11. Vorlesung Schädeltiere Teil 1

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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

Evolution von Lunge und Schwimmblase

• Entwicklung eines zusätzlichen respiratorischen Epithels im Vorderdarm (Blindsack)
• besser vor Austrocknung geschützt
• kann athmosphärische Luft atmen
• Weiterentwicklung des Blindsacks zur Schwimmblase (bei Knochenfischen) und zur Lunge (bei Landwirbeltieren und Muskelflossern (als zusätzliches Atemorgan))

Schwimmblase:

1. Funktion:
   • Anpassung des spezifischen Gewichts an die Wasserumgebung -> freies schweben (Vorteil im Süßgewässer aufgrund der geringen Wasserdichte und Schweben energiesparender)
   • Verlagerung des Körperschwerpunktes durch füllen eines der beiden Luftsäcke durch Gas (z.B. Luft schnappen, Gassekretion/-resorption)
   • Physostomen: behalten Verbindung der Luftblase zum Darm; Gasregulation durch Darm
   • Physodisten:reduzieren Verbindung der Luftblase zum Darm
   • Luftblase = geschlossener Luftsack und benötigt andere Machanismen zur Gasregulation (Gasresorption und Gassekretion)
   • Schwimmblase von Kapillarnetz umgeben -> Füllen und Leeren der Blase mit CO2, O2 und N2 (analog Lunge)
2. Form:
   • Einkammerig mit Luftgang; Vorkommen: Samlmoniden, Hecht, Aal
   • Geschlossen, mit Oval und Gasdrüse; Vorkommen: Barschartige, Dorschartige, Stichling
   • Zweikammerig, mit Luftgang; Vorkommen: Cypriniden
   • mit 2 Luftgängen; Vorkommen: Heringe

Lunge:

1. Lungenfische:
   • Form eines strukturlosen Sacks
   • Lunge einfach gekammert und mit Kapillarnetz umgeben
   • (zusätzliche Kiemenatmung im Wasser)
2. Amphibien:
   • Einsetzen einer leichten Einfaltung der Lungenwände
   • Lunge besteht aus 2 Kammern
   • (zusätzliche Hautatmung)
3. Reptilien:
   • starke Einfaltung der Lungenwände aufgrund höheren O2-Bedarfs durch höherer Aktivität bei warmen Temperaturen (wechselwarm)
   • Wegfall der Hautatmung (Schutz der Haut vor Austrocknung durch Panzer) und Kiemenatmung (weitere Entfernung vom Wasser)
   • Atmung durch erzeugen eines Unterdrucks durch Ausdehnung des Brustkorbs
4. Säugetiere
   • quantitative Verbesserung der Reptilienlunge durch höhere Stoffwechselrate (höhere Aktivität)
   • weitere Kammerung (Lungenlappen) der Lunge und Vergrößerung der respiratorischen Oberfläche (Lungenbläschen)
   • Verzweigung der Luftröhre zu Bronchien
   • Trennung von arteriellem (O2-reich) und venösem (CO2-reich) Blut durch verbesserten Blutkreislauf
   • Verbesserung der Luftventilation durch Entwicklung des Zwerchfells
5. Vogellunge
   • Entwicklung von Luftsäcken
   • unbeweglich und nicht gelappt
   • Entwicklung von Bronchien, die in zahlreichen Neben- und Parabronchien, dünnwandige Luftröhrchen und Luftkapillaren enden
   • Luftstrom fließt sowohl beim ein, als auch beim ausatmen durch Lunge (höhere O2 Ausschöpfung)

Seitenlinienorgan:

• Sinnesorgan zur Wahrnehmung der Wasserströmung und chemischer Reize (Ortung und Erkennung von Feinden, Beute und Artgenossen =Ferntastsinn)
• Porenreihe entlang der gesamten Körperlänge beginnend hinter dem Kiemendeckel
• bestehen aus Epidermal- und Kanalneuromasten
• Neuromasten: fingerförmige mit Cilien besetzte und mit einer Gallerte (Cupula) umgebene Zellen, die durch die Haut ins Wasser ragen; am Ende der Cilien befinden sich Nervenzellen
d
• urch Wasserdruckwellen wird Gallerte bewegt und Cilien in bestimmte Richtungen (je nach Reiz) gebogen
• Besonderheiten:
  • Schwarmfische ertasten Abstand und Schwimmrichtung der Nachbarfisches und Anwesenheit eventueller Feinde
  • bei wandernden Fischen wurde während der Evolution das Seitenlinienorgan zu Elektrorezeptoren -> dient zur geomagnetischen Navigation am Erdmagnetfeld
  • bei Haien befinden sich Elektrorezeptoren im Kopfbereich, wodurch sie selbst im Sand vergrabene Beute orten können

Szenario für den Landgang der Schädeltiere:

Selektionsdruck:

• O2-Mangel in warmen Gewässern
• Flucht vor Feinden
• Nahrungsmangel im Wasser, Nahrungsreichtum an Land
• Übervölkerung
• "Drang zur Ausbreitung"

Voraussetzungen:

• primitive Fische gingen wenigstens kurzzeitig an Land mussten an Land atmen können mussten sich etwas fortbewegen können
• -> Quastenflosser hatten fleischige Brustflossen im Gegensatz zu den Lungenfischen -> besseren Voraussetzungen an Land zu gehen -> haben sich die Vorfahren der Amphibien entwickelt
• fleischigen Brustflossen ermöglichten kurzzeitigen Landgang -> großer Vorteil herausgestellt bei der Nahrungsversorgung durch Kleinsttiere an Land
• O2-Versorgung an Land sehr schlecht (Hauptatemorgan weiterhin Kiemen)
• Lunge war nur sackartig und wenig effektiv
• CO2-Abgabe an Land großes Problem: Kiemen an Land nicht effektiv genug ->starker Selektionsdruck zur Verbesserung der CO2-Abgabe an Land -> Gesteigerte Permeabilität der Haut, Nieren schieden mehr Bicarbonat aus
• die Haut wurde aber wesentlich permeabler -> Nachteil im Wasser -> Wasser strömt in den Körper ein -> Tier drohte zu platzen an Land zu hoher Wasserverlust
• Entwicklung eines neuen Hauttyps -> für Gase relativ gut permeablel, für Wasser aber weniger (möglichst wenig Porine)
• regelmäßiger Wechsel zwischen den Medien
• verbesserte Ventilation der Lunge
• -> Amphibien entwickelten drei Atmungsorgane: Kiemen, Lungen, Haut
• Stickstoffausscheidung bei Fischen im Wasser über Kiemen in Form von NH3 NH3 sehr giftig -> keine Abgabe über Lunge oder Haut möglich
• -> Ausscheidung verschiedener Aminosäuren über die Nieren -> Exkretion in Form von Harnstoff (aus CO2 und NH3 wird in Leber Harnstoff synthetisiert, über Niere ausgeschieden)
• Amphibien auf nahe Gewässer angewiesen; Wechsel zwischen Land- und Wasseraufenthalt
• Schwerkraft -> Stabilität der fleischigen Brustflossen gering -> weitere Entwicklung führte zur Stabilisierung

weitere Probleme:

• Austrocknung
• neuartige Feinde
• eingeschränkte Sehfähigkeit
• Seitenlinienorgan fällt für die Orientierung an Land aus
• An eine Fortpflanzung an Land war bei den ersten Amphibien nicht zu denken