8. Vorlesung Cycloneuralia

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

  • hauptsächlich über Selbstbefruchtung der adulten Hermaphroditen (Zwitter)
  • es können sich auch Männchen entwickeln, die mit Hermaphroditen kopulieren können -> genetische Variation
  • Zellkonstanz: jeder adulte Hermaphrodit besitzt 959, jedes Männchen 1031 somatische Zellen

Ontogenese

  • invariante Entwicklung -> verläuft immer nach dem selben Entwicklungsplan
      • Hermaphroditen: entstehen exakt 1090 Zellen, wovon 131 während der weiteren Entwicklung zu Grunde gehen
  • Männchen: 1178 Zellen, 147 gehen zu Grunde

1.Furchung:

  • unvollständige Furchung bevor männliche und weibliche Zellkerne verschmelzen wird erst nach der Verschmelzung beendet
  • Furchung verläuft asymmetrisch -> anteriore AB-Zelle
  • kleinere posteriore P(1)-Zelle

2. Furchung:

  • AB -> anterior: AB(a)
  • P(1) -> P(2) + EMS
  • Posterior AB(b)
  • In dieser Phase lässt sich bereits die Hauptachse erkennen

3. Furchung:

  • EMS -> E + MS
  • MS entwickelt sich zu Muskeln, Drüsen und Neuronen
  • E entwickelt sich der Darm
  • P(2)-> P(3) + C
  • C bildet Muskeln, Hypodermis und Neuronen
  • P(3) -> D + P(4)
  • D entwickelt sich zu Muskulatur
  • P(4) zu Keimzellen
  • alle weiteren Teilungen sind genau determiniert
  • 28-Zell-Stadium: Gastrulation, sobald die Nachkommen der E-Zelle nach innen wandern
  • Apoptose bestimmter Zellen ist ein integraler Bestandteil der Fadenwurmentwicklung
  • postembryonale Entwicklung: hinzufügen adulter Strukturen

Querschnitt von Ascaris

  • Körperwand: vierschichtige Kutikula (von der Epidermis gebildet)
  • Epidermis: =Syncytium, d.h. vielkerniger, zellgrenzenloser Plasmabereich (durch Verschmelzung der Einzelzellen)
  • Epidermisleisten: Verdickungen der Epidermis, durchziehen den Körper der Länge nach, enthalten Nervenstränge (dorsale und ventrale Leiste), bzw. die Kanäle des Exkretionsorganes (laterale Leisten)
  • Längsmuskulatur: bildet mit Kutikula und Epidermis den Hautmuskelschlauch
  • von den Muskelzellen ziehen Ausläufer zu den dorsalen bzw. ventralen Nervensträngen
  • Hydroskelett: durch Druck der flüssigkeitsgefüllten Leibeshöhle (Pseudocoel) gebildet
  • Fortbewegung: abwechselnde Kontraktion der dorsalen und der ventralen Längsmuskulatur -> schlängelnde Bewegung
  • Darmtrakt: orale Seite mit muskulösem Pharynx -> muskelloser Mitteldarm -> kurzer muskulöser Enddarm
  • Darminhalt wird durch die bei der Fortbewegung entstehenden Druckänderungen transportiert und ausgeschieden

Geschlechtsorgane

  1. Männchen
    • keine gesonderte Geschlechtsöffnung
    • unpaares Genitalrohr aus fadenförmigem Hoden, Samenleiter -> mündet in den Enddarm (Kloake)
    • zwei stachelförmige Spiculae zum Festhalten und Erweitern der weiblichen Geschlechtsöffnung
  2. Weibchen
    • zwei Uterus-Schenkel, die sich vorne vereinigen und in einer Vagina münden
    • enden fadenförmig nach hinten -> mehrfach "aufgewundener" Schlauch, liegen die Ovarien

Lebenszyklen von mindestens zwei parasitischen Nematoden sowie deren pathogene Wirkung

Spulwurm (Ascaris lumbricoides)

  • Eier gelangen mit dem Kot in die Umwelt -> Entwicklung über ein Larvenstadium hin zur zweiten Larve
  • Larve wird vom Menschen oder Tier aufgenommen -> schlüpft im Dünndarm -> bohrt sich durch die Darmwand -> wandert über den Blutstrom zur Leber -> Häutung -> drittes Larvenstadium
  • gelangt über das Herz in den Lungenkreislauf -> in die Alveolen -> Häutung -> 4 Larvenstadium -> wandert über die Bronchien und Luftröhre zum Kehlkopf abgehustet oder verschluckt (Dauert 30 bis 35 Tage)
  • Larve kehrt wieder zum Dünndarm zurück -> wächst zum adulten Spulwurm aus
  • Weibchen legen am Tag bis zu 200.000 Eier
  • Im Eierstock sind bis zu 27 Millionen Eier angelegt
  • Lebensdauer des Parasiten beträgt bis zu 1.5 Jahre
  • Möglichkeit einer somatischen Wanderung:
    • Die Larven des 2. Stadiums können hierbei aus dem Bereich der Bronchien in den Blutkreislauf übertreten oder direkt die Pleurahöhle besiedeln können sämtliche Organe befallen -> werden eingekapselt und bleiben über mehrere Jahre infektiös Infektion eines Fötuses im Uterus möglich
  • Pathogene Wirkung:
    • allergische Reaktionen
    • Lungendurchwanderung führt zur Ascaris-Pneumonie (Husten, Fieber, starker Verschleimung und asthmaähnlichen Anfällen)
    • Darmkoliken
    • adulten Würmer können die Bauchspeicheldrüsengänge, den Darm oder die Gallengänge blockieren

Trichinen (Trichinella)

  • Fadenwürmer (Nematoda)
  • Säugetiere, Vögel und Menschen dienen als Zwischen- und Endwirt
  • Übertragung durch rohes oder ungenügend gegartes Fleisch
  • Mensch wahrscheinlich Fehlwirt
  • Trichinen können den Menschen nicht mehr verlassen -> keine weitere Fortpflanzung möglich
  • jeder Wirt als Zwischenwirt -> Larven reifen erst im Darm zu Würmern
  • infiziertes Fleisch -> eingekapselte Larven -> Kapseln im Dünndarm aufgelöst -> Larven freigesetzt
  • bohren sich in das Dünndarmepithel -> entwickeln sich innerhalb von 30 Stunden zum adulten Wurm
  • Paarung -> Dünndarm: Weibchen bringen lebendgebärend bis zu 1500 Larven zur Welt
  • Larven bohren sich durch den Dünndarm -> erreichen die Lymphe oder Blutstrom -> lassen sich vor allem im quergestreiften Muskelgewebe nieder
  • befallen werden auch Zwerchfell, Augen und Zunge
  • Bildung des Ammenzellnährkomplexes (=Kapseln)
  • ab 5 Monat findet Verkalkung statt -> encystierten Muskeltrichinen
  • vermutlich 5-10 Jahre lebensfähig und infektiös
  • Pathogene Wirkung:
    • asymptomatische Krankheitsverläufe
    • allgemeine Schwäche, Bauchschmerzen, Übelkeit, Erbrechen und Durchfall
    • nach 1 bis 3 Wochen dann Fieber, Muskelschmerzen und Ödeme im Augenbereich
    • Symptome halten meist bis zu einem Jahr an und verschwinden danach ohne bleibende Folgen
    • als Komplikation kann der Herzmuskel befallen werden -> kann tödlich verlaufen

Welches sind die Merkmale, die für die nähere Verwandtschaft von Cycloneuralia und Arthropoda sprechen (Ecdysozoa)?

  • Cycloneuralia: charakteristisches Nervensystem:
    • circumpharyngealer bzw. circumoesophagealer Ring
    • mit dorsalem und einem ventralen Hauptstrang
    • Längsnerven sind direkt mit den Muskelzellen und dem Cytoplasma in Kontakt
    • Muskelzellen des Fadenwurms breiten sich selbst zu den Nervenbahnen aus
  • Synapomorphien von Cycloneuralia und Arthropoda:
    1. Der Besitz einer dreischichtigen Alpha-Chitin-Cuticula, die durch Häuten vergrößert wird
    2. Die Häutung wird von Ecdyson (einem Steroidhormon) induziert
    3. Verlust lokomotorischer Cilien
  • -> Überstamm HÄUTUNGSTIERE (ECDYSOZOA)
    • Gliederfüßer (Arthropoda)
    • Bärtierchen (Tardigrada)
    • Stummelfüßer (Onychophora)
    • Fadenwürmer (Nematoda)
    • Saitenwürmer (Nematomorpha)
    • Hakenrüssler (Kinorhyncha)
    • Korsetttierchen (Loricifera)
    • Priapswürmer (Priapulida)