Vom Einzeller zum Vielzeller - Die Entstehung von Organisationsstufen

Belegarbeit
Fachbereich: Biologie

Titel:

Vom Einzeller zum Vielzeller -
die Entstehung von Organisationsstufen

Vorgelegt von: Christine Bosse

Inhalt der Arbeit:

1. Einleitung

2. Kennzeichen des Lebens

2.1 Kennzeichen des Lebendigen am Beispiel von Euglena (Augentierchen)

3.Organisationsstufen

3.1 Einzeller
3.2 Kolonien (Übergangsformen )
3.3 Vielzeller

4. Von Zellorganellen zum Organismus

4.1 Zellorganellen
4.2 Die Zelle
4.2.1 Definition Zelle
4.2.2 Differenzierung der Zelle
4.3 Gewebe
4.3.1 Gewebe der Pflanzen
4.3.2 Gewebe der Tiere
4.4 Organ
4.5 Organsystem
4.6 Organismus

5. Zusammenfassung

1. Einleitung

Das Leben hat sich im Wasser aus niederen Formen entwickelt. Diese niederen Formen sind heute noch zu beobachten als tierische und pflanzliche Einzeller. Durch Anpassungserscheinungen sind daraus neue Funktionseinheiten geworden. Daraus ergibt sich die heutige Hierarchie aller Lebewesen. Das wird in dieser Belegarbeit dargeboten.

2. Kennzeichen des Lebens

Lebensmerkmale die in ihrer Gesamtheit Leben ausmachen sind Stoff-, Energie- und Informationswechsel; Bewegung; Fortpflanzung/ Vermehrung und Vererbung; Entwicklung und Wachstum; Individualität; Reizbarkeit, Anpassungs- und Regulationsfähigkeit; Beziehungen zu anderen Organismen und die daraus resultierende Hierarchiebildung (Hierarchie = Rangordnung).

2.1 Kennzeichen des Lebendigen am Beispiel von Euglena (Augentierchen)

Vorkommen

Euglena findet man in Gewässern, die reichlich organische Stoffe enthalten.

Aufbau

Euglena ist ein Einzeller und ist aus folgenden Bestandteilen aufgebaut:

Zellbestandteil / Zellorganellen Funktion

Zytoplasma Transport von Zellorganellen und Inhaltsstoffen; enthält eine Reihe wichtiger Enzyme

Zellkern Steuerfunktion; Träger der Erbinformationen

Chloroplasten Organelle der Photosynthese
Pellicula behindert Stoffaustausch oder lässt ihn nur an bestimmten Poren zu

stärkeähnliche Reservestoffe Speicherstoffe(stehen bei mangelnder/ausbleibender Nahrung zu Verfügung)

Geißel dient der Fortbewegung

Basalkörper verankert Geißel im Zellkörper und steuert Geißelbewegung

pulsierendes Vakuole dient zur Ausscheidung von Wasser

Nahrungsvakuole Stoffaufnahme aus Zellumgebung; Verdauung

Stigma (Augenfleck) dient der Orientierung zum Licht

Photorezeptor absorbiert Licht

Bewegung

Euglena besitzt eine lange Geißel und eine kurze Geißel. Durch den Schlag mit der langen Geißel kann sie sich mit dem Vorderende voran bewegen. Dabei dreht sie sich um ihre Längsachse.

Stoffwechsel
(Nahrungsaufnahme, Verdauung, Ausscheidung)

Wenn Euglena sich im Licht befindet, ernährt sie sich durch Photosynthese (autotrophe Ernährung).

Wenn sich Euglena im Dunkeln befindet, erfolgt eine heterotrophe Ernährung. Das heißt Euglena nimmt gelöste organische Stoffe als Nahrung auf.

Euglenen, die keine Chloroplasten haben, nehmen auch feste Teilchen auf. Diesen Vorgang bezeichnet man als Phagocytose. Dabei treffen Teilchen auf die Zelloberfläche, und werden in Bläschen, die man als Nahrungsvakuolen bezeichnet, aufgenommen. Auf die Phagocytose folgt die enzymatische Verdauung.

Nicht verwertbare Substanzen (Stoffwechselendprodukte), die bei dem Abbau von Nährstoffen entstehen, werden ausgeschieden. Ein Teil der gelösten Abbaustoffe tritt dabei durch die Zelloberfläche nach außen. Ein anderer Teil wird durch eine pulsierende Vakuole abgegeben. Durch Euglena fließt ständig ein Strom von Stoffen und trotzdem bleiben Struktur, Gestalt und chemische Zusammensetzung der Zelle weitgehend gleich das heißt in der Zelle wird ein Fließgewicht aufrechterhalten.

Euglena stellt ein offenes System dar, da es einen Zu- und Abfluss von Stoffen und Energie hat.

Allgemein gilt: Pflanzliche Einzeller ohne Chloroplasten ernähren sich heterotroph von organischen Stoffen, die von chloroplastenhaltigen Pflanzenzellen gebildet wurden.

Alle pflanzlichen Einzeller mit Chloroplasten nehmen anorganische Stoffe aus dem Wasser auf. Sie ernähren sich autotroph.
Tierische Einzeller nehmen mit der Nahrung organische Stoffe auf. Sie ernähren sich heterotroph.

Wachstum

Durch Ernährung und Stoffwechsel baut Euglena körpereigene Substanzen auf. Dadurch vermehrt sich die Masse der Zelle. Sie wächst.

Wird die Aufnahme von körperfremden Stoffen und deren Umwandlung in körpereigene Substanzen vermehrt, werden Struktur und Speicherstoffe zur Volumenvergrößerung und zu späteren Zelldifferenzierungen genutzt.

Energiebedarf und Atmung

Euglena erhält die Energie, die es für ihre Lebenstätigkeiten braucht aus der Zellatmung: Die gesamte Oberfläche nimmt Sauerstoff aus dem umgebenden Wasser auf und mit Hilfe dieses Sauerstoffs oxidiert Euglena einen Teil der verdauten Nahrung beziehungsweise der Photosyntheseprodukte.

Vermehrung

Euglena kann sich durch Längsteilung und durch Konjugation vermehren. Bei der Teilung geht der Mutterorganismus restlos in die beiden Tochter-Euglenen auf und lebt in diesen weiter. Dies geschieht, wenn Euglena eine bestimmte Größe erreicht hat: Als erstes wird die Geißel abgebaut, dann teilt sich der Kern. Es entstehen zwei gleich große Tochterkerne. Anschließend schnürt sich der Zellleib längs durch. Es entstehen zwei selbstständige Euglena-Zellen. Diese bilden Geißeln aus und wachsen.

Bei der Konjugation (ähnlich der geschlechtliche Fortpflanzung) verschmelzen zwei Euglena-Zellen und ihre Kerne miteinander. Die entstandene Zelle und ihr Kern teilen sich mehrmals, so dass mindestens vier Nachkommen entstehen.

Beziehungen zu anderen Euglenen

Euglenen treten meist in großer Zahl auf. In einem bestimmten Lebensraum bilden sie eine Population. Zwischen den Individuen einer Population bestehen Wechselbeziehungen, da sie Raum- und Nahrungskonkurrenten darstellen.

Reizbarkeit

Euglena reagiert auf Berührungsreize, indem sie ihre Bewegungsrichtung ändert. Euglena reagiert aber auch auf chemische Reize. Erhöht man die Kohlendioxidkonzentration bewegt sich Euglena zu den Orten höherer Konzentrationen. Berührungsreize und chemische Reize nimmt Euglena an der ganzen Oberfläche auf.

Lichtreiz hingegen wird nur an der lichtempfindlichen Geißelverdickung aufgenommen. Diese lichtempfindliche Verdickung der Geißel bezeichnet man als Photorezeptor. Euglena reagiert auf Einwirkungen der Umwelt, ist also reizbar.

Selbstregulation

Eine durch einen Reiz ausgelöste Erregung wird zum Basalkörper geleitet. Der Basalkörper steuert die Geißelbewegung. Die Geißelbewegung verändert wiederum die Schwimmrichtung und damit auch den Einfallswinkel des Lichtes. Euglena besitzt die Fähigkeit zur Selbstregulation, da sie sich aktiv günstige Lichtverhältnisse sucht.

Euglena besitzt Merkmale der Pflanzen und der Tiere. Die Chloroplasten mit Chlorophyll und die damit verbundene autotrophe Ernährung sind Merkmale, die für Pflanzen charakteristisch sind. Das Fehlen einer Zellwand und die heterotrophe Ernährung sind Merkmale der Tiere.

3. Organisationsstufen und Höherentwicklung

Den Übergang lebender Systeme zu neuen Organisationsstufen bezeichnet man als Höherentwicklung. Meist hängt die Höherentwicklung mit der Eroberung neuer Lebensräume zusammen. Höherentwicklung ist in der Regel mit einer verstärkten Differenzierung und Spezialisierung innerhalb des Organismus verbunden.

Man kann größere Organismengruppen als ,,niedere" und ,,höhere" einstufen. ,,Niedere" bedeutet früher entstanden und einfach gebaut. ,,Höhere" bedeutet später entstanden und in der Regel komplizierter gebaut. Mit zunehmender Organisationshöhe der Organismen steigt die Anzahl und die Vielfalt an verschiedenartigen Zellen.

Die Entwicklung vom ,,Niederen" zum ,,Höheren" umfasst einen komplizierteren, differenzierteren Aufbau, eine erhöhte Leistungssteigerung und damit eine Zunahme der Unabhängigkeit gegenüber der Umwelt.

3.1 Einzeller

Einzeller sind Organismen, die nur aus einer einzigen Zelle bestehen zu ihnen zählen Prokaryonten und Protisten sowie einzellige Pilze und Algen.

Kernhaltige Einzeller sind einzellig mit meist einem Zellkern (Wimperntierchen mit zwei Kernen) und zahlreichen Zellorganellen, die alle Lebensfunktionen ausführen. Einige Gruppen leben in Zellkolonien. Manche Einzellergruppen bilden ein Cytoskelett (ein Außen- oder Innenskelett) aus; das meist aus Calciumcarbonat besteht.

	Pantoffel- tierchen	Amöbe (Wechsel- tierchen)	Euglena (Augen- tierchen)	Chlorella	Clamydo monas (Hüllen- geißelalge)
Mikro- skopie	1		2
tierisch/ pflanzlich	tierisch	tierisch	pflanzlich mit tierischen Besonderheiten (Zwischenstufe)	pflanzlich	pflanzlich
Organisations- stufe	einzelliger Organismus, (Wimpern- tierchen)	einzelliger Organismus (Wurzelfüßer)	einzelliger Organismus	einzelliger Organismus (Grünalge)	einzelliger Organismus (Grünalge)
Lebens- raum	Süßwasser, bzw. stehende Gewässer, auch als Parasiten in Tieren	Süßwasser, Meeresgewässer	Süßwasser, Brack- und Meeresgewässer	Stehenden Gewässer, feuchte Böden	Süßwasser, feuchte Erde
Größe	Länge: ca.0,1- 0,3mm	mehrere Millimeter	Länge: 0,1mm	2-12_m, Durchmesser: ca.20 _m	15-18_m
Bau / Form	dauernde Eigenform = Pantoffel (tierchen), elastischer Pellicula; 2 Zellkerne (großer =lebenswichtig und kleiner =für Fortpflanzung); pulsierende Vakuole; Nahrungsvakuole; Zellmund; Zellschlund; Zellafter; Zellplasma; Plasmastränge, Wimpern =Cilien (2500 Stück)	ständig formverändernd = Wechseltierchen; Zellmembran; Außenplasma =Ektoplasma; Innenplasma =Endoplasma, ein oder zwei Kerne; Scheinfüßchen (=Pseudopodium); pulsierende Vakuole; Nahrungsvakuole; Zellhaut	meist kugeliges; Zellkern; Plasma; Chloroplasten; Pellicula; zahlreiche farblose Körner aus stärkeähnlichem Stoff; roter Augenfleck (Stigma); Geißelsäckchen; eine kurze und eine lange Geißel; Vakuole; Nahrungsvakuole; pulsierende Vakuole; Basalkörper/ Photorezeptor	Kugelig bis elipsoid; ein Zellkern; Chloroplast; Zellwand	Kugelig; 2 gleichlange Geißeln; Zellwand; Zellkern; Chloroplast; Augenfleck; Stärkeherd, Vakuole
Bewegung	aktiv; durch ca. 2500 Cilien, schlagen in aufeinander abgestimmten Rhythmus; Drehung in alle Richtungen möglich; ständige Rotation um eigene Achse; dadurch Schraubenbahn; Vorwärts- und Rückwärts- bewegungen möglich	Aktiv; durch Scheinfüßchen; kriechend (Bildung von lappen- bis fingerförmigen Fortsätzen)	aktiv; durch körperlange Geißel am Körpervorderende; Bewegung mit Vorderende voran; Drehung um Längsachse, (Bewegung zur Lichtquelle)	passiv	aktiv; durch Geißeln
Reizbarkeit	Reizaufnahme und Beantwortung; Reaktion auf mechanische, chemische und thermische Reize	Reizaufnahme und Beantwortung; Reaktion auf Licht und Erschütterungen	Reizaufnahme und Beantwortung; Reaktion auf chemische und optische Reize; Bewegung zum Ort der höheren CO-Konzentration und zum Ort der höheren Lichtkonzentration (diese Konzentrationen wichtig für die Nahrungs- aufnahme )	Reizaufnahme und Beantwortung; Reaktion auf optische Reize	Reizaufnahme und Beantwortung (durch den Augenfleck); Reaktion auf optische und chemische  Reize
Art der Ernährung	heterotroph (Aufnahme organischer Stoffe)	heterotroph (Aufnahme organischer Stoffe)	autotroph (bei Licht), heterotroph (im Dunkeln)	autotroph (Aufnahme anorganischer Stoffe)	autotroph (Aufnahme anorganischer Stoffe)
Nahrungs-aufnahme, Verdauung, Wachstum	Nahrung (Bakterien und Algen) durch Poren in Pellicula; durch Cilienschlag des Mundfeldes in Zellschlund und ins Cytoplasma; anschließend Bildung von Nahrungsvakuolen; Verdauung in Nahrungsvakuolen	Umfließen der Nahrung (Bakterien, Einzeller, Pflanzenreste)durch Scheinfüßchen; Bildung von Nahrungsvakuolen; Verdauung in Nahrungsvakuole	bei Licht: Photosynthese (Umsetzung des im Wasser gelösten CO zu organischen Verbindungen ) im Dunkeln: Aufnahme gelöster organischer Stoffe (feste Teilchen von verwesenden Tier- und Pflanzenstoffen, Bakterien oder kleine Algen) aus der Umgebung Aufnahme durch Einstülpungen in Pellicula; Bildung von Nahrungsvakuolen; Verdauung in Nahrungsvakuolen	Photo-synthese; Aufnahme gelöster Nährsalze, Wasser und CO durch aktive und passive Transport-vorgänge	Photo- synthese; Aufnahme gelöster Nährsalze, Wasser und CO durch aktive und passive Transport-vorgänge
Aus- scheidung	Transport unverdauliche Reste, überschüssigem Wasser und gelöste Stoffe durch zwei pulsierenden Vakuolen zum Zellafter; durch Zellafter Ausscheidung	Liegenbleiben unverdauter Reste beim Weiterfließen; Ausscheidung von Wasser durch pulsierende Vakuolen; Platzen der Vakuolen an Zellwand,	Ausscheidung von einem Teil der gelösten Abbaustoffe durch Austreten durch Zelloberfläche; anderer Teil Ausscheidung durch pulsierende Vakuole	Lyse (Aufplatzen der Aus-scheidungs-bläschen an Zellwand); Osmose	durch Aus- scheidungs-bläschen
Ver- mehrung	Kleinkern= Träger der Erbsubstanz; Vermehrung durch Zellteilung (ungeschlechtlich) und durch Konjugation (=geschlechtlich): Aneinanderlegen zweier Pantoffeltierchen; Bildung von Plasmabrücken; Auflösung des Großkerns; Bildung von einem Wander- u. einem Ruhekern; Austausch des Wanderkerns über Plasmabrücken; Verschmelzen des ausgetauschten Wanderkerns mit im Tier verbliebenem Ruhekern; Trennung u. Bildung von neuem Großkern	Zweifachteilung, (Längsteilung) seltener: Vielfachteilung (Teilung des Zellkerns in zwei gleiche Tochterkerne, Durchschnürung des Zellplasmas)	Zellteilung; Abbau der Geißel; Teilung des Kerns in zwei gleichgroße Tochterkerne; Längsdurch- schnürung des Zellleibs; Entstehen zweier neuer, selbständiger Euglena-Zellen, Bildung von Geißeln	unge-schlechtlich durch Zellteilung (Bildung von Tochterzellen in Mutterzelle; Zerfall der Mutterzelle und Freiwerden der Tochterzellen)	Unge-schlechtlich durch Zellteilung (Bildung von Tochterzellen in Mutterzelle, Zerfall der Mutterzelle und Freiwerden der Tochterzellen)
Selbst- regulation	Pulsierende Vakuole zur Regulierung des Wasserhaushalts; Regulation der Bewegungs-geschwindigkeit; Zystenbildung bei schlechten Lebens- bedingungen	Zystenbildung bei schlechten Lebensbedingungen; Regulierung des Wassergehalts durch pulsierende Vakuole	Sucht aktiv günstige Licht- verhältnisse; bei Bedarf Umstellung autotropher Ernährung in heterotrophe Ernährung	Orientierung zur Wasser-oberfläche; Zystenbildung	Orientierung zur Wasser-oberfläche; Zystenbildung
Stoff- wechsel	Steuerung vom Großkern; enzymatische Verdauung; Zellatmung	Steuerung vom Zellkern; enzymatische Verdauung; Zellatmung	Aufnahme von Nahrung, Aufbau von körpereigenen aus fremden Stoffen, Abbau von Substanzen und Ausscheidung; ständiger Strom von Stoffen die durch den Körper fließen (offenes System, mit Zu- und Abfluss)
Energie- erzeugung	Zellatmung	Zellatmung	Zellatmung (Oxidation verdauter Nahrung bzw. Photosynthese-Produkte)	Nutzung der Lichtenergie	Nutzung der Lichtenergie

Bei den Algen lassen sich verschiedene Organisationsstufen, die von einfachen, einzelligen bis zu komplizierten, vielzelligen Typen führen. (Euglena, Chlorella, Chlamydomonas)

3.2 Kolonien (Übergangsformen)

Zellkolonien sind Zusammenlagerungen einer meist arttypischen Anzahl von Einzellern, die häufig durch eine Gallerthülle miteinander verbunden sind. Bei den einfachsten Kolonien ist jede Zelle für sich selbst lebensfähig. Die Bildung der Kolonie gewährt lediglich einen gewissen Schutz für die Einzelzelle. Bei hochorganisierten Zellkolonien sind die einzelnen Zellen für bestimmte Aufgaben spezialisiert (z.B. Volvox). Damit stellen diese Kolonien Zwischenglieder zwischen Ein- und Vielzeller dar. In einfachster Art treten sie bei Blaualgen auf, deren Zellen vereint bleiben, weil sie von der gallertartigen aufgequollenen Membran ihrer Mutterzelle zusammengehalten werden (Coenobien).

	Pandorina	Eudorina	Volvox
Größe	100_m	100_m	0,8mm
Lebensraum	Süßwasser	Süßwasser	Stehende Gewässer
tierisch/pflanzlich	pflanzlich	Pflanzlich	pflanzlich
Organisationsstufe	Mehrzeller	Mehrzeller	Vielzeller; höchste Stufe der Entwicklungsreihe (hochorganisierte Zellkolonie) (Kugelalge)
Form/ Bau	Bildung einer Kolonie aus 8-16 Zellen; Form einer Gallertkugel oder eines Ellipsoids	Bildung einer Kolonien aus 32 gleichartigen Zellen; in 5 Kreisen angeordnet Form einer Gallertkugel	zwei verschiedenen Zelltypen: Körper- und Fortpflanzungszellen, bis zu 20000 Einzelzellen (Verbindung durch Plasmabrücken)bilden Oberfläche der Gallertkugel, (jede Zelle besitzt 2 Geißeln; becherförmigen Chloroplasten und roten Augenfleck)
Bewegung	aktiv durch Geißelschlag	aktiv durch Geißel-schlag	aktiv durch koordinierten Geißelschlag aller Zellen
Reizbarkeit	Reizauf-nahme und Reizbeant-wortung(Mechanische, chemische, optische Reize)	Reizauf-nahme und Reizbeant-wortung(Mechanische, chemische, optische Reize)	Reizaufnahme und Reizbeantwortung (Lichtempfindlichkeit); Erregungsleitung durch Plasmabrücken
Nahrungsaufnahme, Verdauung, Wachstum	autotrophe Ernährung durch Photo-synthese	Autotrophe Ernährung durch Photo-synthese	autotrophe Ernährung durch Photosynthese
Ausscheidung	durch 2 pulsierende Vakuolen	durch 2 pulsierende Vakuolen	durch 2 pulsierende Vakuolen
Vermehrung	durch Teilung entsteht neue Kolonie	durch Teilung entsteht neue Kolonie	durch Zellteilung (ungeschlechtlich) und durch Ausbildung von Eizellen und Spermien (geschlechtlich) (nicht alle Zellen sind fortpflanzungsfähig); nach Vermehrung Absterben fortpflanzungsunfähiger Zellen, Entstehung einer vielzellige ,,Leiche" entsteht
Stoffwechsel und Energieerzeugung	Photo-synthese; Zellatmung	Photo-synthese; Zellatmung	Photosynthese; Zellatmung

Bei Volvox gibt es bereits Ansätze zu einer Arbeitsteilung. Die meisten Zellen sorgen für Ernährung und Fortbewegung, einige wenige für die Fortpflanzung.

Die Differenzierung von Volvox in zwei verschiedene Zelltypen und das Auftreten von ,,Leichen" bei Volvox weisen diese Alge als eine hochorganisierte Zellkolonie aus.

Eudorina und Pandorina sind dagegen Zwischenformen zwischen Einzellern und Vielzellern.

3.3 Vielzeller

Vielzeller dazu gehören alle Organismen, deren Körper aus mehreren oder vielen differenzierten und spezialisierten Zellen besteht. Vielzeller sterben nach einer gewissen Lebenszeit, weil Körperzellen altern und schließlich nicht mehr lebensfähig sind. Nur die Fortpflanzungszellen leben nach dem Verschmelzen zu einer Zygote, die ein neues Lebewesen bildet, weiter.

	Schraubenalge	Schwämme
Mikroskopie	3
Lebensraum	Süßwasser	Süßwasser (vor allem in tropischen Gewässern), aber auch im Meer
Organisationsstufe	Vielzeller (pflanzlich)	Vielzeller (tierisch); (Stamm der Wirbellosen)
Form/ Bau	tonnenförmige Zellen; ein Zellkern; ein oder mehrere bandförmige, spiralig gewundene Chloroplasten; Verbindung der Zellen der Schraubenalge durch Schleim	Vielgestaltige Formen; werden Organe noch Gewebe; unspezialisierte selbständige Zellen (zwei Zellgrundtypen: Kragengeißelzellen und Amöboidzellen, Verband der Zellen: sehr lose; leichtes Auswandern aus Verband; zwischen Zellschichten gallertartige Schutzschicht )
Bewegung	passiv	festsitzend; keine Bewegung
Reizbarkeit	Reaktion auf optische und chemische Reize	Reizaufnahme und Reizbeantwortung
Art der Ernährung	autotroph	heterotroph
Nahrungsaufnahme, Verdauung, Wachstum	Aufbau von organische Stoffe aus anorganischen	durch begeißelten Zellen, strudeln Wasser ins Schwamminnere, Transport der Nahrungsstoffe durch bewegliche Zellen
Ausscheidung	produzieren Sauerstoff	Ausstrudeln des Wassers
Vermehrung	Ungeschlechtlich durch Zellteilung	geschlechtlich oder ungeschlechtlich

Übergang von einzelligen zu zweizelligen Organismen

Der Übergang von Einzellern zu Vielzellern erfolgte in der Stammesgeschichte vermutlich auf zwei Wegen:

- durch Kernteilung entstehen vielkernige Zellen mit einheitlichem Plasma,

- durch Zellteilung ohne Trennung der Tochterzellen oder durch Zusammenlagerung gleichartiger Zellen zu Kolonien entsteht durch spätere Zelldifferenzierung ein vielzelliger Organismus

4. Von Zellorganellen zum Organismus

4.1 Zellorganellen

Bestandteile von Zellen, die durch Membranen begrenzt sind und so Reaktionsräume/ Kompartimente bilden, bezeichnet man als Zellorganellen. Sie erfüllen verschiedene Aufgaben.

4.2 Die Zelle

4.2.1 Definition Zelle

Zellen sind die kleinsten lebensfähigen Bau- und Funktionseinheiten. Sie werden aus verschiedenen Zellorganellen gebildet. Zellen erfüllen bestimmte Aufgaben.

4.2.2 Differenzierung der Zelle

Differenzierung ist ein Entwicklungsprozess bei dem sich ürsprünglich gleichartige Zellen strukturell und funktionell spezialisieren. Es entstehen verschiedene Zelltypen.

Differenzierung der tierischen Zelle

Zelltyp	Vorkommen (in welchen Geweben/ Organen)	Funktion der Gewebe, die aus den Zellen bestehen	Funktion	Bau
(a) Eizelle	In Keimzellen produzierenden Geweben (Eierstöcke)	Keimzellen ermöglichen durch Teilung Zelldifferenzierung	Übertragung arttypischer Erbinformationen auf Tochter-generation	aus Eiplasma, von Dotterhaut umgeben, Dotter, Eiplasma, Eikern, von Eihülle umgeben
(b)Bindegewebszelle	Binde-, Stützgewebe	Verbindung oder Begrenzung verschiedener Organe
(c) Knorpelzelle	Binde-, (Knorpelgewebe) Stützgewebe	Vorstufe fast aller Knochen, Überzug der Knochenenden, in Ohr, Nase, Kehldeckel, Zwischenwirbelscheiben und Rippen	Erzeugung neuer Grundsubstanzen, Abgabe weiterer Zellen nach Außen	hochelastisch, druckfest, wenig zerreisfest
(d) Knochenzelle	Binde-, (Knochengewebe) Stützgewebe	Stütze, Schutz, Bewegung mit Hilfe der Gelenke und Muskeln, Blutbildung	bauen Knochen auf	asymetrisch; calcium und kaliumreich Zellfortsätze
(e) Wimpern-epithelzelle	Deckgewebe (Epithelgewebe)	Begrenzung der Außenflächen des Körpers und seiner Innenräume; Schutz	bei niederen Tieren zur Fortbewegung im Wasser; bei höheren nur noch als Auskleidung von Innenräumen (Atemwege/Ei-leiter), Wimpernschlag dient dem Stofftransport	Bildungen des Plasmas
(f) Drüsenzelle	Deckgewebe (Drüsengewebe)	Bedeckung von Körperober-flächen; Auskleidung von Hohlräumen; Schutz des Körpers; Stoffaustausch zwischen Körper und Umwelt	Erzeugung/ Ausscheidung bestimmter Absonderungs-stoffe (Schleim, Speichel, Verdauungssäfte, Schweiß, Harn, u.ä.)	Verbände lebender Zellen
(g) Sinneszelle	Sinnesorgane	Aufnahme und Beantwortung von Reizen	dienen der Reizaufnahme, wandeln Reize in Nervenimpulse um	Soma asymmetrisch; Deutrid und Neurit; Axon
(h) Nervenzelle, Ganglienzelle, Neuronen	Nervengewebe	Aufnahme und Beantwortung von Reizen	vermitteln mit ihren Fortsätzen zwischen Empfangsorgan (Rezeptor) und Erfolgsorgan (Effektor)	besitzen meist zwei verzweigte Fortsätze
(i) glatte Muskelzelle	Muskelgewebe, Hohlorgane, Eingeweide-muskulatur	Kontraktion der lebenswichtigen Organe	aktive Bewegung; können kontrahieren, und passiv gestreckt werden	langgestreckt, spindelförmig, miteinander verschmolzen, nur ein Zellkern
(k) Samenzelle (Spermium)	Hoden	Verschmelzung mit Eizelle zu diploidem Chromosomen-satz (Vorraussetzung für Teilung)	Übertragung arttypischer Erbinformationen auf Tochter-generation	Bestehen aus Kopf, Hals, Mittelstück und dünnen langem Schwanz

Differenzierung der pflanzlichen Zelle

Zelltyp	lebend / tot	Bau	Vorkommen	Funktion
(a) undifferenzierte Zelle	lebend	Dünne Zellwand; Zellkern	im Bildungsgewebe	Zellteilung
(b) Epidermiszelle	lebend	lückenlos miteinander verbundene Zellen, oft durch zackige oder wellige Umrisse miteinander verzahnt, Zellwände vielfach verdickt, Außenwände stets mit Kutikula bedeckt	Absorptionsgewebe/Abschlussgewebe (Sprossachse, Wurzel, Blatt)	Aufnahme von Wasser und darin gelöster Salze / Schutz gegen Verdunstung, Feuchtigkeit, starke Sonneneinstrahlung, mechanische Verletzungen, Schädlinge; trennt Gewebekomplexe
(c) Assimilationszelle	lebend	meist mehrschichtig; längs nach oben ausgerichtet; zahlreiche Chloroplasten; großvolumig; direkt unter lichtdurchlässigen Epidermis	Grundgewebe, Assimilations-parenchym) Laubblatt, Sprossachse	Photosynthese
(d) Speicherzelle	lebend	Großvolumig; lückenlose Anordnung	Speichergewebe (Speicherorgan)	Speichert Reservestoffe wie Stärke oder Eiweißstoffe und Wasser
(e) Wurzelhaarzelle (differenzierte Epidermiszelle)	lebend	Langgestreckt; dünne Zellwand; An Rhizodermis-zelle	Absorptionsgewebe (Wurzel)	Vergrößerung der wasseraufnehmenden Oberfläche
(f) Siebröhrenzelle mit Geleitzelle	lebend	Gefäßzellen=tot; bestehen nur aus Zellwand Siebzellen=lebend; plasmareich; Zellwand porig	Leitgewebe des Sprosses	Leitung von Assimilaten (Eiweißstoffe/Zucker) von den Orten ihrer Bildung zu den Orten ihres chemischen Umbaus, ihrer Speicherung
(g) Tracheide	tot	langerstreckte Einzelzellen, deren Innenräume durch dünnwandige Poren, Tüpfel, zusammenhängen	Leitgewebe des Sprosses	Wasserleitung
(h) Trachee	tot	durch Auflösung der Querwände zu Röhren verschmolzene Zellereihen ca. 10cm lang, Wände verholzt und durch Netz-, Ring- oder Spiralrippen versteifen	Leitgewebe des Sprosses	Wasserleitung
(i) Bastfaser	tot		Grundgewebe, Festigungsgewebe (Leitbündel)
(k) Steinzelle	tot	Wände mit Schraubenstruktur= hohe Biegungs- und Zugfähigkeit	Festigungsgewebe	Verleihen Gewebe hohe Druckfestigkeit
(l) Sternhaar	lebend		Leitgewebe

Die Beziehung zwischen Bau und Funktion der Nervenzelle

Zur Aufgabe der Nervensysteme gehört es Informationen aus der Umwelt aufzunehmen und auszuwerten. Nervensysteme veranlassen sinnvolle Reaktionen des Organismus oder seiner Teile. Sie steuern rasch ablaufende Vorgänge.

Nervenzellen können durch einen Reiz erregt werden, diesen Reiz wird verarbeitet und als Erregung weitergeleitet. Die Erregungsleitung erfolgt innerhalb einer Nervenzelle elektrisch, zwischen zwei verschiedenen Nervenzellen chemisch.

Nervenzellen enthalten alle Bestandteile tierischer Zellen.

Aufbau eines Muskels

Muskelgewebe
Muskelgewebe besteht aus hoch spezialisierten Zellen, die sich zusammenziehen und wieder entspannen können. Man unterscheidet drei Arten von Muskelgewebe: die gestreifte Muskulatur, die glatte Muskulatur und die Herzmuskulatur. Gestreifte Muskulatur, auch willkürliche oder Skelettmuskulatur genannt, wird durch das willkürliche Nervensystem aktiviert. Die Zellen dieser Muskeln besitzen mehrere Kerne, die von der Verschmelzung mehrerer Muskelzellen herrühren. Die glatte oder unwillkürliche Muskulatur wird vom autonomen Nervensystem innerviert. Diese Muskeln befinden sich hauptsächlich in den inneren Organen. Sie bestehen aus einfachen Zellschichten. Der Herzmuskel vereint beide Muskeltypen. Dieses Gewebe besteht aus einer engen Verzahnung von Zellen und Muskelzellen.

Aufbau des Auges

Das Auge ist das Sinnesorgan für die Wahrnehmung von Lichtreizen. Es besteht beim Menschen aus einem optischen System (Hornhaut, Linse, Iris, Pupille, Glaskörper), das die Bilder der Gegenstände auf den Augenhintergrund projiziert, und einem nervalen Teil (Netzhaut mit Nervenzellen und Sehnerv), in dem die Lichtenergie in Nervenimpulse umgewandelt wird.

4.3 Gewebe

Ein Gewebe ist ein Verband von Zellen gleichen Baus, die auch gleiche Funktionen ausüben.

4.3.1 Gewebe der Pflanzen

Vorbemerkung

Die wichtigsten Gewebearten sind: Bildungsgewebe und Folgegewebe, welches sich wiederum unterteilt in Abschlussgewebe, Grundgewebe, Festigungs-/Stützgewebe, Leitungsgewebe

Wenn man die Differenzierung innerhalb der Pflanze genauer betrachtet fällt auf, dass gleich gebaute Zellen meist in größeren Verbänden vorkommen. Diese Zellverbände gleichen Typs mit gleichen Aufgaben nennt man bekanntlich Gewebe.

Die primitivsten vielzelligen Pflanzen (niedere Algen) jedoch bestehen nur aus gleichartigen Zellen ohne Arbeitsteilung. Mit steigender Organisation wächst die Differenzierung der Gewebe. Man unterscheidet zwei Hauptgruppen: Bildungsgewebe, deren Aufgabe es ist, neue Gewebe zu erzeugen. Man findet sie unter anderem an den Wurzelspitzen und in den Knospen an der Sprossachse, aus ihnen können sich durch Differenzierung die Zellen der verschiedenen anderen Gewebetypen bilden. Und Folgegewebe/Dauergewebe, die aus den Bildungsgeweben hervorgehen wenn diese ihre endgültige Gestalt und Größe erreicht haben. Sie haben verschiedenartige Funktionen.

Mit dem Mikroskop erkennt man in einem Blattquerschnitt verschiedene Gewebe.

Die äußeren Zellen dienen als Abschlussgewebe/Deckgewebe dem Schutz des Blattes. Hier als Beispiel die Cuticula und die obere Epidermis, sie bilden also die Grenzschicht am Blatt. Sie schützen gegen Verdunstung Feuchtigkeit, starke Sonneneinstrahlung, mechanische Verletzungen und Schädlinge. Im Pflanzeninneren trennt es ganze Gewebekomplexe. Zum Beispiel die Endodermis von der Wurzel und das zentrale Leitbündel von der Rinde.

Die oben genannte Epidermis besteht für gewöhnlich nur aus einer Zellschicht, deren vielfach verdickte Zellen lückenlos miteinander verbunden sind. Die Außenwände sind stets von einer Cuticula bedeckt. Sie ist ein wasserabstoßendes Häutchen mit eingelagertem Kutin (wachsartiger, wasserundurchlässiger Überzug) und verringert den Wasserverlust durch Verdunstung an der Pflanzenoberfläche

Feine Poren in der Epidermis, Spaltöffnungen genannt, ermöglichen den Gasaustausch mit der Umgebung. Diese Spaltöffnungen sind von so genannten Schließzellen umgeben, die durch aktive Veränderung ihrer Form und Größe die Spaltöffnungen vergrößern oder verkleinern und so den Gasaustausch regulieren können. Dies spielt eine wichtige Rolle für das Überleben der Pflanzen unter ungünstigen Bedingungen. Für den Ablauf der Photosynthese sind die Spaltöffnungen eine unbedingt notwendige Voraussetzung, da durch sie das Kohlendioxid der Luft - als Ausgangsstoff für diese Prozesse - eindringen kann. Unter der Epidermis bilden langgestreckte, senkrecht zur Oberfläche stehende Zellen das Palisadengewebe. Die Zellen dieses meist einschichtigen Gewebes enthalten viele Chloroplasten. Weniger chloroplastenreich sind die unregelmäßig geformten Zellen des anschließenden Schwammgewebes. Zwischen seinen Zellen liegen luftgefüllte Hohlräume.

Desweiteren erkennt man das Grundgewebe. Es besteht aus drei Gewebetypen, dem Parenchym, Kollenchym und dem Sklerenchym. Das Parenchym befindet sich überall in der Pflanze und besteht aus lebenden Zellen, die sich auch im Reifezustand noch teilen können. In der Regel finden sich nur Primärzellwände (unverdickte und nicht verholzte und durch andere Einlagerungen veränderte Zellwände), die gleichmäßig und unverdickt sind. Die einzelnen Zellen des Parenchyms sind auf viele verschiedene physiologische Funktionen spezialisiert (beispielsweise auf die Photosynthese, auf Speicherfunktionen, Sekretion bestimmter Stoffe oder die Wundheilung). Auch im Xylem und im Phloem finden sich Parenchymzellen.

Das Kollenchym, die zweite Form des Grundgewebes, besteht ebenfalls aus im Reifezustand lebenden Zellen, deren Primärzellwände jedoch ungleichmäßig verdickt sind. Das Kollenchym ist wachstums- und dehnungsfähig und dient in jungen, noch wachsenden Pflanzenteilen als Stützgewebe.

Der dritte Typ des Grundgewebes ist das Sklerenchym, dessen Zellen im Reifezustand kein Protoplasma haben und stark verdickte Sekundärwände aufweisen, die in der Regel Lignin enthalten. Das Sklerenchym dient den bereits ausgewachsenen Pflanzenteilen zur Stützung und Festigung.

Das Leitungsgewebe besteht aus zwei verschiedenen Gewebearten, die als röhrenartigen Gebilde den Pflanzenkörper durchziehen. Dem Xylem, mit dem Wasser und gelöste Mineralstoffe nach oben (von den Wurzeln in die Triebe und Blätter) transportiert werden, und dem Phloem, das die in den Blättern produzierten organischen Produkte der Photosynthese und anderer Stoffwechselvorgänge in diejenigen Pflanzenteile befördert, die sie gerade zur Ernährung benötigen. Xylem und Phloem liegen als so genanntes Leitbündel immer direkt beieinander. Meist ist dabei das Xylem nach innen und das Phloem nach außen orientiert. Man bezeichnet das Phloem auch als Siebteil und das Xylem als Holzteil. Zwischen Xylem und Phloem liegt die dünne Schicht des Kambiums, die teilungsfähige Zellen enthält. Im Xylem verholzen die Zellen stark und bilden den Holzkörper der Pflanzen. Sie dienen dann neben der Wasserleitung auch der Stützung der Pflanze und sorgen für deren Stabilität und Speicherung von Nährstoffen.

Xylem
Das Xylem besteht aus zwei verschiedenen leitfähigen Zellformen, den dünneren Tracheiden und den dickeren Tracheen oder Gefäßen. Die Tracheen ermöglichen einen besonders effektiven und raschen Wassertransport. Sie stellen die höchst entwickelten Wasserleitungsbahnen dar. Beide Zellarten sterben während der Gefäßbildung ab, sie weisen also kein Cytoplasma auf, was für die Leitungsfunktion auch hinderlich wäre. Ihre Wände sind durch spiralige, verholzte Strukturen verstärkt, um dem Wasserdruck standzuhalten. Es gibt aber auch fast durchgehend verholzte Tracheiden bzw. Tracheen, in denen kleine, fensterartige Lücken - die so genannten ,,Tüpfel" - unverholzt bleiben, über die der Stoffaustausch der Gefäßzellen untereinander und zu anderen Nachbarzellen erfolgt.

Phloem
Das Phloem ist aus noch lebenden Zellen aufgebaut, den so genannten Siebzellen bzw. Siebröhren und den Geleitzellen. Die stärker spezialisierten Siebröhren übernehmen die Funktion der Stoffleitung. Die Siebröhrenzellen bilden insgesamt ein echtes Röhrensystem. Jeweils seitlich sitzen den Siebröhrenzellen so genannte Geleitzellen auf. Dies sind Schwesterzellen der Siebröhrenglieder, gehen also durch Teilung aus einer gemeinsamen Mutterzelle hervor. Sie enthalten einen Zellkern und stehen über zahlreiche Plasmabrücken mit den Siebröhrenzellen in Verbindung. Vermutlich beeinflussen sie deren Stoffwechselvorgänge; zumindest ist nachgewiesen, dass sie Stoffe an sie abgeben und außerdem deren Abfallprodukte entfernen.

4.3.2 Gewebe der Tiere

Vorbemerkung

Die wichtigsten Gewebearten sind: Deckgewebe, Binde- und Stützgewebe(Knorpel und Knochen), Muskelgewebe und Nervengewebe.

Den zu Geweben vereinten Zellen stehen freie Zellen gegenüber, so die Zellen des Blutes und die Geschlechtszellen.

Das Deck- oder Ephitelgewebe begrenzt die Außenfläche des Körpers und seine inneren Hohlräume. Es besteht aus einer oder aus mehreren Schichten von Zellen. Die Ephitelzellen sind eng aneinandergefügt mit wenig Interzellularsubstanz (Substanz zwischen den Zellen). Häufig scheiden sie nach außen eine Cuticula und gegen die tieferliegenden Gewebe eine dünne Lamelle (Basalmembran) ab.

Bei den Ephitelien unterscheidet man unter Platten-, Pflaster- und Zylinderephitelien.

Ephitelgewebe bilden ,zusammen mit tiefer gelegenden Geweben ,die Haut. Diese schützt gegen verschiedenartige Umwelteinflüsse, dient der Wärmeregulation (Schweißdrüsen), Ausscheidung von Feuchtigkeit, Kochsalz und verschiedenen Abfallstoffen und in geringerem Maße auch der Atmung.

Bei niederen Tieren kann die Cuticula auch ein festes Außenskelett bilden (Kalkschale der Weichtiere, Chitinpanzer der Insekten).

Das Bindegewebe ist sehr vielgestaltig und füllt Zwischenräume im Körper aus, umschließt und verbindet innere Organe und baut Innenskelette auf. Unter den Bindegeweben sind die faserigen, die elastischen und die Fett bildenden Gewebe sowie Knorpel und Knochen am weitesten verbreitet. Im Gegensatz zum Epithelgewebe sind die Zellen des Bindegewebes weiter voneinander entfernt, mit relativ großem Interzellularraum.

Das faserige Bindegewebe kommt überall im Körper vor und bildet mit seinem unregelmäßigen Fasernetz weiche Polster, die u. a. Nerven, Blutgefäße und Organe umgeben. Sie weisen eine höhere Festigkeit auf. Das am einfachsten beschaffenste elastische Gewebe ist dabei das Gallertgewebe, welches man in Quallen und anderen niederen Tieren wiederfindet. Das Fettgewebe nimmt eine besondere Rolle als lockeres und faseriges Bindegewebe ein, in das große , prall mit Fett gefüllte Zellen eingelagert sind. Es hat eine ähnliche Stützfunktion wie das faserige Bindegewebe, eben mit dem Unterschied, dass die Zellen Fett speichern.

Knorpel geht dabei aus steifgallertigem Bindegewebe hervor, dass von vielen feinen Bindegewebsfasern durchzogen sein kann. Die darin einzeln verstreuten Bindegewebszellen werden zu Knorpelzellen. Während man Knorpel in seltenen Fällen auch bei höheren Wirbellosen findet, kommen Knochen nur bei den Wirbeltieren vor. Knochen sind Organe die aus verschiedenen Gewebearten gebildet werden, in erster Linie jedoch aus Knochengewebe. Dieses besteht wie das Knorpelgewebe, aus einer Grundsubstanz, in der einzelne Zellen eingelagert sind. Im unterschied dazu bleiben die Zellen hierbei jedoch durch Ausläufer miteinander in Kontakt.

Das Muskelgewebe der Wirbeltiere besteht aus langgestreckten, spindelförmigen Muskelzellen oder aus ,,Paketen" solcher Zellen(Muskelfasern). Durch die Kontraktion der Muskelfasern verkürzen sich die Muskeln, durch ihre Erschlaffung strecken sie sich. Gruppen von Muskelfasern werden von einer gemeinsamen Bindegewebshülle umgeben.

Mit Hilfe des Nervengewebe werden Reize aufgenommen, in Erregung umgewandelt, weitergeleitet und verarbeitet. Die Aufnahme und Umwandlung geschieht durch einzelne Sinneszellen (oder durch Sinnesorgane), die Weiterleitung und Verarbeitung durch Nervenzellen, die über fadenförmige Fortsätze mit den Sinneszellen, anderen Nervenzellen und Muskelfasern in Verbindung stehen. Es ist ein sehr komplexes System von Zellen (auch Ganglien genannt).

4.4 Organ
Ein Organ besteht aus verschiedenen Geweben und bildet eine Bau- und Funktionseinheit des Körpers.
Die Organe der Pflanze sind zum Beispiel Wurzel, Sprossachse und Blatt.

4.5 Organsystem
In einem Organsystem wirken mehrere Organe im Verband bei der Erfüllung von Lebensfunktionen zusammen.
Die Blüte einer Pflanze ist beispielweise ein Organsystem. Sie wird aus mehreren Organen gebildet, die einer gemeinsamen Aufgabe dienen- der Fortpflanzung.

4.6.Organismus
Organsysteme mit ihren Zellen, Geweben und Organen bilden zusammen den Organismus. Ein Organismus ist ein hochdifferenziertes Lebewesen mit Anpassungserscheinungen an den Lebensraum, der alle Lebensmerkmale zeigt.

5. Zusammenfassung
Einzellige und vielzellige Organismen sind überall auf der Erde und in allen Lebensräumen zu finden. Sie werden in pflanzliche und tierische Einzeller und in pflanzliche und tierische Vielzeller unterteilt. Diese Mikroorganismen haben sich an unterschiedliche Lebensräume angepasst und sind alle voneinander abhängig.

Quellenverzeichnis

Brehme, Siegfried; Meincke, Irmtraut: Wissensspeicher Biologie. 3. Auflage. Berlin:Volk und Wissen, 1995

Bayrhuber, Horst; Kull, Ulrich: Linder Biologie. 20. Auflage. Hannover: Schroedel Verlag, 1989

Hoff, Peter; Jaenicke, Joachim; Miram, Wolfgang: Biologie heute II G. 5. Auflage. Hannover: Schroedel Verlag, 1985

Miram, Wolfgang; Scharf, Karl-Heinz: Biologie heute S II. 4. Auflage. Hannover: Schroedel Verlag, 1997

Meyers Lexikon Redaktion: Schüler Duden: Die Biologie. 3. Auflage. Mannheim: Duden Verlag, 1994

Vogel, Günter; Angermann, Hartmut: Taschenatlas der Biologie, Band I: Zellen, Organe, Organismen, Ontogenie. 5. Auflage. München: Deutscher Taschenbuchverlag, 1984

Streble, Heinz; Krauter, Dieter: Das Leben im Wassertropfen. 8. Auflage. Stuttgart: Franckh Kosmos Verlag, 1973

Pawelzig, Gerd: Biologie in Übersichten. 1. Auflage. Berlin: Volk und Wissen Verlag, 1998

Griffin, Robert: Biologie Malatlas. 1. Auflage. München: Arcis Verlag, 1999

Buselmaier, Werner: Abiturwissen: Biologie. 6. Auflage. Augsburg: Weltbild Verlag, 1998