Prüfungsfragen: EC naturwissenschaftliches Denken_Biologie machen

  • Wir haben gehört, dass man mit Hühnerembryonen viele Experimente machen kann und auch macht. Was denken Sie, warum sind diese besonders geeignet?

Groß, frei zugänglich, künstlich brutbar, keine große Beeinträchtigung der Entwicklung des Küken, das Ei befindet sich außerhalb des Körpers und ist so leicht zu untersuchen

  • Die Entwicklung der Küken dauert 21 Tage bis zum Schlüpfen. Experimente mit Hühnerembryonen sind bis zum 12. (in Ausnahmefällen bis zum 14.) Tag nach der Befruchtung erlaubt. Was denken Sie sind die Gründe dafür, dass man diese Grenze gesetzt hat?

Das Tier spürt keinen Schmerz, da es noch kein Nervensystem ausgebildet hat. Außerdem will man die Allantois (embryonale Harnblase = die Ausstülpung des embryonalen Enddarms) nicht verletzen

  • Hühnerembryonen bekommen viel Nahrung in Form von Dotter mit. Was muss „passieren“, damit diese Nahrung auch genutzt werden kann?

Er sitzt auf einer großen Menge von Reservestoffen (Dotter), die erst enzymatisch aufbereitet und dann resorbiert werden müssen. Dazu ist es notwendig, frühzeitig Darmgewebe aufzubauen – so entsteht der Dottersack, der die Dotterkugel schrittweise umwächst. Zwischen Darmepithel und Wand der Leibeshöhle bilden sich frühzeitig Blutgefäße – es entsteht ein Dottersackkreislauf, der die aufbereiteten Nährstoffe zum Embryo bringt und in ihm verteilt.

  • Wenn Sie das Hühnerei mit der Eizelle eines Seesternes vergleichen: was fällt Ihnen auf?

Huhn: dotterreich, abgeschlossen, groß, Schale

Seestern: dotterarm (im Meer sind gelöste Nährstoffe drinnen, mit denen sich der Embryo versorgt, klein, keine Schale

  • Die winzigen Eizellen eines Seesternes sind besonders dotterarm. Sie schwimmen aber in einer „Suppe“ (im Meer gibt es viele Nährstoffe: gelöste, in Partikelform oder  z.B. als Planktonorganismen). Wie kommen die „Eizellen“ an diese Nahrung möglichst bald ran?

Die kleine Dotterreserve reicht für die ersten Teilungen. Früh entwickelt der Embryo einen Urmund und eine Darmöffnung und kann – in Larvenform- seiner flüssigen Umgebung Nährstoffe/Plankton entnehmen. Er versorgt sich selbst, später dann Metamorphose zum fertigen Seestern.

  • Im Wasser (insbesondere im Meer) gibt es festsitzende (sessile) Tiere. Warum ist das möglich? Wieso gibt es dies an Land nicht? (Von den Pilzen abgesehen…)

im Unterschied zu den vielzelligen Pflanzen, die i.d.R. ortsfest „verwurzelt“ sind, leben vielzellige Tiere primär freibeweglich (Fortbewegung), können jedoch sekundär zu einer festsitzenden (sessilen) Lebensweise übergehen. Diese ist jedoch nur wasserlebenden Formen möglich, da nur dort entweder eine äußere Besamung der in das Wasser abgegebenen Eier oder ein Herbeistrudeln der Spermien möglich ist. Auch planktontische Nahrung kann im Wasser herbeigestrudelt werden; viele sessile Tiere sind daher Strudler (z.B. Schwämme, Kamptozoa, Tentaculata; Ernährung).

  • Juvenilstadien und Adulti einer Art sehen oft unterschiedlich aus. Warum?

Kindchenschema nach Konrad Lorenz; à Anstieg des Prolaktinspiegels (Prolaktin löst bei allen bislang getesteten Säugetierarten, und vielen anderen Wirbeltieren Brutpflegeverhalten aus.)

Tiere im Juvenilstadien weisen oft Merkmale auf, die Auslöser für Brutpflegehandlungen darstellen und Aggressionen hemmen (bzw. keine aggressiven Handlungen auslösen). z.B. Jugendkleid, Sperrrachen vieler Vögel

Damit sie nicht in Konkurrenz gegeneinander treten; desweiteren wollen sich viele tiere im Juvenilstadium besser und weiter verbreiten und haben daher eine andere Form als im Erwachsenenstadium à Metamorphose passiert dazwischen

  • Welche Probleme kann es geben, wenn eine Rhesus-negative Mutter ein Rh-positives Kind bekommt?

- Anti(körper) = Anti-Fremdkörper = Antis: im Plasma -> bewirken Agglutination
- Antigen -> generiert Antikörper; können eine spezifische Immunantwort induzieren.

- Blutgruppenantigene rufen im fremden Organismus ANTIKÖRPER (gegen sich) hervor

Rhesus-Inkompatibilität – Rh--Mutter (D-Antigen fehlt), Rh+-Kind (D-Antigen vorhanden):

1. Schwangerschaft: nichts passiert (Rh+-Blut wird auf Rh--Mutter übertragen ->>sie  bildet Anti-D Antikörper)

2. Schwangerschaft: wenn die Mutter bei der Geburt verletzt wird, setzt sie Antikörper frei gegen ihr eigenes Kind. Es kommt zu einer Agglutinierung der Erythrozyten, die Antikörper (Immunglobuline der Klasse G) sind sehr klein und plazentagängig, können die Plazentaschranke passieren, was zu einer massiven Beeinträchtigungen des Fötus führen kann (hämolytische Anämie).

  • Auf der Weltkarte mit der Verteilung der Blutgruppen erkennt man große regionale Unterschiede. Wie denken Sie, was könnte die Ursache dafür sein?

Es hat sich heraus gestellt, dass die Träger von Blutgruppe 0 im Fall einer Malaria-Infektion eine erhöhte berlebenschance haben. Dieser Selektionsvorteil hat demnach dazu beigetragen, dass in den feucht-tropischen Zonen Afrikas und auf dem amerikanischen Kontinent die Blutgruppe 0 häufiger vorkommt als in anderen Weltregionen.

Blutgruppe A in diesen Städten kam es oft zu Epidemien. Gegenüber Pest, Cholera und Pocken ist der Typ A besonders widerstandsfähig. Während der Kartoffelpoest in Irland. Aus prinzipieller Ablehnung lehnen Asiaten bis heute die Milchprodukte ab. Die Mongolen haben Milchtrinker als „Barbaren“ betrachtet. Deswegen kann die Umstellung auf die Blutgruppen-ernährung der Blutgruppe B in Asien gesellschaftliche Schwierigkeiten mit sich bringen.

Es wird vermutet, dass die Pest hauptsächlich die Blutgruppen A und AB angegriffen hat -> sie sind in Mitteleuropa deutlich seltener anzutreffen als die restlichen Blutgruppen (44% A, 42% 0, 105 B, 4% AB). Manche Blutgruppen sind also anscheinend anfälliger für Krankheiten als andere (ähnlich: Sichelzellenanämie macht gegen Malaria immun, ist auch in Afrika häufiger verbreitet)

  • Was muss man bei Verhaltensbeobachtungen (insbesondere von Tieren) berücksichtigen?

Keine Aufmerksamkeit erregen, die das Verhalten des Tiers beeinflussen könnte. 
Umwelteinflüsse berücksichtigen. Desweiteren sind Verhaltensbeoobachtungen rein deskriptiv

  • Verhaltensforschung – wozu? Nennen Sie bitte drei Gründe und begründen Sie diese!

…dass ein Verständnis des Verhaltens des ganzen Organismus nicht aus der Kenntnis der neurooder molekularbiologischen Mechanismen allein gewonnen werden kann und dass umgekehrt ein Verständnis dieser Mechanismen Kenntnis über das Verhalten des gesamten Organismus voraussetzt. Aus diesen Gründen sollte Verhaltensbiologie ein essentieller Bestandteil biologischer Grundlagenforschung sein und bleiben.

Welche anderen Gründe gibt es, sich mit dem Verhalten von Tieren zu beschäftigen (Tabelle 1.1)? Wie schon dargelegt, sind Kenntnisse über das Verhalten für das Verständnis von Evolution notwendig. Verhalten ist auch an sich interessant, d. h. zu verstehen, wie beispielsweise Bienen miteinander kommunizieren, trägt zu einem besseren Verständnis natürlicher Prinzipien bei. Verhaltensstudien an Tieren können auch wichtige Prozesse und Motivationen, wie Lernen oder Aggression, aufklären und somit grundlegende vergleichende Beiträge zum Verständnis der Funktion, Mechanismen und Kontrolle menschlichen Verhaltens liefern.

Warum Verhaltensforschung?

Verständnis der funktionalen Integration von Organismen

Verständnis von Evolution

Verhalten ist an sich interessant

Allgemeine Prinzipien von Funktion, Mechanismen und Kontrolle

Vorteile bei Jagd und Domestikation

Schädlingsbekämpfung, Nutztierhaltung

Grundlagen für fundierten Artenschutz

Spaß

Den ältesten und pragmatischsten Grund liefern die Überlebensvorteile im Laufe unserer Stammesgeschichte.

Das Verhalten von für uns gefährlichen Tieren einschätzen zu können, bei der Jagd das Verhalten des Beutetiers richtig vorherzusagen oder auch bei der Domestikation von Haustieren die Zucht und Haltung zu optimieren, waren und sind unschätzbare Vorteile beim mühseligen Kampf ums tägliche Überleben (4., 5.).

Heutzutage ist es zusätzlich von Bedeutung, bei der Bekämpfung von Schädlingen Informationen über deren Fortpflanzungsverhalten einzusetzen oder die natürlichen Bedürfnisse von intensiv gehaltenen Nutztieren zu Kennen (6.).

Eine neue und immer wichtiger werdende praktische Bedeutung gewinnt das Verhalten von Tieren bei der Planung und Umsetzung von Projekten zu deren Schutz und Erhalt. Nur mit Informationen über ihr natürliches Sozialund Paarungssystem, ihre Nahrungsund Habitatwahl können vom Aussterben bedrohte Tiere erfolgreich in Gefangenschaft gehalten und gezüchtet werden. Kenntnisse über Migrationsund Dispersionsmuster, über Raumansprüche und die ökologische Rolle als Beute und/oder Räuber für andere Arten sind zudem notwendig, um geeignete Schutzgebiete zu identifizieren (7.).

Schließlich macht es schlichtweg Spaß, Tiere zu beobachten. Warum sonst gäbe es all die Haustiere, Millionen von Zuschauern bei Tiersendungen im Fernsehen oder immer mehr Ökotouristen, die in ihrem Urlaub wilde Tiere in ihren verbleibenden Lebensräumen beobachten wollen? (8.)

  • Wirbeltiere sind segmental gebaut. An welchen Strukturen erkennt man dies? Woran kann das liegen?

Die Segmentierung vieler Organismen, d. h. die Unterteilung des Körpers in primär gleichartige (homologe und analoge) Abschnitte ist ein Ergebnis von Musterbildungsprozessen im embryonalen Stadium (→ Morphogenese).

…sind auch alle Wirbeltiere grundsätzlich segmental aufgebaut (vergleiche z. B. Wirbel oder Rippen mit dazwischen liegenden Nerven und Blutgefäßen).

Im Laufe der Entwicklung differenzieren sich die Somiten in zwei Segmente, das Sklerotom und das Dermatomyotoms. Aus dem Dermatomyotom entwickelt sich unter anderem die Skelettmuskulatur.

à Fischfilets… segmentierter Rumpf

Die zwei vielleicht wichtigsten, wenn auch etwas versteckten Merkmale der Wirbeltiere sind der grundsätzliche Umbau der embryonalen Entwicklung und die Entstehung eines vollkommen neuen Gewebetyps, nämlich der Zellen der Neuralleiste. Seitlich der Linie, an der sich auf der Rückenseite des Embryos das Neuralrohr einstülpt, bilden sich zwei längliche Zellstreifen, die später tiefer in den Embryo wandern und sich an der Entstehung von ca. 40 verschiedenen Geweben und Organen, einschl. Schädel, Kiemenapparat und Sinnesorganen beteiligen. Die Zellen der Neuralleiste wandern in zwei Schüben an verschiedene Bestimmungsorte, wo sie sich schnell teilen und differenzieren und dadurch verschiedene Gewebe und Organe entstehen lassen: das periphere Nervensystem, Drüsen, einige glatte Muskeln, Zähne, Hautskelett u.a. Gehirn: Der vordere Teil des Neuralrohres ist zu einem (mehrteiligen) Gehirn ausdifferenziert.

Vom phylogenetischen Standpunkt aus betrachtet, ist die Neuralleiste an der Entstehung gerade derjenigen Organe beteiligt, die für das Verständnis der Wirbeltiervielfalt eine Schlüsselrolle spielen.

  • Welche Methode eignet sich besonders gut, um Strukturen im Körperbau miteinander vergleichen zu können? (Homologien aufzeigen – nachweisen usw.)

Der Vergleich in ihrer Entwicklung, Stammbaumanalyse

  • Sie haben eine Hypothese aufgestellt. Was nun?

Daten sammeln (beobachten, experimentieren, befragen), Daten analysieren, Ergebnisse diskutieren/interpretieren, Ergebnisse verbreiten,

Die Hypothese muss im reproduzierbaren Experiment bestätigt werden, falsifizierbar sein.

  • Im Blut zirkulieren ~ 5 Millionen rote Blutkörperchen pro ml aber nur ~ 5000 (ein Tausendstel) weiße. Produziert werden aber annähernd gleich viele. Wo sind sie?

Alle Erythrozyten halten sich in Blutgefäßen auf, die Leukozyten weitaus überwiegend in den Geweben. Sie benützen das Blut als Verkehrsmittel um an ihre Arbeitsplätze zu gelangen. Dort treten sie durch die Wand der Kapillaren und der postkapillaren Venulen hindurch in das Gewebe über(Diapedese). Vermutlich werden sie dabei von bestimmten chemischen Stoffen angelockt (Chemotaxis). Die Zahl der Leukozyten im Blut wechselt daher sehr stark. Im Durchschnitt kreisen etwa 5% der Leukozyten im Blut, der Rest ist auf alle Gewebe verteilt, ein großer Teil davon hält sich in ihren Bildungsstätten, dem Knochenmark u den Lymphatischen Organen auf

Was ist ein Antigen? Welche Reaktionen ruft es hervor? Nennen Sie bitte ein Beispiel!

- Antigen -> generiert Antikörper; können eine spezifische Immunantwort induzieren.

Oder:  Bildung von Antigenen in den lymphatischen Organen: Eiweißstruktur an Oberfläche, generiert Antikörper

Beispiele für Reaktionen, die Antigene hervorrufen:

- Monozyt: differenziert sich im Gewebe als Makrophag.

Beseitigung von Mikroorganismen durch Phagozytose (Einverleibung, Verschmelzung mit schädlichen Mikroorganismen und anschließende Verdauung)

- Eosinophile Erythorzyten: reagieren auf Fremdkörper durch Binden von überschüssigem Histamin, Bildung von Enzymen, die die Zielzellen schädigen

  • Was ist eine Impfung?

Die Impfung ist eine vorbeugende Maßnahme gegen verschiedene Infektionskrankheiten Antikörper können auch auf andere Lebewesen übertragen werden und diese schützen. Bei dieser „passiven“ Schutzimpfung hält der Schutz nur so lange an wie die übertragenen Antikörper im Blut kreisen.

Einen lang andauernden Schutz erreicht man mit der „aktiven“ Schutzimpfung. Man bringt dabei eine abgeschwächte Form des Krankheitserregers in den Körper. Diese regt den Körper zur Erzeugung von Antikörpern an, um dann so eine spezifische Immunität gegen die entsprechende Infektionskrankheit zu bewirken.

passive Immunisierung: Einsetzung fremder Antikörper

aktive Immunisierung: Einsetzung abgeschwächter Antigene –> regt den Körper an, eigene Antikörper zu bilden

  • Viele Krankheiten, die als ausgerottet galten, kehren zurück. Was könnte der Grund dafür sein?

· Resistenzbildung, z.B. durch Anpassung an Antibiotika

· Höhere Mobilität -> Krankheiten, die hier als ausgerottet gelten, kommen as einem anderen Teil der Welt wieder her

 

Es hat sich heraus gestellt, dass die Träger von Blutgruppe 0 im Fall einer Malaria-Infektion eine erhöhte Überlebenschance haben. Dieser Selektionsvorteil hat demnach dazu beigetragen,              dass in den feucht-tropischen Zonen Afrikas und auf dem amerikanischen Kontinent die           Blutgruppe 0 häufiger vorkommt als in anderen Weltregionen.                 
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