Zusammenfassung - Alle zu beantwortenden Fragen der Prüfungsvorbereitung. PDF

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BIODIVERSITÄT DER TIERE II FS 19 1) Erklären Sie die Funktionen und die Hauptbestandteile der extrazellulären Matrix (ECM). Funktionen: Zusammenhalt Energieverteilung Zellkommunikation 2) Mit welchen Synapomorphien kann die Monophylie der Metazoa begründet werden? Erläutern Sie diese Synapomorphien....

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BIODIVERSITÄT DER TIERE II – FS 19 1) Erklären Sie die Funktionen und die Hauptbestandteile der extrazellulären Matrix (ECM). Funktionen: - Zusammenhalt - Energieverteilung - Zellkommunikation

2) Mit welchen Synapomorphien kann die Monophylie der Metazoa begründet werden? Erläutern Sie diese Synapomorphien. - ECM (siehe oben) - Spermien  sexuelle Fortpflanzung

3) Nennen und erklären Sie die wichtigsten Synapomorphien der Eumetazoa. Die wichtigsten apomorphen Merkmale der Eumetazoa sind: 1. Extrazelluläre Matrix: tritt in 3 räumlich klar getrennten Anteilen auf a. Cuticula (am apikalen Pol von Epithelzellen) b. Basale Matrix (am basalen Pol von Epithelzellen): Besteht aus Grundsubstanz (Basallamina) und Eiweissfibrillen (Faserschichte). Fehlt den Porifera (d.h. Synapomorphie der Eumetazoa!). c. Interzelluläre Substanz von Bindegeweben. 2. Grundsätzlich lassen sich alle Zelltypen der Eumetazoa entweder aus Epithelzellen oder aus Einzelzellen in der ECM ableiten. 3. Epithelgewebe: Durch die Ausbildung von Cuticula, basaler Matrix (bestehend aus Basallamina und Faserschichte) und speziellen komplexen Zellverbindungen entstehen bei den Eumetazoa Epithelgewebe: Die Verbindung der Epithelzellenwird hier (unter anderem) über komplexe Punktdesmosomen und Banddesmosomen mit Zonulae adhaerentes bewerkstelligt. Der

Interzellularspalt wird bei den Punktdesmosomen (zum Unterscheid von den Zonulae adhaerentes) von Mikrofilamenten durchzogen. Die Zonulae adhaerentes bilden bei den Wirbeltieren zusammen mit den sog. Zonulae occludentes (Singular: Zonula occludens; auch „tight junction“ genannt), bei den meisten Wirbellosen zusammen mit sog. „septierten Desmosomen“, bandförmige Zellverbindungen (Banddesmosomen, Abb.). Punkt- und Banddesmosomen bewirken den festen Zusammenhalt der Zellen sowie mechanische Festigkeit und kontrollieren den Stofftransport. Durch diese festen Verbindungen der Epithelzellen entstehen Epithelgewebe. Mittels dieser Epithelgewebe kann ein vom Aussenmedium verschiedenes, eigenständiges Innenmilieu aufrechterhalten werden. Bei den Porifera (Schwämme) sind Zellverbindungen nachgewiesen, die möglicherweise Vorläufer der Zonulae adhaerentes darstellen. Die Placozoa haben wahrscheinlich echte Zonulae adhaerentes. Deswegen hält man sie für echte (möglicherweise stark abgeleitete oder sehr ursprüngliche) Metazoa, obwohl ihnen die ECM völlig fehlt. Grundsätzlich lassen sich alle Zelltypen der Eumetazoa entweder aus Epithelzellen (siehe vorne) oder aus Einzelzellen in derECM ableiten: Bei diesen sind nur punktförmige Zellverbindungen (z.B. Punktdesmosomen) vorhanden. Diese Einzelzellen produzieren verschiedene Eiweisse der ECM (z.B. Kollagene, Glykoproteine etc.) und bauen das Mesenchym (embryonales Bindegewebe) auf. Aus dem Mesenchym wird unter anderem das Parenchym (Bindegewebe). 4. 2 Keimschichten: Durch die Entstehung der Epithelgewebe bei den Eumetazoa wird auch die Bildung von Keimschichten (auch “Keimblätter” genannt) möglich. Ursprünglich für die Eumetazoa sind zwei Keimschichten: ein äusseres Epithel (Ektoderm) und ein inneres (Entoderm). Aus dem Ektoderm entstehen im Wesentlichen die Epidermis und das Nervensystem, aus dem Entoderm der Verdauungstrakt und seine Derivate (z.B. Lunge, Leber etc.).

4) Nennen und erläutern Sie eine mögliche Apomorphie der Porifera. Synapomorphie: Choanocyten (Kragengeisselzellen): Diese erzeugen einen Wasserstrom durch den Körper des Schwammes und bilden ursprünglich eine innere, einheitliche Epithel-ähnliche Schicht, das Choanoderm. Bei den meisten Scwämmen ist das Choanoderm in eigenen Kammern konzentriert („Kragengeisselkammern“)

5) Was spricht für die These, dass Schwämme die Schwestergruppe aller anderen Metazoa sind? - Studien über die Genetik von Porifera, Cnidaria und Ctenophora legen nahe, dass Schwämme nicht Vorfahren, sondern eine Schwestergruppe aller anderen Metazoa sind. - Wenn man davon ausgeht, dass das Nervensystem nur einmal entstanden ist, würde dies auch für die These sprechen.

6) Erklären Sie Ernährung und Verdauung der Porifera. Welche Rolle spielen dabei die Choanocyten? Ernährung: Unterdruck wird erzeugt, Wasser mit Nährstoffen wird eingesaugt. Choanocyten («Kragengeisselzellen») erzeugen einen Wasserstrom durch den Körper des Schwammes. Filtrieren feinste Partikel. Nahrungsaufnahme erfolgt durch Endocytose, die Verdauung ist intrazellulär (wie bei Einzellern!). Leben oft mit Algen und Bakterien in Symbiose (diese treiben Photosynthese, bei manchen Arten leben sie in Vakuolen spezieller Bakteriocyten), bis hin zu praktisch autotrophen Arten. Auch räuberische Ernährung ist möglich (bei Arten der Tiefsee und aus Höhlen). Einströmöffnungen (Ostien, durch Porocyten gebildet) und Ausströmöffnung(en) (Osculum, Plural Oscula) sind vorhanden.

7) Was ist der bedeutendste Unterschied zwischen der Verdauung der Porifera und der der Eumetazoa? Porifera: Basale Stellung wegen fehlenden Geweben und Organen. Schwämme sind nur lockere Zellverbünde, intrazelluläre Verdauung über Endocytose.  siehe 6) Eumetazoa: Durch die Entstehung der Epithelgewebe bei den Eumetazoa wird auch die Bildung von Keimschichten (auch “Keimblätter” genannt) möglich. Ursprünglich für die Eumetazoa sind zwei Keimschichten: ein äusseres Epithel (Ektoderm) und ein inneres (Entoderm). Aus dem Ektoderm entstehen im Wesentlichen die Epidermis und das Nervensystem, aus dem Entoderm der Verdauungstrakt und seine Derivate (z.B. Lunge, Leber etc.).  extrazelluläre Verdauung

8) Erklären Sie, warum sich bei den meisten Porifera kein eigenständiges Innenmilieu aufrechterhalten lässt.  Merkmale des Epithelgewebes: Durch die Ausbildung von Cuticula, basaler Matrix und speziellen komplexen Zellverbindungen entstehen bei den Eumetazoa Epithelgewebe: Komplexe Punktdesmosomen und Zonulae adhaerentes (unter anderen) verbinden die Epithelzellen. Der Interzellularspalt wird bei den Punktdesmosomen (im Unterschied zu den Zonulae adhaerentes) von Mikrofilamenten durchzogen. Die Zonulae adherentes bilden zusammen mit den Zonulae occludentes bandförmige Zellverbindungen (Banddesmosomen). Beide Zellverbindungen bewirken mechanische Festigkeit und kontrollieren den Stofftransport. Durch diese festen Verbindungen der Epithelzellen kann ein vom Aussenmedium verschiedenes, eigenständiges Innenmilieu aufrechterhalten werden. - den Porifera fehlt dieses Epithelgewebe (siehe 9))

9) Warum können Porifera keine Keimschichten entwickeln? - KEINE Punktdesmosomen - KEINE typische Zonula adhaerentes - KEINE basale Matrix → Es gibt weder Epithel (keine Keimblätter), noch sonstige Gewebe, damit auch keine Organe (z.B. Geschlechts-, Atmungsorgane) → Inneres und Äusseres Milieu nicht getrennt („Durchflusskolonie“), innen und aussen gleiches Milieu

10) Erklären Sie die Funktion der Archaeocyten im Schwammkörper. Zwischen Pinacoderm und Choanoderm liegt das Mesohyl (= ECM) mit Zellen darin, z.B.: Archaeocyten: Totipotent, können sich in andere Zelltypen umwandeln. Fortpflanzung: Spermien entstehen aus umgewandelte Choanocyten. Eier entstehen bei Süsswasserschwämmen aus Archaeocyten, bei anderen wahrscheinlich aus Choanocyten. Auch sukzedan zwittrige Arten kommen vor. Aus dem befruchteten Ei schlüpft eine bewimperte lecitotrophe, meist planktonische Larve, die auch im Schwamm verbleiben kann („Viviparie“). Asexuelle Fortpflanzung: Süsswasserschwämme bilden Überdauerungsstadien (Gemmulae, Abb. unten Mitte und rechts), mit einer Öffnung (Micropyle), im Inneren befinden sich zweikernige Thesocyten (Abb. unten links). Thesocyten sind umgewandelte Archaeocyten, sie entstehen durch Phagocytose von je einer dotterreichen Nährzelle (Trophocyte).

11) Wie würden Sie innert kurzer Zeit eine grosse Schwammzucht kultivieren? Erklären Sie Ihre Methode. Schwämme haben die grösste Regenerationsfähigkeit unter allen Metazoen. Jungschwämme können sogar zu einem einzigen Individuum fusionieren! Diese Eigenschaft kann man auch bei der Schwammzucht nutzen. Man kann kleine Stückchen vom Schwamm-Individuum schneiden, diese an einem Seil befestigen und ins Wasser hängen. Nach einiger Zeit bildet sich aus diesen Stücken aufgrund der grossen Regenerationsfähigkeit von Schwämmen eine grosse Anzahl von Schwamm-Individuen.

12) Erklären Sie Aufbau und Funktion der Gemmulae. Gemmulae sind Überdauerungsstadien bei den meisten Süsswasserschwämmen und einigen Meeresschwämmen. Sie besitzen eine dicke Spongin-Aussenschicht, die durch Spicula verstärkt wird. Gemmulae haben eine Öffnung (Micropyle). Sie sind angefüllt mit zweikernigen Thesocyten. Thesocyten sind umgewandelte Archaeocyten, sie entstehen durch Phagocytose von je einer dotterreichen Nährzelle (Trophocyte). Gemmulae sind vor allem Dauerstadien.

13) Ihre kleine, von Biologie faszinierte Schwester behauptet, dass Schwämme keine richtigen mehrzelligen Tiere sind. Wie kommt sie darauf? Und was würden Sie ihr sagen, um ihre Behauptung zu widerlegen? Schwester: Die Schwämme haben keine Desmosomen, keine typischen Zonulae adhaerentes und keine basale Matrix. Folglich gibt es weder Epithel- noch sonstige Gewebe und damit auch keine Organe. Inneres Körpermilieu und äusseres (wässriges) Milieu sind nicht getrennt → Durchflusskolonien. Wegen ihres einfachen Bauplanes wurden sie bis ins 19. Jahrhundert sogar für Pflanzen gehalten. Gegenargument: Porifera bilden Spermien mit Akrosom, Kopf (mit Nukleus), Mittelstück (mit Mitochondrien) und Schwanz, respektive Geissel  sexuelle Fortpflanzung. Zudem besitzen die Porifera eine Extrazelluläre Matrix (ECM). Zur Ernährung benötigen Schwämme Geisselzellen  können also keine Einzeller sein.

14) Wie sind Epithelgewebe aufgebaut? Welche Vorteile bringt die Möglichkeit der Bildung von Epithelgeweben für Organismen mit sich? Durch die Ausbildung von Cuticula, basaler Matrix und speziellen komplexen Zellverbindungen entstehen bei den Eumetazoa Epithelgewebe: Komplexe Punktdesmosomen und Zonulae adhaerentes (unter anderen) verbinden die Epithelzellen. Der Interzellularspalt wird bei den Punktdesmosomen (im Unterschied zu den Zonulae adhaerentes) von Mikrofilamenten durchzogen. Die Zonulae adherentes bilden zusammen mit den Zonulae occludentes bandförmige Zellverbindungen (Banddesmosomen). Beide Zellverbindungen bewirken mechanische Festigkeit und kontrollieren den Stofftransport. Durch diese festen Verbindungen der Epithelzellen kann ein vom Aussenmedium verschiedenes, eigenständiges Innenmilieu aufrecht erhalten werden.

15) Erklären Sie Beutefang und Nahrungsaufnahme der Ctenophora. Dem Nahrungserwerb dienen 2 äusserst Tentakel, die vollständig in Tentakeltaschen zurückgezogen werden können. Beim Abfischen des umgebenden Wassers werden sie ausgefahren, ihre zahlreichen Nebenfäden (Tentillen) ordnen sich zu einem netzähnlichen schwebenden Gebilde. Die Tentillen sind mit Klebzellen (Kolloblasten, Collozcyten) besetzt, die ein klebriges Sekret, aber kein für Beutetiere tödliches Gift enthalten. Ein Kolloblast ist eine umgebildete Epidermiszelle. Daran klebende Beutetiere werden durch Einzug der Tentakel an die Mundöffnung herangeführt. Die in der Sagittal- («Schlund»-)ebene gestreckte Körperöffnung führt über ein ektodermales Schlundrohr in das bewimperte Gastrovaskularsystem. ( 18)

16) Was ist ein Statolith und wie funktioniert er? Der Statolith ist ein Schweresinnesorgan. Der Fortbewegung dienen 8 Reihen von Wimpernplatten (“Rippen”), diese bestehen aus aneinander gereihten Zellen mit je einem Büschel verklebter Cilien. Die Rippen enden aboral zu je zweien in einem Cirrus. An den vier Cirren hängt ein Statolith aus Calciumsulfat. An diesem aboralen Sinnespol liegen auch zwei Polplatten unbekannter Funktion. Das Nervensystem ist ein diffuses Nervennetz. Verändert die Rippenqualle durch äußere Einflüsse ihre Lage im Raum, so übt der Statolith auf eine der vier Geißelgruppen stärkeren Druck aus als auf die drei anderen. Dieser Sinneseindruck wird auf die Außenhaut weitergeleitet, die von insgesamt acht längsseitigen Wimpernplatten durchzogen ist.

17) Beschreiben Sie die Symmetrieachsen der Rippenquallen. Wie viele gibt es, wie heissen sie und wie sind sie definiert? Der Körper ist disymmetrisch gebaut. Zwei Ebenen (Schlundebene und Tentakelebene) liegen normal zueinander und trennen das Tier in je zwei spiegelsymmetrische Hälften. Bei den Ctenopohora (Rippenquallen) und (wahrscheinlich konvergent) den Bilateria tritt eine definierte Körperachse auf, die von der Mundöffnung zu einem aboralen Pol führt, der bei den meisten Bilateria einen After trägt.

18) Wie nennt man das Darmsystem der Ctenophora und was sind seine Hauptmerkmale? Gastrovaskularsystem. Es besteht aus Meridional- («Rippen»-), Tentakel- und Schlundkanälen, die über einen zentralen Magen miteinander verbunden sind. Der stark aufgezweigte Darm übernimmt nicht nur Verdauungsfunktion, sondern auch die Verteilung der Nährstoffe im Körper. Die Mundöffnung führt in ein ektodermales Schlundrohr, dieses spaltet sich in zahlreiche Kanäle auf. Zwei davon münden durch Exkretionsporen am Aboralpol nach aussen.

19) Was versteht man unter dem Begriff „Dissogonie“? Ctenophoren sind Zwitter. Eier und Spermien entstehen gleichzeitig aus Wandzellen der Meridionalkanäle (liegen unter den Wimpernplatten) des Gastrovascularsystems. Oft tritt Dissogonie auf: Zweimalige Geschlechtsreife, einmal in einem frühen Jugendstadium, dann noch einmal (mit wesentlich grösseren Eizellen) als Adultus.

20) Weshalb sind in manchen Rippenquallen (z.B. Haeckelia rubra) Nesselzellen zu finden? Die Ctenophore Haeckelia rubra (Abb. rechts) frisst Hydromedusen und baut deren Cniden geordnet in zwei Reihen in die Tentakel ein («Kleptocniden»), wo sie ernährt werden und der eigenen Verteidigung resp. dem Beutefang dienen.

21) Nennen sie ein Argument für die Hypothese, dass wir mit den Nesseltieren näher verwandt sind, als mit den Rippenquallen. Bei den Cnidaria und den Bilateria treten Hox-Gene auf.  siehe 23)

22) Erklären Sie die drei Schichten des Körpers der Porifera, Ctenophora und Cnidaria. Kann man sagen, dass es sich bei diesen Schichten um Ekto-, Ento- und Mesoderm handelt? Begründen Sie Ihre Meinung. Aufbau Porifera (3- Schichtig): - Innen: Choanoderm - Mitte: Mesohyl - Aussen: Pinacoderm Aufbau Ctenophora (3-Schichtig): - Innen: Gastrodermis (Entoderm) - Mitte: Mesoglea - Aussen: Epidermis (Ektoderm) Aufbau Cnidaria (3-Schichtig) - Innen: Gastrodermis (Entoderm) - Mitte: Mesogloea - Aussen: Epidermis (Ektoderm) Cnidaria und Ctenophora: Haben nur 2 Keimblätter: Ektoderm und Entoderm. Ektoderm bildet Epidermis (aussen), Entoderm bildet Gastrodermis (innen), kleidet Gastralraum aus (zentraler Hohlraum, wo die Verdauung stattfindet). Zwischen Epi- und Gastrodermis liegt eine von beiden Epithelien sezernierte Zwischenschichte, die Mesogloea: Primär zellfrei, Zellen können aber einwandern (bildet keine Keimschicht) Porifera: Haben keine Epithelien (siehe oben), können somit auch keine Keimblätter (braucht es nicht, hat keine Organe, die ummantelt sein müssten) bilden!

23) Erläutern Sie kurz (soweit in der Vorlesung besprochen) die Hox-Gene (= HomöoboxGene). Welchen Metazoen fehlen Hox-Gene? Bei den Cnidaria und den Bilateria treten Hox-Gene auf. Es handelt sich dabei um regulatorische Gene; sie enthalten eine sog., Homöobox mit einer charakteristischen, stark konservierten Sequenz, die für eine regulatorische, an DNA bindende Proteindomäne kodiert. Bei den Cnidaria finden sich zwei, bei den Bilateria vier oder mehr Hox-Gene. Hox-Gene bestimmen in der Embryonalentwicklung die Gliederung des Körpers entlang der Längsachse, die Identität von Segmenten, die Ausbildung und spezifische Form von Extremitäten, bei den Wirbeltieren die Ausbildung und Form der Wirbel etc.

24) Beschreiben Sie den Aufbau und die Funktion der Cnidocyten (= Nematocyten). Wo kommen diese vor? Sind die Nesselzellen der Cnidaria. Wichtigste Synapomorphie der Cnidaria: Cnidocyten (= Nematocyten, Nesselzellen) in der Epidermis: Cnidocyten enthalten eine mit (meist giftiger) Flüssigkeit gefüllte Nesselkapsel (Cnide = Nematocyste), welche ein Derivat des Golgi-Apparates ist. Die Auslenkung eines Sinnesstiftes (Cnidocil) oder eines normalen Ciliums (nur bei den Anthozoa) bewirkt das Ausschleudern eines hohlen Nesselfadens aus dem Inneren der Cnide (Abb. links unten). Das Cnidocil besteht aus einem modifizierten Cilium, umgeben von Microvilli. Das Gift wirkt neurotoxisch, oft auch proteolytisch und hämolytisch. Neben den Nesselkapseln im engeren Sinn treten auch zahlreiche andere Typen von Cniden, wie z.B, Klebe- und Wickelkapseln auf. Meist sind Nesselzellen nicht gleichmässig verteilt, sondern liegen in Gruppen in der Epidermis („Nesselbatterien“). Im Allgemeinen suchen Cnidaria nicht nach ihrer Nahrung, sondern fangen Organismen, die eher zufällig an ihre Tentakel gelangen und die sie dann unzerkleinert in den Darmsack schlingen.

25) Was versteht man unter einer „Metagenese“, und welchen Vorteil könne eine Metagenese bieten? Nennen Sie eine Tiergruppe, in der Metagenese häufig auftritt. Metagenese bezeichnet einen Wechsel von einer oder mehreren Generationen, die sich ungeschlechtlich fortpflanzen mit einer sich geschlechtlich fortpflanzenden Generation. Metagenese tritt häufig bei den Cnidaria auf.

26) Erklären Sie die Muskulatur (soweit in der Vorlesung besprochen) und damit zusammenhängend die Bewegung bei den Cnidaria. In beiden Epithelien kommen spezialisierte Epithelmuskelzellen vor (Epithelzellen mit Muskelfasern am basalen Pol). Die Epidermis bildet so eine Längsmuskelschichte, die Gastrodermis eine Ringmuskelschichte. Durch koordinierte Muskelkontraktionen gegen das im Gastralraum enthaltene Wasser können Medusen sich allerdings auch aktiv fortbewegen (nicht nur von Strömung treiben lassen) – sie nutzen dabei das Rückstoßprinzip. Viele Polypen sind auch noch zu begrenzter Fortbewegung fähig.

27) Worin unterscheidet sich die Lebensweise von Polyp und Meduse bei den Cnidaria? Polypen sind sessil und Medusen freischwimmend. Häufig tritt eine Metagenese zwischen einem sessilen Polyp und einer vagilen Meduse auf. Der Polyp bildet auf ungeschlechtlichem Weg die Medusengeneration, diese auf geschlechtlichem Weg die Polypengeneration. Einzige echte Organe sind Sinnesorgane, die nur bei Medusen auftreten.

28) Wie sind die Staatsquallen organisiert? Wie konnten Sie ihren Organisationsgrad erreichen, ohne Organe auszubilden? Cnidaria: Hydrozoa: Siphonophora (Staatsquallen) - Hydrozoa: Polypen mit einheitlichen Gastralraum bilden oft Kolonien durch ungeschlechtliche Vermehrung → kommt zu Arbeitsteilung zw. Polypen (z. B. Nähr-Abwehr-, Fortpflanzungspolypen) → Polypen übernehmen Organfunktion - Hydrozoen (Cnidaria→Hydrozoa) sind häufig in Polypenkolonien organisiert, wobei die Polypen alleine nicht mehr lebensfähig wären: Z. B. Siphonophora(Staatsquallen): - Polypen: als polypoide Zooide (spezialisierte Polypen und Medusen am Stamm) ausge-

bildet (Abb. rechts)  Gastrozooide(Nahrungsaufnahme, Verdauung)  Dactylo-zooide(Verteidigung)  Gonozooide(Fortpflanzung, mit Gonophoren), Phyllozooide(Deck-und Schutzfunktion)  Schwimm- und Segelorgan: Pneumatophor, gasgefüllt, Schwimm- und Segelorgan (Abb. unten)  Medusen nie frei, produzieren als Gonophoren (= Geschlechtsknospen) Larven oder dienen als Nectophoren (=Schwimmglocke) zum Schwimmen (medusoide Zooide)

29) In welche zwei Hauptgruppen werden die Anthozoa (Korallen) eingeteilt? Aufgrund welcher Merkmale erfolgt diese Einteilung? Wie und wo (im Organismus) bilden diese beiden Gruppen ihr Kalkskelett? Die Medusengeneration fehlt hier! Der Polyp bildet die Keimzellen. Gastralraum mit 6 oder 6n (Hexacorallia) oder 8 Septen (Octocorallia). Die Septen bestehen aus Entoderm + Mesogloea (Sarcosepten) und tragen Wülste (Septalfilamente, welche mit Cnidocyten und Enzymdrüsen ausgestattet sind, Abb. Mitte). Hexacorallia): Die Fussscheibe besitzt Kalkdrüsen, diese bilden ein hohlraumreiches Skelett aus abwechselnden horizontalen Platten und kalkigen Septen (Sklerosepten), letztere liegen zwischen den Sarcospten. Bei den Octocorallia entsteht das ...