls positiv

geladenen Natriumionen werden durch einen aktiven Transportvorgang aus der Zelle entfernt.

T Das Aktionspotential

Ein AP ist eine kurzfristige Spannungsumkehr in der Zelle. Zunächst strömen Kaliumionen in die Zelle, so

dass die negative Ladung geringer wird. Daraufhin ändern sich die Membraneigentschaften so, dass Natrium

in die Zelle eindringen kann. Das geschieht so schnell, so dass sich im Zellinneren insgesamt eine Positive

Ladung aufbaut.

Wenn ein Aktionspotential entstanden ist an einer Zelle, wandert es durch Ionenaustausch an bestimmten

Stellen - den Ranvier’schen Schnürringen - am Axon entlang. Das Aktionspotential begrenzt sich in

seiner Höhe von selbst, denn wenn zu viele Natriumionen in die Zelle eindringen, werden erst die Kalium-

später auch die Natriumionen aus der Zelle befördert, so dass sich wieder eine negative Spannung aufbaut.

Damit ist das Neuron wieder korrekt polarisiert. Dieser Vorgang ist so schnell, dass an der Axonmembran

erst nach der refraktär Phase ein weiteres Aktionspotential entstehen kann.

T Elektrotonische Weiterleitung (nur bei Marklosen Fasern)

Reizt man mit einem unterschwelligen Stromimpuls ein Axon einer marklosen Faser, so kann man an den

benachbarten Ableitungen eine schlagartige Ausbreitung der Depolarisation über einige Millimeter nach

beiden Seiten beobachten, deren Grad rasch mit der Entfernung von der Reizstelle abnimmt. Diese Art von

Potentialausbreitung nennt man passiv oder elektrotonisch.

T Saltatorische Erregungsleitung (bei markhaltigen Fasern)

Durch die Schwannschen Zellen wird das Axon von der Na+ haltigen Gewebsflüssigkeit isoliert. Nur an den

ranvierschen Schnürringe besteht Kontakt zwischen dem Axon und der leitenden Flüssigkeit.

T Strömchentheorie der Erregungsleitung

Reizt man mit einem überschwelligen Stromimpuls, so entsteht ein Aktionspotential. Betrachtet man die

Ionenverteilung an der Membran, so wird deutlich dass die Membran an dieser Stelle umgepolt ist. Positive

und negative Ladungen grenzen an einander, ohne dass sich eine Membran dazwischen befindet.

Ausgleichsströmchen sind die Folge. Diese ernidrigen das Membranpotential der benachbarten Stellen, so

dass auch hier ein Aktionspotential erzeugt wird.

T Reizweiterleitung an der Synapse

Ein ankommendes AP erregt die Kalziumporen an der Membran des Endknöpfchens T

Die Poren öffnen sich und Ca2+ strömt ein.

Die synaptischen Bläschen, welche Acetylcholin (Ach) enthalten, verschmelzen mit der

präsynaptischen Membran (PSM) T ACh strömt in den synaptischen Spalt.

ACh Moleküle besetzten die Rezeptoren an der subsynaptischen Membran (SSM) für

ca. Eine Millisekunde

Na + Ionen können aus dem synaptischen Spalt ins Innere der (Muskel-) Zelle gelangen;

weitaus mehr als K+ Ionen raus.

Der Spannungsunterschied bewirkt eine Depolarisation

Diese Depolarisation breitet sich elektrotonisch auf der SSM aus und löst dort - wenn

überschwellig - ein AP aus.

Die ACh Moleküle verhalten sich im synaptischen Spalt wie Pingpong Bälle: Sie können

mehrere Rezeptoren besetzten und werden danach wieder abgestoßen. Trifft das

Molekül aber auf das Enzym Cholinesterase, so wird es in Acetat - Ionen und Cholin

gespalten. Dies verhindert eine Dauererregung. Die einzelnen Ionen diffundieren wieder

in den Endknopf und werden dann wieder zu ACh umgewandelt.

T Das Endplatten Potential

Die postsynaptische Membran (PSM) besitzt wie Neuronen ein Ruhepotential. Werden wie

bei der Reizweiterleitung an der Synapse ACh Moleküle in den synaptischen Spalt

ausgeschüttet, dann treffen sie auf die Ionenporen mit den ACh - Rezeptoren. Werden diese

besetzt, öffnen diese sich und Na+ - Ionen treten in die Zelle ein, viel mehr als K+ - Ionen in

den synaptischen Spalt hinein. Es entsteht eine Depolarisation, d.h. das Potential verringert

sich. Die Depolarisation breitet sich elektrotonisch auf der PSM aus

T Zeitliche Summation

Kommen an einer Zentralen Synapse kurz hintereinander mehrere AP an, so überlagern sich

die durch diese AP ausgelösten postsynaptischen Depolarisationen zu einem

postsynaptishcen graduierten Potential , dessen Höhe von der Impulsfrequenz abhängt.

Das graduierte PSP breitet sich elektrotonisch auf der Somamembran bis zum Axonhügel aus

und löst dort als postsynaptisches Generatorpotential - wenn überschwellig - ein AP aus.

T Räumliche Summation

Kommen an einem zentralen Neuron gleichzeitig über verschiedene Axone mehrere AP an, so

überlagern sich die durch diese AP ausgelösten postsynaptischen Depolarisationen zu einem

postsynaptischen graduierten Potential, dessen Höhe von der Impulsfrequenz abhängt. Das

graduierte PSP breitet sich elektrotonisch auf der Somamembran bis zum Axonhügel aus und

löst dort als postsynaptisches Generatorpotential - wenn überschwellig - fortgeleitete AP aus.

T Erregende interneurale Transmitter

Die Synapsen zwischen zwei Neuronen (interneurale -) arbeiten grundsätzlich wie motorische

Endplatten. Neben ACh findet man hier aber auch andere Transmitterstoffe . Auch diese

Stoffe werden im synaptischen Spalt von Enzymen abgebaut (keine Dauererregung). Das AP

das an einer erregenden Synapse ankommt, erzeugt in der postsynaptischen Zelle eine

kurzzeitige Depolarisation. Es heißt erregendes postsynaptisches Potential, kurz EPSP. Bei

der Summation wirken erregende AP addierend.

T Hemmende interneurale Synapsen

An einer hemmenden Synapse erzeugt ein ankommendes AP hingegen eine

Hyperpolarisation der Folgezelle. Es heißt inhabitatorische postsynaptisches Potential, kurz

IPSP. Bei der Summation wirken hemmende AP subtrahierend.

Gifte

Wirkungsort des Giftes

Auswirkung für den Körper

ACh - Rezeptor der Ionenporen im synaptischen Spalt

Die Ionenpore bleibt geschlossen T Tod durch Atemlähmung,

Herzstillstand etc

ACh Rezeptor in synaptischen Spalt

Die Ionenporen bleiben geöffnet T Dauererregung, Tod

Cholinesterase

ACh wird nicht mehr abgebaut und kann so nicht mehr insEndknöpfchen

gelangen, kein ACh Nachschub

Calciumporen am Endknöpfchen

Schlagartige Entleerung der synaptischen Bläschen

Synaptische Bläschen

Sie können nicht mehr ausgeschüttet werden T tödliche Atemlähmung

Thema: Muskulatur

T Aufbau von Muskeln

Muskelbestandteil

Beschreibung

Muskelzellen

Spindelförmig

Cytoplasma besteht aus Muskelfibrillen, diese können sich

zusammenziehen

Muskelfaser

Vielkerniges Gebilde (Syncytium)

viel länger als Muskelzellen

durchziehen den ganzen Muskel

Fibrillen

in Muskelfasern und Muskelzellen

2 Ausbildungsformen:

glatt und

quergestreift

Quergestreifte Fibrillen arbeiten viel schneller

Fibrillen der Quergestreiften Muskulatur besteht aus

Sakromeren

Herz- und Skelettmuskulatur sind quergestreift

Sakromere

wird durch zwei Z - Scheiben begrenzt

Innen:

dünne Filamente: Aktinfilamente

dicke Filamente: Myosinfilamente

Aktinfilamente ragen von den Z - Scheiben ins Sakromer

Die Myosinfilamente liegen in der Mitte

Bei Kontraktion überlappen sich die Filamente stärker

Die Filamente sind bei quergestreifter Muskulatur regelmäßig

angeordnet, bei glatter unregelmäßig

T Muskelkontraktion

Ein einzelnes AP oder ein einzelner elektronischer Impuls löst eine Zuckung des Muskels aus. Bei einer

einzelnen Muskelfaser ist die Stärke der Zuckung von der Stärke des Impulses unabhängig. Bei einem

ganzen Muskel ist die Stärke der Kontraktion von der Stärke des Reizes abhängig.

Thema: Reflexe

Definition Reflex: Unter einem Reflex versteht man eine stets gleichbleibende (stereotype),

vorhersehbare, direkt eintretende Reaktion auf einen Sinnesreiz.

T Monosynaptischer Reflex

Wenn der Rezeptor im Erfolgsorgan liegt (s. Patellarsehnenreflex), und die Verschaltung nur über eine

Synapse läuft, spricht man von einem Eigen- oder monosynaptischen Reflex.

T Polysynaptischer Reflex

Im Gegensatz zu monosynaptischen Reflexen, welche aus je einer efferenten- und einer afferenten

Nervenzelle (folglich auch nur einer Synapse) geschaltet werden, werden polysynaptische Reflexe über

mehrere Synapsen geschaltet. In den meisten Fällen erreichen die Verschaltungswege nur bis zum

Rückenmark. In einzelnen Fällen werden Reflexe im sog. Rautenhirn verschaltet.

T Eigenreflex

Wenn der Rezeptor im Erfolgsorgan liegt (s. Patellarsehnenreflex), und die Verschaltung nur über eine

Synapse läuft, spricht man von einem Eigen- oder monosynaptischen Reflex.

T Fremdreflex

Wenn der Rezeptor eine Reaktion an einer anderen Stelle des Körpers auslöst, erfolgt die Verschaltung

über mehrere Neurone und man spricht von einem Fremd- oder polysynaptischen Reflex.

Thema: Rezeptoren

Rezeptoren sind im einfachsten Fall, marklose Endigungen von Nervenfasern oder spezialisierte Zellen, die

Reize aufnehmen und in Erregungen (AP) umwandeln. Der Rezeptor antwortet auf einen Reiz erst, wenn

dieser eine bestimmte Intensität aufweist. Dann allerdings nach dem Alles - oder - Nichts - Gesetz.

Man kann verschiedene Typen von Sinneszellen unterscheiden:

phasische Sinneszellen: Bei gleichbleibender Reizung fällt die Impulsfrequenz schließlich

auf Null ab.

tonische Sinneszellen: Sie ändern ihre Impulsfrequenz bei der gleichen Reizstärke fast

nicht

phasisch - tonische Sinneszellen: Am Anfang ist die Impulsfrequenz sehr hoch, sie fällt

jedoch bei gleicher Reizintensität auf einen niedrigen Wert herab.

Thema: Bakterien

T Bakterien - Einführung

Unter dem Begriff Bakterien faßt man eine Menge recht unterschiedlicher Organismen zusammen. Es sind

Zellen, die biologisch verschieden reagieren und chemisch verschieden aufgebaut sind. Sie ähneln sich nur in

anatomischen Eigenschaften:

Eucyte (echte Zelle)

Procyte (o. Protocyte)

Pflanzen: Zellwand (Zellulose) + Plasmamembran

Tiere: Plasmamembran

Bakterien: Murein (-sacculus)

Zellkern mit Membran (welche mit Poren versehen ist

DNA schwimmt frei im Cytoplasma, ist ringförmig angeordnet (Bakterien

- Chromosom)

Mitochondrien

Mesosomen (evtl. Vorstufen der Mitochondrien)

Pflanzen: Thylakoide in Organellen (T Chloroplasten)

Thylakoide frei im Plasma

Geißeln mit Basalkörper

Geißeln ohne Basalkörper

80 - S Ribosomen

70 - S Ribosomen

Besonderheiten:

Extrachromosomale DANN - Anteile = Plasmide

Sexual Pili

T Wachstum von Bakterien in flüssigen Medien

Man kann Bakterien in flüssigen Medien z.B. Bouillon züchten. Diese müssen dann aber mit einer

Energiequelle (z.B. Glucose) angereichert sein.

Bakterien vermehren sich durch Teilung, d.h. sie schnüren nach einer bestimmten Zeit ein Teil ihres Körpers

ab, aus dem dann eine neue Bakterie wird. Dieser Vorgang hat keinerlei Ahnlichkeit mit der Mitose oder

Meiose. Dieser Vorgang geschieht auch viel schneller als die Mitose oder die Meiose. Außerdem ist das

Wachstum der Bakterien exponentiell.

Überimpft man eine kleine Menge von Bakterien in ein frisches Medium, brauchen diese eine Gewisse

Anlaufzeit, bis die Teilung der Zellen beginnt (engl. Lag - Phase). In der lag - Phase werden die neuen

Nährstoffe aufgenommen und der Stoffwechsel auf die entsprechenden Enzyme zur Verwertung der

Nährstoffe umgestellt. Danach beginnt die Phase der exponentiellen Vermehrung (log - Phase). Ist eine

gewisse Abundanz erreicht, stagniert der Titer. In dieser Phase werden zu viele wachstumshemmende Stoffe

von den Bakterien ins Medium gegeben. In dieser stationären Phase halten sich die Teilungsrate und die

Sterberate der Bakterien in der Waage. Einige Tage nach erreichen der stationären Phase sterben die

Bakterien ab. Sie vergiften sich mit ihren eigenen Stoffwechselprodukten. Es geschehen zwar noch

vereinzelt Teilungen, jedoch überwiegt die Sterberate.

T Wachstum auf festem Medium

Bakterienkolonien können auch auf festen Agrarnährböden wachsen. Verdünnt man eine flüssige

Bakterienkultur bis zu einem Titer von einigen Hundert Bakterien pro m l und verstreicht davon einige

Tropfen auf der Agraroberfläche, findet man am nächsten Tag (bei 37 °C) auf der Platte einzelne Kolonien

mit einem Durchmesser von 1 - 5 mm. Jedes Bakterium hat sich zu einer Kolonie vermehrt. Streicht man

10.000 Bakterien oder mehr auf einer Petrischale aus und wartet ab, so entsteht ein Bakterienrasen.

T Zur Ernährungsweise von Organismen

Grüne Pflanzen: autotroph (PS)

Tiere: heterotroph (organische Stoffe müssen aufgenommen werden)

Bakterien:

Wildtyp: prototroph: Sie wachsen auf einem Minimalmedium mit Zucker und

Stickstoffhaltigen Salzen T Sie können alle Aminosäuren synthetisieren

Mutanten: auxotroph: Sie können auf einem Minimalmedium nicht wachsen, da sie einen

bestimmten Syntheseschritt nicht durchführen & deshalb auch nicht eine der (ca. 20)

Aminosäuren bilden. Diese Mutanten heißen Aminosäuremangelmutante.

T Isolation biochemischer Mangelmutanten

Eine Bakterienkultur wird (im Vollmedium) mit Röntgenstrahlen bestrahlt und anschließend für ca. 24 h

unter günstigen Bedingungen gezüchtet. So ist sichergestellt, daß sich nicht nur die prototrophen, sondern

auch die auxotrophen Bakterien sich vermehren. Jetzt werden die Bakterien aus dem Vollmedium getrennt

(durch Zentrifugation) und auf ein Minimalmedium mit Stickstoffmangel gesetzt. Die Mutanten gehen nach

Verbrauch der Reservestoffe in den Ruhezustand über. Um die nicht mutierten Bakterien zu isolieren bringt

man die Zellen auf ein Minimalmedium mit Salz (NH4SO4) als Stickstoffquelle. Bei Anwesenheit von

Stickstoff können die nicht mutierten Bakterien ihren Stoffwechsel wieder aufnehmen, während die

Mutanten im Ruhezustand verharren. Durch den Zusatz von Penicillin wird der überwiegende Teil der sich

teilenden Zellen abgetötet, die ruhenden (mutierten) Zellen hingegen werden vom Penicillin nicht angegriffen.

Dann plattet man geringe Mengen dieser Suspension auf einem Vollmedium aus, auf dem sowohl die

mutierten- als auch die nicht mutierten Zellen wachsen. Dadurch wird eine Anreicherung der Mutanten

bewirkt. Danach verfährt man nach den Replikaplattierungsverfahren: Mit Hilfe eines sterilen

Samtstempels werden nun Abdrücke der Ausgangsplatte auf Voll- sowie Minimalnährböden gedrückt.

Anschließend züchtet man die Kolonien in einem Wärmeschrank (die Anordnung der Kolonien ist dieselbe

wie beim 'Original'). Nach einiger Zeit untersucht man die Medien: Nur die Kolonien der auxotrophen

Zellen fehlen auf dem Nährboden, während sie auf dem 'Original' vorhanden sind. Sind die Nährböden

durch ihre fehlenden Aminosäuren gekennzeichnet, so kann man die Art von Mangelmutante feststellen.

Thema: Viren

T Was sind Viren?

Viren sind winzige Teilchen, die aus einem Nukleinsäurefaden (DNA o. RNA) und einer Kapsel

unterschiedlicher Form die aus Eiweißen besteht und noch Anhänge trägt. Sie sind lichtmikroskopisch nicht

sichtbar.

T Temperente Phagen und Virulente Phagen

Virulente Phagen: Bei Befall eines Bakteriums durch einen virulenten Phagen läuft sofort der

T lytische Zyklus ab.

Temperente Phagen: Bei Befall eines Bakteriums durch einen temperenten Phagen wird die

DANN des Phagen als Prophage in die Bakterien - DNS eingebaut und mit - vermehrt. Das

Bakterium ist vor einer Neuinfektion durch andere Phagen geschützt. Durch Bestrahlung mit

UV - Licht oder einem Temperaturschock löst sich der Prophage und geht in den lytischen

Zyklus über.

T Lytische Phagenvermehrung

Der Zyklus, der mit der Auflösung der Wirtszelle endet wird als lytischer Zyklus bezeichnet.

Adsorbtion: Zufälliger Kontakt mit der Bakterienzelle (strenge Wirtsspezifität)

Injektion: Lysozym 'fräst' ein Loch in das Rezeptorprotein und löst die Zellwand auf. Kontraktion

des Schwanzstiftes und Injektion der Virus DNS.

Latenzphase und Synthesephase: Außerlich ist keine Veränderung zu beobachten, im Innern bilden

sich aber die Bauteile der Phagen (unter Verbrauch der B. - DNS)

Self - Assembly oder Reifung: Phagenbestandteile lagern sich durch chemische Anziehung zusammen.

Lyse: Auflösung der Bakterienwand durch das Enzym Lysozym. Die neu gebildeten Phagen treten

aus.

T Lysogene Phagenvermehrung

Der lysogene Zyklus ist dem lytischen Zyklus sehr ähnlich: Der Unterschied ist nur, daß vor der Latenzphase

der Nukleotidfaden in die Bakterien - DNS eingliedert und so die Zelle (vorerst) nicht zerstört.

T Transduktion

Ein das Erbgut verändernder Prozeß bei Bakterien. Dabei übertragen Bakteriophagen Merkmale von ihrem

letzten Wirtsbakterium auf die neu infizierte Zelle. So werden kleine Stücke des Bakteriengenoms überführt,

was zu einer Rekombination führt.

T Transformation

Die Aufnahme von reiner DNS durch Bakterien bezeichnet man als Transformation. Das aufgenommene

Material wird so in das Genom des Bakteriums integriert, daß die Information abgelesen werden kann und

zu einer Veränderung der Eigenschaften führt.

Thema: Das genetische Material

T Chemischer und räumlicher Aufbau der DNS

Die DNS (Desoxyribonukleinsäure) ist der chemische Träger unserer Erbinformation. Sie ist

im Zellkern lokalisiert. Am chemischen Aufbau der DNS sind 4 Basen beteiligt: Adenin (A),

Thymin (T) [bei RNS ist es Uracil (U)], Cytosin (C) und Guanin (G).Diese Basen sind an einem

Zuckermolekül [bei der DNS ist es Desoxyribose, bei der RNS Ribose] verknüpft. Die

Zuckermoleküle sind mit Phosphorsäuremolekülen verbunden.

Die Basen können sich nur in bestimmten Kombinationen zusammentun: Adenin zu Thymin

und Cytosin zu Guanin. Verknüpft werden die Basen durch Wasserstoffbrücken. Bei A - T sind

es 2, bei C - G sind es 3.

Nach physikalischen Untersuchungen der Wissenschaftler Watson & Crick 1953 hat besteht

die DNS aus zwei langen Polynukleotidsträngen, die über die Basen verknüpft sind. Es ist ein

Doppelstrang, der zudem noch schraubig gedreht ist, auf jede Windung kommen 10

Nukleotidpaare. Man spricht dann von einer Doppelhelix - Struktur. Die beiden Stränge sind

komplementär gebaut, d.h. durch die Basensequenz des einen Strangs ist auch die des

anderen festgelegt. Zudem verlaufen die Stränge antiparallel. Zu erkennen ist dies an den

Phosphatbrücken zwischen den Zuckern (vom 3. Zum 5. C - Atom) in den beiden Strängen in

unterschiedlicher Richtung.

T Replikation der DNS (Forschungsergebnisse an E. Coli)

Entwindung der DNS und öffnen des Doppelstrangs durch Entwindungsenzyme

(Helicasen), sowie Stabilisierung der Einzelstränge durch spezielle Eiweiße

Die Neusynthese der Tochterstränge mit Hilfe der DNS - Polymerase (kann nur in

5’ - 3’ Richtung verlaufen, da die Polymerase ein neues Nukleotid jeweils

nur an der 3’ - OH - Gruppe der Desoxyribose anlagern kann)

Leitstrang: Auf einer Seite läßt sich der Tochterstrang kontinuierlich

synthetisieren

Folgestrang: Im neu geöffneten Bereich der Replikationsgabel existiert kein

3’ - OH Ende des Zuckers

Anlagern von RNS - Primern (wenig Nukleotide) mit freiem

3’ - OH - Ende alle ca. 10 Tripletts plus Okazaki-Stücke

(5-6 Tripletts); Synthese eines DNS Stückes mit Hilfe der DNS

Polymerase (Bis zum nächsten Primer)

Herausschneiden der Primer

Synthese von DNS im Bereich der herausgeschnittenen Primer -

Stücke

Schließen der Lücken durch DNS - Ligase

T Die Eigenschaften des genetischen Codes

Der genetische Code ist universell, d.h. er gilt für alle Lebewesen, er ist gleich codiert (vgl. Code -

Sonne)

Der genetische Code wird Komma- und überlappungsfrei abgelesen (vgl. Code Sonne)

Der genetische Code ist degeneriert, d.h. die Aminosäuren werden oft durch verschiedene Codons

bestimmt, so daß man nicht eindeutig bei Kenntnis der Aminosäure auf das Codon rückschließen

kann.

Der genetische Code wird in 5’ - 3’ - Richtung abgelesen.

Die Proteinbiosynthese

Die Proteinbiosynthese (PBS) dient dem Aufbau und Erhalt unserer Körpersubstanz besteht aus zwei

Vorgängen:

Transkription (Umschreiben), hier wird die DNS in die mRNS umgeschrieben.

Translation, (Übersetzen), hier wird die mRNS abgelesen und Proteine werden

gebildet.

T Transkription

Die Transkription ist der Replikation der DNS sehr ähnlich: Der Doppelstrang wird entwunden und

getrennt. Dann wird der Leitstrang durch ein Enzym (RNS - Polymerase) mit dem komplementären

Elementen der Ribonukleinsäuren verknüpft. Der entstandene Doppelstrang (Polynukleotid) heißt mRNS,

wird wieder gespalten, die Ribonukleinsäure wandert (bei Eukaryoten) ins Cytoplasma). Die Transkription

ist nötig, weil nur der Code der RNS außerhalb des Nukleus abgelesen werden kann. Der der DNS nicht.

T Translation

Der Ort der Translation sind die Ribosomen, welche die erforderlichen Enzyme besitzen.

Im Cytoplasma bindet eine bestimmte tRNS die für sie 'bestimmte' Aminosäure und heftet sich im Ribosom

an die mRNS.

Die Synthese der Proteine

Die Aminosäuren werden im Cytoplasma an eine tRNS gebunden. Jeder tRNS Typ kann nur eine

bestimmte Aminosäure binden (mit Hilfe eines spezifischen Enzyms). Die tRNA Moleküle haben einen

bestimmten Bau: Ein Teil der Basen ist gepaart; an vier Stellen treten jedoch Schleifen mit ungepaarten

Basen auf. An einer Schleife des Moleküls befindet sich ein bestimmtes Basen - Triplett, das mit dem

komplementären Codon der mRNS in Wechselwirkung treten kann. Man nennt dieses Triplett der tRNS

daher Anticodon. Am 3’ - Ende der tRNS, an dem die Aminosäure angeheftet wird, findet sich stets

die Basenfolge CCA. Die von tRNS mitgebrachten Aminosäuren werden am Ribosom zum Polypeptid

geknüpft. Die tRNS Moleküle sind mit Dolmetschern vergleichbar, welche die Sprache der DNS in die

Sprache der Proteine übersetzen.

Zur Synthese eines Polypeptids treten an die mRNS die beiden Untereinheiten eines Ribosoms heran und

bauen ein funktionsfähiges Ribosom auf. Die mRNS wandert dann durch das Ribosom hindurch. Beim Start

der Synthese lagert sich eine mit der Aminosäure Methionin beladene tRNS an das Start - Codon der

mRNS an, da diese tRNS das passende Anticodon trägt. Auf dem Ribosom befinden sich zwei

Bindungsstellen für beladene tRNS Moleküle, die als P - und A - Bindungsstellen bezeichnet werden. Die

Bindung der Start - Methionin tRNS erfolgt an der P - Bindungsstelle. An der noch freien A -

Bindungsstelle bindet dann eine weitere beladene tRNS, deren Anticodon zu dem Codon paßt, das in der A

- Bindungsstelle liegt. Nun erfolgt die Verknüpfung der Aminosäuren; dabei wird die tRNS der P -

Bindungsstelle aminosäurefrei und löst sich ab. Die mRNS wird nun um ein Codon verschoben, und die

tRNS der A - Bindungsstelle, an der die beiden verknüpften Aminosäuren (das Peptid) gebunden sind, muß

daher in die frei gewordene P - Bindungsstelle überwechseln. Die dadurch frei gewordene A -

Bindungsstelle, in der nun das nächste Codon liegt, bindet eine neue, beladene tRNS. Dann kann die

nächste Verknüpfung zwischen dem schon vorhandenen Peptid in der P - Bindungsstelle und der

Aminosäure in der A - Stelle stattfinden. Der ganze Vorgang geht weiter, bis ein Stop - Codon erreicht ist.

T Raumstruktur der Proteine

Schon während der Synthese des Polypeptids beginnt sich dessen Raumstruktur auszubilden; sie ist die

Folge von Bindungskräften zwischen den Seitenketten der verknüpften Aminosäuren. Die Raumstruktur

wird nach Ablösung vollendet also nicht speziell in der DNS codiert. Damit liegt ein funktionsfähiges Protein

(meist ein Enzym) vor.

Primärstruktur: Die Reihenfolge der Aminosäuren in einer Polypeptidkette heißt

Aminosäuresequenz oder Primärstruktur.

Sekundärstruktur: Sich wiederholende Strukturelemente der Polypeptidkette nennt man

Sekundärstruktur (Bsp. a - Helix b - Faltblatt)

Tertiärstruktur: Spezifische Raumgestalt.

Quartärstruktur: Wechselwirkungen einzelner Polypeptidketten in einem Proteinmolekül.

Genregulation

T Ein Gen, ein Enzym Hypothese

Jeweils ein Enzym ist auf einem Gen kodiert. Zu diesen Ergebnissen kam man nach der Erforschung von

Stoffwechsel - Reaktionsketten. Am Anfang steht ein Ausgangsstoff (Substrat) A, welcher nach der

Reaktionskette in den Stoff E umgewandelt werden soll. Bei der Proteinbiosynthese wird nach der Substrat

Induktion durch das Gen 1 das Enzym 1 gebildet. Dieses Enzym 1 tritt nun in Wechselwirkung mit dem

Substrat und wandelt es in Substrat B. Nun wird das Gen 2 abgelesen, in der Proteinbiosynthese wird das

Enzym 2 gebildet was dann wieder mit B in Wechselwirkung tritt und es in C umwandelt. Dann wird das

Gen 3 abgelesen usw.

Ist ein an der Reaktionskette beteiligtes Gen defekt (durch Mutation) so wird die Reaktionskette an dieser

Stelle unterbrochen.

T Substrat - Induktion

Bei Bakterien findet man zwar keine Chromosomen vor, jedoch haben sie DNA Fäden die die gleichen

Aufgaben. An Ihnen konnte man folgendes beobachten: Danach sind einzelne Gene zu einem Operon

zusammengefasst. Ein Operon enthält mehrere Strukturgene, Operator und einen Promotor. An dem

Operator lagert sich bei der Translation die RNS - Polymerase an. Dieser kann aber auch durch einen

Repressor blockiert sein.

Bei der Substrat Induktion dient das Substrat als Induktor, der den Repressor hemmt, d.h. er kann nicht

mehr mit dem Operator in Wechselwirkung treten. So kann auch die Proteinbiosynthese im Bereich des

Operons ablaufen. Die Substratinduktion findet vor allem bei der Synthese von Enzymen für abbauende

Stoffwechselreaktion.

T Endprodukt Repression

Bei der Endprodukt - Repression hemmt das aus der Stoffwechselkette produzierte (End-) Produkt den

Operator was zur Folge hat, dass die Gensequenz nicht ein weiteres Mal abgelesen wird.

Chromosomen

T Chromosomen

Mutationen

Genmutationen

Punktmutation: Austausch einer Base bzw. eines Nukleotids in der DNA

Rastermutation: (Leserasterverschiebung; Frameshift) Einschub (Insertion) oder Wegfall

(Deletion) eines Nukleotids, oder einer Gruppe von Nukleotiden, die kein Vielfaches

von drei ist. Ab dem Mutationsort liegt ein verrücktes Leseraster vor.

Chromosomenmutation

Dies sind Mutationen die die Struktur eines oder mehrerer Chromosomen betreffen. Sie sind

mikroskopisch faßbar

Deletion: Ein oder mehrere Chromosomenstücke gehen verloren

Inversion: Ein Chr. - Stück ist infolge Schleifenbildung und Bruch wieder umgekehrt

wieder eingefügt worden

Duplikation: Ein Chr. - Stück ist infolge eines (falschen) Chiasmas zwischen

Chromatiden homologer Chromosomen an nicht homologer Stelle verdoppelt worden.

Translokation: Ein Chromosomenstück ist infolge eines falschen Chiasmas zwischen

Chromatiden verschiedener Chromosomen auf ein anderes Chromosom übertragen

worden.

Genommutationen

Genommutationen sind eine Veränderung der Chromosomenzahl

Euploidie: Veränderung des ganzen Chromosomensatzes (x2; x3)

Aneuploidie: Veränderung der einzelnen Chromosomenzahl

z.B. Trisomie der Autosomen è Down Syndrom (Trisomie 21)

Trisomie der Heterosomen:

è Klinefelder - Syndr. xxy

è Triplo - X xxx

è Diplo - Y xyy

Monosomie: Turner - Syndrom x_

Ökologie

T Einführung

Alle Lebewesen sind von Ihrer Umwelt und beeinflussen sie ihrerseits. Die Einflüsse, die die Umwelt auf den

Organismus hat, kann man in zwei bereiche Einteilen:

T Abiotische Umweltfaktoren: Dies sind Faktoren, die aus der unbelebten Natur stammen, z.B. Licht,

Temperatur oder Wasserbeschaffenheit und

T Biotische Umweltfaktoren: Dies wiederum sind Faktoren, die von der lebenden Natur stammen, z.B.

Wasserpflanzen, Feinde oder Artgenossen

In einem bestimmten Lebensraum, dem Biotop, bilden Pflanzen und Tiere eine Lebensgemeinschaft, die

Biozönose. Die Einheit von Lebensraum und -gemeinschaft mit allen Wechselbeziehungen bezeichnet man

als Ökosystem.

Umwelttoleranzen

Es gibt zwei verschiedene Umwelttoleranzen in der biotischen Umwelt:

Euryökie: Eine Art mit einer breiten Umwelttoleranz bezeichnet man als eurypotent oder

euryök.

Stenökie: Eine Art mit einer engen Umwelttoleranz bezeichnet man als stenopotent oder

stenök.

Diese Bezeichnung euryök und stenök lassen sich auf alle biotischen Faktoren anwenden. So kann ein

Fisch z. B. stenök im Bezug auf die Wassertemperatur sein, aber euryök auf den Salzgehalt im Wasser.

Wechselbeziehungen zwischen Tieren und ihrer Umwelt

Viele Tiere können nur in bestimmten Temperaturbereichen ihre Lebenstätigkeit voll entfalten. Vögel und

Säuger sind durch ihre Fähigkeit zur Temperaturregulation weniger temperaturabhängig. Sie werden als

homöotherm klassifiziert. Zur Aufrechterhaltung ihrer Körpertemperatur benötigen sie jedoch sehr viel

Energie; deshalb begrenzt auch (nur) das Nahrungsvorkommen die Verbreitung dieser Klassen.

Hingegen gebt es Tierarten, deren Körpertemperatur weitgehend der der Umwelt anpasst. Diese Tiere nenn

man dann poikilotherm. In kälteren Zeiten breiten sie ihren Körper so aus, dass möglichst viel Sonne auf

ihn scheint. Hat die Temperatur annähernd 37 °C erreicht, meiden sie die Sonne. Bei weiterer erwärmung

würde sonnst der Hitzetod eintreten.

T Überwinterung bei wechselwarmen Tieren

Wechselwarme Tiere überwintern auf eine besondere Art und Weise: Sie suchen sich eine möglichst

frostfreie Stelle und fallen dort in eine reversible Kältestarre. Dort überwintern sie dann. Sollte ein strenger

Frost doch die Stelle erreichen, tritt der Kältetod ein.

T Überwinterung bei gleichwarmen Tieren

Viele gleichwarme Tiere besitzen zur Isolierung ihres Körpers ein Fell oder ein Federkleid. Dieses schützt

sie im Winter vor einer zu starken auskühlung bzw. einem zu hohen Energieverlust. In Gebieten, in denen die

Nahrungsvorräte im Winter knapp werden, fallen die Tiere in eine Winterruhe oder in einen Winterschlaf:

Winterruhe: Viele Säuger und Vögel schalten im Winter auf Sparflamme, d.h. sie

bewegen sich so wenig wie möglich und halten sich an kältegeschützten Orten auf.

Zudem legen sie lange schlafpausen ein. Diese Variante des Überwinterns nennt man

Winterruhe (Bär, Dachs)

Winterschlaf: Einige Tiere senken hormonell gesteuert ihre Körpertemperatur herab,

verringen gleichzeitig Herzschlag und Atemfrequenz. So schlafen sie dann den Winter

über. Sollte es zu kalt werden erfolgt ein Kälteweckreiz: Hier werden für kurze Zeit

Stoffwechselaktivitäten wieder aufgenommen. Manche Tiere wachen dabei sogar auf.

T ALLENsche Regel

Tiere in kalten Klimaten haben kleinere Körperfortsätze als verwandte Arten in warmen.

T BERGMANNsche Regel

Mit wärmer werdenden Klima nimmt die Körpergröße verwandter Tiere ab.

Populationen

T Definition

Unter Population versteht man die Gesamtheit alle Individuen einer Art oder Rasse in einem geographisch

abgegrenzten Raum, wobei alle Individuen sich uneingeschränkt mit einander kreuzen können. Diese

Individuen besetzten alle dieselbe ökologische Nische und treten, falls die Abundanz sehr hoch ist, in hohe

Konkurrenz mit einander.

T Konkurrenz

Es gibt zwei verschiedene Arten von Konkurrenz:

Innerartliche Konkurrenz: um z.B. Nahrung, Gattungspartner, Nistplätze, etc.

(intraspezifische K.)

Zwischenartliche Konkurrenz:Diese kommt zum Vorscheinen wenn zwei Arten einen

Lebensraum bewohnen: Sie stehen in Konkurenz um Nahrung, Nistplätze, etc. Ist eine

Art nicht so fit so wird sie aus dem Lebensraum verdrängt

(Konkurenzausschlußprinzip).

T Räuber - Beute Beziehung

Als Räuber wird der Organismus bezeichnet, der sich von den (getöteten) organischen Verbindungen seiner

Beute ernährt. An einer Kurve kann man folgendes erkennen: Auf eine Zunahme der Abundanz der Beute

folgt eine phasenverschobene Zunahme der Abundanz des Räubers und dies führt zu einer Abnahme der

Abundanz der Beute, welches eine phasenverschobene Abnahme der Abundanz des Räubers bedingt.

T Symbiose

Symbiose ist das Zusammenleben zweier artverschiedener Organismus zum gegenseitigen Vorteil.

T Die Volterra’schen Gesetzte

Gesetz der schwankenden Bevölkerungsdichten Bei Nahrungsbeziehungen zweier

Arten ergeben sich periodisch schwankende, phasenverschobene Abundanzkurven

Gesetz der konstanten Bevölkerungsdichten: Die Abundanzen schwanken um ein

festes Mittel.

Gesetz der Störung der mittleren Bevölkerungsdichten: Gleichsinnige äußere

Einflüsse auf beide Arten wirken auf den Feind nachhaltiger als auf die Beute.

T Populationsdynamik

Populationsdynamiken werden in sog. Kybernetischen Regelkreisläufen dargestellt. Die Beziehungen

werden mit Pfeifen dargestellt, an denen noch entweder ein (+) oder ein (-) angehängt wird. Das Plus

bedeutet so viel wie 'Je mehr, desto mehr, oder je weniger, desto weniger'. Das Minus bedeutet so viel wie

' Je mehr, desto weinger, oder je weniger, desto mehr.'

Parasiten

T Definition

Parasitismus (Schmarotzertum) ist das Ausnutzen eines Organismus durch einen anderen Organismus. Er

tritt häufiger bei Bakterien und Pilzen auf als bei Samenpflanzen. Man unterscheidet zwischen Innen (Ento-)

Parasiten und Außen (Ekto-) Parasiten und Halb- und Vollschmarotzer.

T Halb- und Vollschmarotzer

Es gibt zwei verschiedene Arten von Parasiten. Einmal Halbschmarotzer und die Vollschmarotzer.

Halbschmarotzer: sind Grüne Pflanzen, die vorwiegend Wasser und Nährsalze

von Ihrem Wirt nehmen. Sie haben ein verkümmertes Wurzelwerk und zapfen mit

ihren Haustorien die Leitungsbahnen des Baums an.

Vollschmarotzer: haben reduzierte oder keine Blätter; sie sind Chlorophyll frei

und somit unfähig zur Photosynthese. Sie entziehen ihrem Wirt neben Wasser und

Nährsalzen auch noch organische Stoffe.

Das Ökosystem See

T Einführung in das Ökosystem See

Untersucht man einen See genauer, so muß man ihn in verschiedene Bereiche aufteilen. Zunächst muß man

zwischen der Uferregion, dem Litoral, und dem Pelagial, also der Wasserzone unterscheiden. Das Litoral

gliedert sich wiederum in drei Bereiche: Der Schlifrohrzone, der Schwimmpflanzenzone und der

Unterwasserpflanzenzone. Zudem unterscheidet man zwischen Litoral (Uferregion) und Profundal

(Tiefenregion); zusammen ergeben sie das Benthal, den Bodenbereich.

Das Pelagial kann man nun in drei Abschnitte unterteilen: Erstens die Oberflächenschicht (Epilimnion), das

Metalimnion und das Hypolimnion. Diese Schichten unterscheiden sich in Nährstoffgehalt, Sauerstoff und

Tiere, die diesen Bereich bewohnen.

T Nahrungsbeziehungen im See

Bei der Untersuchungen der Nahrungsbeziehungen im See muß man zwischen Produzenten Konsumenten

und Destruenten unterscheiden:

Produzenten sich in der Regel autotrophe Phytoplanktonarten. Da sie

Photosynthese betreiben brauchen sie nur Licht, welches ihnen die nötige Energie

liefert um das CO2 in O2 umzuwandeln. Das Phytoplankton wird von

heterotrophen Tierchen, dem herbivoren Zooplankton gefressen.

Das Zooplankton stellt den Primärkonsumenten dar. Das folgende Glied in der

Nahrungskette, den Sekundärkonsumenten, wird vom carnivoren Zooplankton gebildet.

Diese werden wiederum von Fischen (Tertiärkonsumenten) gefressen, usw. Am Ende

dieser Nahrungsketten stehen meist Raubfische. Durch vielfältige Verknüpfungen der

Nahrungsketten untereinander entstehen sog. Nahrungsnetze, die eine gewisse Stabilität

beweisen.

Stirbt ein Mitglied der Nahrungskette so sinkt er zum Grund des Sees und wird von den

Destruenten abgebaut. Beim Tod des Tieres werden in jeder Zelle Enzyme frei die die

Autolyse einleiten: die Zelle baut sich sozusagen selbst ab. Die kleinen einzelnen

organischen Stücke werden von den Destruenten in ihre ursprüngliche Bestandteile

abgebaut.

T Der See im Wechsel der Jahreszeiten

Ein See durchläuft vier Veränderungen im Verlauf eines Jahres. Beim Winter angefangen, verläuft es

folgendermaßen ab: 1. Winterstagnation 2. Frühjahrs(voll)Zirkulation 3. Sommerstagnation 4.

Herbst(voll)Zirkulation.

Durch kühlere Außentemperaturen im Winter kühlt sich auch das Wasser an der Oberfläche (im Epilimnion)

des Sees ab und bildet eine Eisdecke. Da Eis aufgrund der Dichteanomalie des Wassers eine geringere

Dichte und somit leichter ist, sinkt es nicht ab sondern bleibt an der Oberfläche. Unter dem Eis bildet sich

eine Schichtung aus, die mit steigender Tiefe wärmer und damit auch schwerer wird (s. Dichteanomalie).

Das Tiefenwasser (Metalimnion) hat immer eine Temperatur um 4 °C, so ist sichergestellt, daß unter der

schützenden Eisdecke der Lebensraum für Organismen erhalten bleibt. Der Sauerstoffgehalt des Wassers

sinkt mit zunehmender Tiefe weil sich dort die Organismen, die Sauerstoff zum überleben brauchen,

aufhalten.

Im Frühjahr steigt bekanntlich die Außentemperatur und damit auch die Außentemperatur. Das Eis schmilzt

und das kalte Wasser sinkt in Schichten gleicher Dichte ab. Zusätzlich erzeugt der Wind der

'Frühjahresstürme' eine zusätzliche Strömung welche das gesamte Wasser durchmischt. So wird dem

Wasser u. A. durch Diffusion Sauerstoff hinzugefügt, welcher so auch ins Tiefenwasser gelangt.

Im Sommer stagniert wieder die Schichtung des Wassers. Im Epilimnion erwärmt sich das Wasser auf

ungefähr 20 °C. In dieser Schichtung halten sich viele Organismen wie das Phytoplankton auf. Das

Phytoplankton trägt durch seine photosyntetischen Aktivitäten maßgeblich zum Sauerstoffgehalt des

Wassers bei. Unter dem Epilimnion befindet sich das sog. Metalimnion. Diese Sprungschicht isoliert das

warme Obeflächenwasser vom kalten Tiefenwasser. In dieser Schicht fallen Temperatur und

Sauerstoffgehalt drastisch ab. Das Tiefenwasser im Hypolimnion hat wiederum eine Temperatur von ca. 4

°C. Da das Hypolimnion durch das Metalimnion vom Epilimnion getrennt bleibt und somit auch kein

Austausch von Nährsalzen oder Sauerstoff geschehen kann, entsteht im Verlauf eines Sommers

Sauerstoffreiches und nährsalzarmes Oberflächenwassers und Sauerstoffarmes, dafür aber nährsalzreiches

Tiefenwasser.

Im Herbst tritt ein ähnliches Phänomen auf, wie im Frühjahr: Das Oberflächenwasser kühlt ab und sinkt in

Schichten des gleichen Drucks. Die dadurch entstehenden Zirkulationen werden durch Wettereinflüsse

verstärkt.

T Nährsalz- und Sauerstoffgehalte im See und ihre Auswirkungen

Im mitteleuropäischem Raum kommen drei verschiedene Typen von See vor:

Oligotropher See: Er besitzt in der Regel ein tiefes Becken und ein schmales

Litoralgebiet. Er besitzt wenig Nährsalze und wenig Biomasse.

Eutropher See: Typisch für diesen Seetyp ist ein relativ flaches Becken mit einer breiten

Uferregion und einer dicht bewachsenen Verlandungszone. Er ist reich an Nährsalzen

und somit auch reich an Biomasse.

Hypertropher See: Ein hypertropher See weißt einen sehr hohen Nährsalzgehalt auf und

damit automatisch eine sehr große Biomasse. Ein hypertropher See ist kurz vor dem

umkippen.

Evolution

T Einführung in die Evolutionsbiologie

Die Evolution befasst sich mit der Herkunft und Entstehung des Lebens. In der Geschichte gab es immer

wieder Versuche die Herkunft des Lebens zu bestimmen. Bis zum Ende des 18. Jahrhunderts ging man von

der Unveränderlichkeit der Arten aus. Carl von Linné vertrat diese Ansicht und ordnete die Lebewesen

aufgrund von Bauähnlichkeiten. Am Ende des 18. Jahrhunderts begründete der Franzose Geoges Cuvier die

Paläanthologie. Er verglich die Anatomie der einzelnen Tiere und fand so z.B. heraus dass der

Grundbauplan vierfüßiger Lebewesen ungefähr gleich. Er erklärte die Artenvielfalt und die Herkunft der

Tiere mit seiner Katastrophentheorie: Sie besagte dass es immer wieder Katastrophen auf der Erde

gegeben hatte, die alle Tiere auf der Erde tötete und danach wieder neue Tiere entstanden. Der Engländer

Lyell vertrat die Ansicht dass die kontinuierlichen Veränderungen auf der Erde auch die Tierwelt verändert

hat. Lamark ging davon aus, dass es am Anfang nur ein Paar Tiere gab, diese alle verschiedene Interessen

hatten und durch ihren 'inneren Drang nach vervollkomnung' verändert haben (Giraffenhals).

Charles Darwin verfasste in Jahr 1859 sein Buch 'On the origin of spicies by the means of natural selection'.

Er war der Ansicht dass die Natur diejenigen Tiere selektiert die nicht fit genug für das Überleben waren.

Ihre Fittness äußerte sich in der Zahl der Nachkommen.

T Darwin’s Selektionstheorie

Die Lebewesen erzeugen viel mehr Nachkommen als zur Arterhaltung notwendig wären.

Die Nachkommen des Elternpaares sind nicht alle gleich, sie variieren in ihren Erbmerkmalen.

Die Lebwesen stehen in einem ständigen Konkurenzkampf um günstigt Lebensbedingungen, Nahrung

und Geschlechtspartner.

Die Synthetische Theorie der Evolution

Die (heute gültige) synthetische Theorie der Evolution begründet das Vorkommen der verschiedenen Tier-

und Pflanzenarten anhand fünf sog. Evolutionsfaktoren:

Mutationen

Selektion

Gen - Drift

Genetische Rekombination

Isolation

T Mutationen

Mutationen sind zufallsbedingte Veränderungen des genetischen Materials, ausgelöst durch Mutagene. S.o.

T Selektion

Selektin ist die natürliche Auslese durch die Umwelt. Sie erfolgt durch zwei verschiedene

Selektionsfaktoren:

Abiotische Selektionsfaktoren: Dies sind z. B. trockenheit, Luftfeuchte, Wärme,

Salzgehalte, Lichtmangel, etc.

Biotische Selektionsfaktoren: Dies sind andere Lebewesen in der Umwelt, wie z. B.

Parasiten, Feinde, Artgenossen die um Nahrung oder Geschlechtspartner konkurieren.

Den Einfluß den die Selektionsfaktoren auf das Lebewesen haben bzw. Ausüben nennt man

Selektionsdruck.

T Selektionsdynamik

Die Selektion kann drei verschiedene Auswirkungen auf die Populationen haben. Sie kann

stabilisierend wirken: Hierbei werden nachteilige Mutionen ausgemerzt.

transformierend wirken: Durch eine Umweltveränderung wird ein anderer Phänotyp von

der Selektion bevorzugt, so dass die Population im Mittel einen anderen Phänotypen

aufweißt.

oder aufspaltend wirken: Greifen z. B. Parasiten das Populationsmittel an, so werden

diese eliminiert und die Randgruppen kommen besser zurecht weil sie nicht angegriffen

werden.

T Beispiele der Selektion anhand der Mimirky

Mimikry ist Tarnung durch Täuschung: Der Organismus 'belügt' andere Organismen durch das Nachahmen

von anderen Organismen, die sich durch ihren schlechten Geschmack, Geruch, etc. verteidigen. Diese

Nachahmung kann sich sowohl auf das Aussehen (Schwebefliegen - Wespen) als auch auf das Verhalten

beziehen (Putzerfische - Schleimfisch). Nachahmung von Körperbau- und Verhaltensmerkmalen einer

Spezies durch eine andere zu deren Vorteil oder manchmal auch zum Nutzen beider Arten. Manche Arten

wehrloser Fliegen, etwa die Wollschweber, schützen sich beispielsweise vor räuberischen Vögeln, indem sie

die gelbschwarze Körperzeichnung stechender Insekten nachahmen. Die Art, deren Eigenschaften

nachgeahmt werden, ist meist in großer Individuenzahl vertreten, so dass ihre Wehrhaftigkeit vielen

natürlichen Feinden des betreffenden Gebiets bekannt ist. Anstatt sich also vor Fressfeinden zu tarnen,

zeigen Lebewesen, die diese Form von Mimikry einsetzen, die gleichen offenkundigen Warnzeichen oder

ein ähnliches Verhalten wie gefährliche Arten. Mimikry kommt bei einer sehr großen Zahl verschiedener

Tiere und Pflanzen vor.

Mimikry wurde 1862 von dem britischen Naturforscher Henry Walter Bates entdeckt. Er fand im

brasilianischen Urwald zwei Familien ähnlich gezeichneter, aber nicht verwandter Schmetterlinge. Nachdem

er festgestellt hatte, dass eine der beiden Familien für Vögel giftig war, lieferte er eine einleuchtende

Erklärung: Die fressbaren Schmetterlinge waren geschützt, weil sie in der Evolution ähnliche Warnzeichen

entwickelt hatten. An diesem Mechanismus, Bates’sche Mimikry genannt, zeigt sich das Prinzip der

natürlichen Selektion, das Charles Darwin formulierte. Danach erzeugen die Vögel einen Selektionsdruck,

indem sie genießbare Schmetterlinge ausmerzen, die den giftigen Arten weniger ähneln.

Eine andere Art der Mimikry, Müller’sche Mimikry genannt, findet man vor allem bei

Insektenarten, die alle gleichermaßen giftig sind und als Schutz ähnliche Zeichnungen entwickelt haben: So

braucht nicht jede Insektenart eigene Warnzeichen zu entwickeln und viele Artgenossen zu opfern, bis die

Vögel lernen, sie zu meiden: Mehrere Arten besitzen das gleiche abschreckende Muster, so dass Vögel, die

mit diesem Muster einmal negative Erfahrungen gemacht haben, die ganze Gruppe meiden.

Müller’sche Mimikry gibt es z. B. bei manchen Tagfaltern. Im Gegensatz zur Bates’schen

Mimikry werden die Nahrungsfeinde in diesem Fall nicht getäuscht.

Eine dritte Form der Mimikry, die Peckham’sche Mimikry, gibt es beispielsweise bei Orchideen,

die Insekten anlocken, indem ihre Blüten die Gestalt von Insektenweibchen nachahmen. Hier soll sich der

Empfänger des Signals nicht abwenden, sondern sich dem Sender des Signals zuwenden.

Peckham’sche Mimikry zeigt sich auch bei Armflossern wie dem Seeteufel, der Beutefische mit

einem wurmähnlichen Hautauswuchs anlockt.

T Mimese

Tarnung durch Nachahmung der belebten oder unbelebten Umwelt. Sie verschmelzen mit ihrer Umwelt.

Mimese, täuschende Nachahmung (griechisch mimesis) von Gegenständen oder Lebewesen, die für einen

Fressfeind oder ein Beutetier (anders als bei Mimikry) uninteressant sind, durch Tiere oder Pflanzen. Die

Nachahmung bezieht sich in Form und Farbe auf Tiere (Zoomimese), Pflanzen oder Pflanzenteile

(Phytomimese) oder leblose Gegenstände (Allomimese).

T Somatolyse

Wenn eine bestimmte Schattierung sich auf die Gliedmaßen eines Tieres in Ruheposition fortsetzt, sodaß die

Umrisse verschwinden, nennt man das Somatolyse.

T Gen - Drift

Gen - Drift ist eine zufällige Veränderung des Gen Pools nach z.B. einer Naturkatastrophe nachder Träger

von seltenen Merkmalen überleben oder auswandern.

T Rekombination

Rekombination ist einfach die Vermischung von Erbmaterial bei der geschlechtlichen Fortpflanzung.

T Isolation

Es gibt fünf verschiedene Isolationsmechanismen:

Geographische Isolation

Fortpflanzungsbiologische Isolation

Ökologische Isolation

Genetische Isolation

Postzygote Isolation

Die geographische Isolation tritt ein wenn z. B. sich das Klima ändert und der Lebensraum einer

Population sich verändert (z.B. Versteppung) und aufgrund dessen die Population in verschiedene

Richtungen abgedrängt wird. Ein weiteres Beispiel ist wenn ein teil einer Population auswandert und

schwer zugängliche Gebiete (Inseln) besiedelt. Diese Individuen heißen dann Gründerindividuen.

Die fortpflanzungsbiologische Isolation tritt ein wenn durch Mutationen andere Balz- und

Paarungsgewohnheiten bei bestimmten Individuen auftreten. Diese Paaren sich dann nicht mehr mit

den anderen Individuen. Auch unterschiedliche Paarungszeiten gehören zur fortpflanzungsbiologischen

Isolation.

Die ökologische Isolation wird wirksam wenn in einem Lebensraum andere ökologische Nischen

besetzt werden. Die Individuen die eine neue Nische besetzten sind dann z.T. der innerartlichen

Konkurrenz entzogen, so wirken sich wieder Mutationen und Selektion anders aus.

Bei der genetischen Isolation liegt bei den Individuen oft eine Polyploidie vor. Polyploide können sich

nur untereinander Paaren, so findet dann kein Austausch des Gen Pools mehr statt.

Es kommt vor dass sich zwei Individuen paaren können, es zu einer Befruchtung kommt und sich

daraus ein Lebewesen entwickelt. Diese Bastarde sind aber entweder steril wie das Maultier oder

vermindert Lebensfähig.

T Belege für die Evolution aus der Anatomie

Die Anatomie liefert zahlreiche Belege für die Evolution, hier sind einige Beispiele:

- Organrudimente: Organrudimente sind Rückbildungen eines einst funktionsfähigen

Organs. Beim Menschen sind das Steißbein und die funktionslosen Muskeln in den

Ohrmuscheln Organrudimente.

- Atavismus: Von Atavismus spricht man wenn zufällig Merkmale bei einem Individuum

auftreten die Stammesgeschichtlich bereits verschwunden waren. Das Auftreten dieser

Organe beweißt dass die Information dafür noch in unserem Erbgut vorhanden ist.

- Homologie: Sind Organe in ihrem Grundbauplan gleich oder ähnlich so sind sie

homolog.

1. Homologiekreterium der Lage: Wenn gewisse Organe, z. B. die

Knochen o.ä. (in den Extremitäten) in gleicher Anzahl und in relativ

gleicher Lage angeordnet sind, sind die Organe als homolog anzusehen

2. Homologiekreterium der spezifischen Qualität von Strukturen: Wenn

bestimmte Strukturen in speziellen Merkmalen auffallend übereinstimmen,

gelten sie als homolog (Bsp. Haifischschuppen = Zähne der Säugetiere).

3. Homologiekreterium der Stetigkeit: Wenn sich eine Struktur in einer

Zwischenform befindet, sich also ein allmählicher Übergang von einer

Struktur zur anderen, spricht man von Homologie.

T Konvergenz

Übernehmen verschiedene Organe die gleiche Aufgabe, sind aber nicht gleich aufgebaut, so sind sie

konvergent.

T Analogie

T Beleg für die Evolution aus der Verhaltensforschung

Nach dem Körperbau verwandte Tiere zeichen oft überraschend ähnliche Verhaltensweisen, so dass auch

das Verhalten Verwandtschaftsbeziehungen aufdecken kann.