Fortbewegung bei Einzellern

Amöboide Bewegung:

Protozoen; Actin-Myosin-Interaktion
Poly~ und Deploymerisation des Actingitters
Pseudopodien

Zelltypen bei Schwämmen und Nesseltieren

• dorsoventral abgeplattete Körperbau
• sowohl freilebende als auch parasitische Arten (Bandwürmer, Große Leberegel)
• nicht eindeutig geklärten Systematik
• bilateralsymmetrischen Körperbau; drittes Keimblatt (Mesoderm: Triblastie); Ausbildung echter Organe (z.B. Muskulatur, Exkretions- und Genitalorgane); zunehmende Grad der Cephalisation

Mollusca im Spiralia-Stammbaum

Konsequenzen für Evolution der Segmentierung, wenn Mollusken und Annelida monophyletisch wären

Abwandlungen der Arthropoda gegenüber dem Grundmuster der Articulata

• Arthropoden haben keine homonome (gleichförmige) Segmentierung, sondern heteronome Gliederung, d.h. Segmente sind gruppenweise zu funktionellen Einheiten (Tagmata) zusammengefasst
• welche Segmente miteinander zu einem Tagma verschmolzen sind, ist bei unterschiedlichen Gruppen verschieden

Beispiele für homomone bzw. heteronome Metamerie und Tagmabildung bei Arthropoda

• Metamerie bei den Arthropoda im Vergleich zu den Annelieden innerlich stark verwischt, da auftretende Coelomräume frühzeitig unter sich und mit den Resten der primären Leibeshöhle zum Mixocoel verschmelzen äußere Segmentierung ist dagegen fast immer deutlich
• ist heteronom: Segmente (=Metameren) sind gruppenweise voneinander verschieden, innerhalb der Gruppe jedoch gleichartig Die Segmente der auf diese Weise entstehenden Körperabschnitte (Tagmata) können miteinander verschmolzen sein.
• Block von Segmenten wird zu einer höheren Einheit zusammengefasst:
  1. Kopf: Cephalothorax, Prosoma
  2. Rumpf: kann einheitlich sein, meist aber: Thorax und Abdomen
  3. Thorax: Insekten 3 Segmente, Decapoden (Zehnfußkrebse, Crustacea) 8 Segmente
  4. Abdomen: besteht aus 6 Segmenten

homomone Metamerie

• urtümliche Gliederfüßler (Bsp. Tausendfüßler): Gliederung zum großen Teil noch aus nahezu identischen Segmenten
• durch Verschmelzung einiger der vorderen Segmente zum Kopf, mit mehreren Ganglien verwachsenes Gehirn und zu Mundwerkzeugen geformte einästige Gliedmaßen
• Die Trilobiten hatten einen ähnlich repetitiven Körperbau, verfügten aber noch über zweiästige Gliedmaßen
• Bei den Doppelfüßern (Diplopoda) sind jeweils zwei aufeinander folgende Segmente miteinander zu einem Doppelsegment verschmolzen, so dass jedes Rumpfsegment zwei Beine hat.

heteronome Metamerie und Tagmabildung:

Hexapoda/Insecta:

• Körper in Kopf, Brust und Hinterleib gegliedert
• Brust (Thorax) besteht aus drei Segmenten mit je einem Beinpaar (deswegen Hexapoda), Hinterleib (Abdomen) aus ursprünglich 11 Segmenten
• Tagmatisierung weiter fortgeschritten: Jeweils mehrere Glieder sind zu Kopf, Mittel­ und Hinterleib verschmolzen ­> Segmente mit unterschiedlicher Funktion
• Kopf: Verschmelzung (Tagma) mehrerer Segmente, Gliedmaßen der ursprünglichen Segmente sind zu Antennen und Mundwerkzeugen umgebildet
• Mittelleib (Thorax): 3 Segmente oft zu einem Tagma verwachsen, dessen drei Paar Gliedmaßen den Außenast verloren haben und als Schreitbeine dienen
• Hinterleib: Gliedmaßen können vollständig zurück gebildet sein oder nur aus den Kiemenästen bestehen
• die Insektenflügel sind keine Gliedmaßen, sondern umgebildete Seitenplatten der Brustsegmente. Der grundlegende Körperbau der Insekten ist exemplarisch bei Ameisen und Wespen zu erkennen. Eintagsfliegen sind sehr urtümliche Insekten

• Spinnen bestehen aus zwei Abschnitten: Vorderleib (Prosoma) aus mindestens sechs Segmenten
• einige der Beinpaare wurden zu Mundwerkzeugen, den Cheliceren umgebildet, eines zu Tastern und vier zu Beinen
• Gliedmaßen des Hinterleibs (Opisthosoma) haben den Beinast verloren, der Kiemenast liegt als Fächerlunge in Einstülpungen des Hinterleibs, bei manchen Arten wurden diese Fächerlungen in Tracheen umgewandelt
• aus den letzten Beinpaaren sind die Spinnwarzen entstanden. Bei den altertümlichen Gliederspinnen (Liphistiidae) ist der Hinterkörper noch deutlich in Segmente gegliedert, während Vorder­ und Hinterleib bei den Weberknechten und Scheinskorpionen zu einem kompakten Körper verschmolzen sind

Anpassungen an das Landleben der Arthropoda

• Arthropoda ursprünglich im Wasser ­> mehrfach unabhängig das Land erobert
­
• konvergente Entstehung von Strukturen, die Anpassungen an das Landleben darstellen und das anatomische Bild des Taxon mitbestimmen

Malpighische Gefäße bei Arachnida und Antennata

• Bei terrestrischen Arthropoden (manche Arachnida und Antennata) als Anpassung zum Wasser sparen
• bei beiden Gruppen sind sie konvergent entstanden
• Teile des Darms übernehmen die Bildung von Exkretionskristallen, meist Guanin u.ä. . Diese werden über den After abgegeben

Luftatmungsorgane

• Fächerlungen bei Chelicerata
• entstanden aus nach innen verlagerten Kiemenanhängen mariner Vorfahren
• bei einigen Decapoden ist die Carapaxhöhle zu einer Art Lunge geworden
• Pseudotracheen, Pleopodenlungen oder Tracheenlungen bei vielen Landasseln (Crustacea) durch Einstülpungen der Pleopoden (= Extremität des Pleon bei „höheren Krebsen“ ) in den Exopoditen.
• Tracheen: sind mehrfach unabhängig entstanden
  • Onychophora haben unregelmäßige, über den Körper verteilte Einzel – und Büscheltracheen ohne Verschlusseinrichtungen
  • Arachnida: Tracheen entstehen aus Fächerlungen oder Entapophysen (cuticuläre Muskeln) und können segmental oder nichtsegmental angeordnet sein

Wie atmen im Wasser lebende Insekten?

Überblick Tracheen:

• Insekten besitzen System aus Röhrentracheen, aus segmentalen Einstülpungen der Epidermis
­
• von dünner Cuticula ausgekleidet ­> wird auch mitgehäutet
• Öffnung nach außen durch Stigmen, versehen mit Verschlußapparaten und häufig mit Reusen
• Ins Körperinnere verzweigen sich Tracheen in immer feinere Röhrchen und enden in Tracheolen, dringen in Organe und Zellen zum Gasaustausch ein

Wasserinsekten sind in der Evolution merhfach unabhängig entstanden ­> unterschiedliche respiratorische Anpassungen

Physikalische Kieme:

• Manche Taxa mit offenem Tracheensystem führen Gasaustausch an der Wasseroberfläche durch
• verschieden Strukturen für das Halten eines Sauerstoffvorrates:
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• ine dünne Luftschicht ( = physikalische Kieme = volumenvariable Kieme) auf der Körperoberfläche ­> Sauerstoffentnahme über Stigmen
• Rückenschwimmer Notonecta (Hydrocorisae, Heteroptera) lagern sich Luftblasen an die hydrofugen Härchen in der Umgebung der Stigmen
• der Raum unter den Flügeldecken als Atemhöhle
• Hydrophiliden (Coleoptera) werden Luftblasen durch eine feine, dichte Behaarung auf der Vetralseite von Thorax und Abdomen festgehalten
• Gase diffundieren auch zwischen der Blase und dem umgebenden Wasser ­> Nachdiffusion von O2 aus dem Wasser in die Blase abhängig vom Partialdruckunterschied
• in der Blase verbleibende Stickstoff hindert die Blase am Kollabieren
• bis zum Verschwinden der Blase werden dem Insekt das bis zu 13fache des ursprünglichen Sauerstoffgehalts der Blase zugänglich

Plastronatmung:

• andere Taxa halten Luftfilm mit Haaren oder Feinststrukturen der Cuticula der das Aufsuchen der Wasseroberfläche überflüssig macht, da der Stickstoff nicht in das Wasser diffundieren kann
• Viele aquatisch lebende Larven weisen Hautatmung (semipermeable Körperoberfläche) auf, die auf Tracheenkiemen konzentriert sein kann
• Einige Käfer ( Haemonia, Elmis, Phytobius, Coxelmis) und Wasserwanzen ( Aphelocheirusarten) haben sich völlig unabhängig von der Wasseroberfläche gemacht
• großer Teil der Körperoberfläche mit feinsten, schief gestellten bzw. am Rande gebogenen, hydrofugen Härchen besetzt
• Sauerstoff diffudiert aus dem Wasser nach

Beispiele für hemi- und holometabole Insekten; nach welchem Kriterium unterscheidet man diese Gruppen?

Hemimetabolie (allmähliche Verwandlung):

• wahrscheinlich ursprünglicher Metamorphosetyp
• die Ordnungen, die sich nach diesem Modusentwickeln gehören im wesentlichen zu den niederen Insekten
• Puppenstadium fehlt
• Larvenstadium nähert sich allmählich dem Imago. Die Größenzunahme geht einher mit in Erscheinung treten der imaginalen Merkmale, insbesondere der äußeren Geschlechtsorgane und der Flügelanlage (Pterygota = Fluginsekten)
  • Fischchen (Zygentoma)
  • Eintagsfliegen (Ephimenoptera)
  • Libellen (Odonata)
  • Steinfliegen (Plecoptera)
  • Tarsenspinner (Embioptera)
  • Fangschrecken (Mantodea)
  • Schaben (Blattodea)
  • Langfühlerschrecken (Ensifera)
  • Kurzfühlerschrecken (Caelifera)
  • Gladiatoren (Mantophasmatodea)
  • Staubläuse (Psocoptera)
  • Tierläuse (Phthiraptera)
  • Fransenflügler (Thysanoptera) oder Thripse
  • Schnabelkerfe (Hemiptera)

Holometabolie (vollkommene Verwandlung)

• meist gleich gestaltete Larvenstadien
• dann Puppenstadium mit tiefgreifenden Umbauvorgängen
• dann völlig Umgestaltete Imago
• phylogenetisch abgeleitet
• vermutlich mehrfach unabhängig entstanden
• höher evoluierte Insekten
• Holometabola
  • Ordnung Großflügler (Megaloptera)
  • Ordnung Kamelhalsfliegen (Raphidioptera)
  • Ordnung Netzflügler oder Hafte (Neuroptera)
  • Ordnung Käfer (Coleoptera)
  • Ordnung Fächerflügler (Strepsiptera)
  • Ordnung Hautflügler (Hymenoptera)
  • Ordnung Köcherfliegen (Trichoptera)
  • Ordnung Schmetterlinge (Lepidoptera)
  • Ordnung Schnabelfliegen (Mecoptera)
  • Ordnung Flöhe (Siphonaptera)
  • Ordnung Zweiflügler (Diptera)

Welches sind Synapomorphien ( Schwestergruppenverhältnis), die Crustacea, Myriapoda und Hexapoda als Monophylum ausweisen?

Arthropoda

• chitinhaltige Cuticula
• im Laufe der postembryonalen Entwicklung gruppieren sich Segmente, zu verschieden gestalteten Tagmata, und die Wände der Coelomsäcke bilden sich in Muskeln, Fettkörper usw. um, sodass sekundäre und primäre Leibeshöhle ein Mixocoel bilden
.

viele Arthropoda weisen im embryonalstadium noch gleichartige Segmente auf, allerdings ist bei vielen Crustacea, wenn sie die Eihülle verlassen, bereits die Anzahl und Gestalt der Segmente zu erkennen.
Auch wenn Myriapoda eine eher homomone Metamerie haben, ist sie jedoch nicht vollständig homomon. Denn im Unterschied zu den Annelieden, die eine vollständig homomone Metamerie haben, bilden Arthropoda das Mixocoel aus und Extremitäten

• Wenigstens ein Extremitätenpaar ist zu Mundwerkzeugen oder Antennen umgebildet.
• quergestreifte Muskulatur
• ZNS besteht aus einem über dem Schlund gelegenen Gehirn (Oberschlundganglion) und einem Bauchmark aus hintereinander liegenden, paarigen Ganglien, die durch Konnektive miteinander verbunden sind.
• offener Blutkreislauf.
• Postembryonale Entwicklung direkt oder indirekt (Metamorphose) immer mit Häutungen verbunden.
• Nephridien mit Sacculus

Morphotypen und ihre Fortpflanzung sowie die Grundzüge der Ontogenese (Furchung, Zellstammbaum) von Caenorhabditis Caenorhabditis elegans: Fadenwurm (Nematoda)

Mit welchen Argumenten läßt sich die Zugehörigkeit der Echinodermata zu den Bilateria begründen?

Lage und Struktur der Chorda bei Tunicata, Acrania und Craniota

Tunicata

• Chorda auf den (nur während des kurzlebigen Larvenstadiums vorhandenen) Schwanz beschränkt
• periphere Schicht platter oder kubischer Epithelzellen
• umschlossenes Lumen enthält glykoproteinhaltiges Material

Hauptteile eines Fischgehirns:

• Tractus olfactorius (verschaltet Impulse vom Geruchsorganorgan mit Geruchszentrum im Telencephalon (Großhirn)
• Telencephalon (Großhirn, auch Vorderhirn)
• Vorderhirn (Telencaphalon)
• Zwischenhirn (Diencephalon)
• Mittelhirn (Mesencephalon)
• Hinterhirn (Metencephalon)
• Nachhirn dass ins Rückenmark mündet (Myelencephalon)
• Bildung des Hirnstamms aus ventralen Teil von Mittel-, Hinter- und Nachhirn (vegetative Funktion und motorische Reflexzentren, Ursprung aller Gehirnnerven außer Seh- und Riechnerv )
• Bildung des Kleinhirns vom dorsalen Teil des Hinterhirns und ist relativ groß (Bewegungssteuerung und Gleichgewichtssinn)
• Mittelhirndach = Seh- und Hörzentrum
• Lage des Hypothalamus und der Epiphyse (Pinealorgan) im Zwischenhirn (Steuerungszentrum aller vegetativen Prozesse, Verhaltensweisen, Hormonregulation)
• im Vorderhirn befindet sich vor allem das Riechhirn
• Form und Größe unterscheidet sich nach Art

Urogenitalsystem (Exkretions-/ Fortpflanzungssystem) der Frösche

Niere

Vorgehen bei der Homologisierung

• analoge Strukturen oder Verhaltensweisen erfüllen den gleichen Zweck -> Funktion äquivalent jedoch nicht auf gemeinsame Vorfahren zurückzuführen
• homologe Merkmale ursprungsgleich
• analoge Merkmale funktionsgleich

Herz und Blutkreislaufsysteme der Schädeltiere

• näherungsweise für Luft und Wasser
• für NICHT ideale Flüssigkeiten mit innerer Reibung -> Molekühle interagieren miteinander (=Newtonsche Flüssigkeiten)

1 laminarer vs. turbulenter Fluss

• der Fluss ist laminar in viskosen Medien
• turbulent in nicht-viskosen Medien

beschreibt die mechanischen Eigenschaften von verformbaren Körpern und die Generierung/Widerstand von Kräften, Bewegungen von großen Organismen.

Kräfte die Deformation verursachen

• Kompression
• Dehnung
• Biegung (bending)
• Scherung (schering)
• Torsion

allgemeine Betrachtung

Die Proteinsynthese erfolgt in einem hochkonzentriertem System. Faltungsprozess:

• Rotation um C-N und C-C Bindungen
• Wasserstoffbrücken-Bindungen
• hydrophobe und elektrostatische Wechselwirkungen
• Verdrängen von Wasser

elektrochem. Membranpotential

Nernst-Potential

In einem System befinden sich 2 Phasen, getrennt durch eine semipermeable Membran (für \( K^+ \) permeabel) und nur 1 Paar Ionen ( \(A^- \) und \( K^+ \)). Entsprechend der Boltzmann-Verteilung diffundiert \( K^+ \) entlang des elektrochem. Gradienten. Es wirken also 2 entgegengesetzte Kräfte auf das \( K^+\)-Ion: die treibende Kraft des Konzentrationsausglieches und eine elektrostatische Kraft, die durch die Diffusion und die ungleichmäßige Verteilung von Landungen entsteht. Im Gleichgewicht gilt \( \tilde\mu_{K_1} = \tilde\mu_{K_2}\), was zu einem elektrischen Gradienten führt. Beim einsetzen in die Form einer Pfaffschen Differentialgleichung erhält man die:

Biologische Makromolekühle (DNA, RNA, Proteine) absorbieren Licht mit \( \lambda < 300\,nm \) und Proteine mit Co-Faktoren wie Chlorophyll, Flavine, Retinal etc. absorbieren zusätzlich im sichtbaren Bereich ( \( \lambda = 300-900\,nm \) ). Absorptionsänderungen geben Informationen über struckturelle Änderungen, \(e^-\)-Transportprozesse, Redoxreaktionen mit extrem hoher Zeitauflösung

1. isoliertes oder abgeschlossenes System: idealisiertes System, das weder Energie noch Materie mit der Umwelt austauschen kann
2. geschlossenes System: nur Energieaustausch möglich
3. offenes System: kann sowohl Energie wie als auch Materia austauschen

1. Hauptsatz

• Phasenbegriff: ist ein homogener Bereich
• thermodynamische Freiheitsgrade: Anzahl der Variablen, die ein System in Gleichgewicht vollständig beschreiben

Mikro- und Makrozustände

Makrozustand ist eine Gruppe von Mikrozuständen mit gleichem Gesamtwert. Die Grundannahme, dass jeder Mikrozustand prinzipiell erreichbar und gleichwahrscheinlich ist, muss erfüllt sein.
Anzahl der max. Möglichkeiten: \[ \Omega_{max}=\frac{(m+n)!}{n!*m!} \] Die Gesamtanzahl der Molekühle und die Energie im abgeschlossenen System ist konstant. Schlussfolgerung: Der Makrozustand mit den meisten Mikrozuständen ist am wahrscheinlichsten!

Zur Beschreibung des Zeitverhaltens von biochem. Reaktionen.

Reaktionstypen

Es können verschiedenen Reaktionen eine Reaktionsordnung zugeordnet werden. Formal handelt es sich um die Summe der Konzentrationsexponenten.

Die schlechte Nachricht: es ist eine Programmiersprache! Dies wird einen Großteil der Studenten etc. erstmal abschrecken, aber sich mit R zu beschäftigen lohnt sich!

Eine Regression in R ist vielleicht etwas ungewohnt, dafür liefert diese in kürzester Zeit Regressionen für jedes nur erdenkliche Modell und gibt mit nur wenigen Befehlen Statistiken zu den Residuen aus.

Das Problem der Stichprobe

In den meisten Situationen ist es unmöglich die gesamte Population zu vermessen, so dass man sich mit einer Stichprobe zufrieden geben muss. Die Population wird häufig auch als Grundgesamtheit bezeichnet und Ziel des Experimentes sollte es sein, eine möglichst repräsentative Stichprobe zu verwenden.

Binomialverteilung

Bei der Binomialverteilung handelt es sich um eine diskrete Wahrscheinlichkeitsverteilung. Sie beschreibt die Wahrscheinlichkeit eines so genannten Bernoulli-Prozesses. Dabei handelt es sich um eine Folge gleicher Zufallsversuche, die nur 2 mögliche Ergebnisse haben.

Versuchsdurchführung

• die bereitgestellte Hefesuspension wird mit 12,5 g Glukose gefüttert
• anschließend 15 min vorinkubiert
• als aerobes Reaktionsgefäß dient ein 100 ml Erlenmeyerkolben
• als anaerobes Reaktionsgefäß dient eine 100 ml Spritze

Zielsetzung

Mit Hilfe von Extinktionsmessungen im Photometer und high pressure liquid chromatography (HPLC) sollen die einzelnen Photosynthesepigmente in ihrem Absorptions- und Fluoreszenzverhalten und quantitativ charakterisiert werden