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15.02.2007
   Riesenchromosomen bei Drosophila melanogaster
 


Riesenchromosomen, auch polytäne Chromosomen genannt, sind eine Abweichung vom allgemeinen Mitose-Schema.
Die Polytänisierung hat für die experimentelle Genetik eine besonders wichtige Bedeutung.

Sie entstehen, wenn nach der Phase der DNA-Replikation keine Mitose folgt. Die Chromatinfäden werden nicht normal verdichtet, die Chromatiden selbst homologer Chromosomen werden nicht getrennt, sondern sind eng gepaart aneinandergelegt.
Zellen mit acht Chromosomen bilden vier Riesen-Chromosmen. Bei der Polytänisierung werden zehn oder mehr Replikationsrunden durchgeführt, so dass 1000-2000 identische Chromatin-Fäden entstehen.

Jedoch nehmen nicht alle DNA-Abschnitte gleichmäßig an der Replikation teil, die hoch repetitiven Centromer-Bereiche sind unterpräsentiert genauso wie andere repetitive Genabschnitte.

Diese polytänen Chromosomen sind in den Speicheldrüsen von Insektenlarven am besten untersucht, doch findet man diese auch in anderen Organen von diesen Larven und auch bei anderen Tier- und Pflanzenarten.

Bei geeigneter Färbung werden Bandenmuster sichtbar, die ein Ausdruck der genauen Paarung von den vielen nebeneinander liegenden Chromatinfäden sind. Jede Art hat ein spezifisches Bandenmuster, bei Drosophila melanogaster sind es ca. 5000 Banden und ebensoviele Zwischenbanden. Das Muster entsteht durch die unterschiedlich dichte Packung des Chromatins in den einzlnen Bändern.

In diesen Banden lässt sich die Aktivität von Genen beobachten, weil diese dann aufgelockert erscheinen. Diese Stellen nennt man Balbani-Ringe oder Puffs.
Die Puffs sind Ort intensiver RNA-Synthese und die Ausbildung geht einher mit der Proteinsynthese. Aus diesem Grund sind die Puffs je nach Fundort des Chromosoms unterschiedlich, da immer andere Gene translatiert werden müssen.

Besonders intensiv wurde das bei Larven von Drosophila melanogaster untersucht. Eines der Ergebnisse war, dass sich neue Puffs in den Riesenchromosomen der Speicheldrüse bilden, wenn das Hormon Ecdyson zur Wirkung kommt. Das liegt daran, dass die aktivierten gene für sekretorische Proteine kodieren, die für den Aufbau der Puppenhülle essentiell sind.

 
Quelle: Knippers: Molekulare Genetik
 

14.02.2007
   Formkonstante Verhaltenselemente bei Tritonia diomedea
 


Oft lassen sich bei tieren relativ konstante Verhaltenselemente (Fixed action patterns) als Grundbausteiner komplexer Verhaltensweisen erkennen. Diese Konstanz zeigt, dass die dazugehörigen Steuerprogramme in weitgehend festgelegten neuralen Mustergeneratoren vorliegen und stereotyp abgespielt werden, falls ein bestimmter Reiz auftritt.

Das Fluchtschwimmen der Meeresschnecke Tritonia ist ein gut untersuchtes Beispiel für diese motorischen Programme. Wird diese Nacktschnecke von dem Arm eines Seesterns berührt, so wird über eine Dauer von 30 Sekunden eine stereotypes Fluchtbewegung abgespielt. Das macht Sinn, da der Seestern der häufigste Räuber dieser Schneckenart ist.
Die Fluchtbewegungen beruhen auf alternierenden Kontraktionen der ventralen und dorsalen Rumpfmuskulatur.
Das folgende Experiment hat gezeigt, dass diese Bewegungen von einem einfachen neuralen Schaltkreis gesteuert werden:
Ein isoliertes Gehirn einer Tritonia wurde in eine Lösung überführt und elektrophysiologisch die Impulsraten der beteiligten Neuronen gemessen. Durch elektrische Reizung kann das vollständige Fluchtschwimmprogramm der Schnecke alleine von den elektrischen Impulsen des isolierten Gehirns abgerufen werden. Das bedeutet, dass die Muskeln offenbar keine Rückmeldungen über den Erfolg des Programms an das Gehirn leisten. Sensorische Rückkoppelung ist offenbar zur Aufrechterhaltung der Bewegung nicht erforderlich. Es lässt sich natürlich nicht ausschließen, dass beim lebenden Tier nicht doch ein Feedback modifizierend in den Bewegungsablauf eingreift. Dass diese Bewegungsmuster jedoch nicht so starr ist, wie nach diesem Experiment gedacht, haben spätere Experimente bei anderen Tieren gezeigt.

 
Quelle: Wehner/Gehring: Zoologie
 

13.02.2007
   Verhaltensänderungen im Verlauf der Jahreszeiten
 


Um den Beginn langwirtschaftlicher Maßnahmen planen zu können, war es notwendig, die Verhaltensänderungen von Organismen im Verlauf von Jahreszeiten zu erforschen.
Diese Aufzeichnungen reichen bei den Japanern bis in das Jahr 1027 vor Christus zurück.
In den Jahren 1736 bis 1947 haben Robert Marsham und seine Nachkommen auf seinem Landsitz in der Nähe von Norwich (England) Aufzeichnungen begonnen, in denen sie 27 phänologische Ereignisse festhielten: das erste Blühen von Schneeglöckchen, Buschwindröschen, Weißdorn, weißer Rübe, die erste Blattentfaltung bei 13 Baumarten sowie Verhaltensweisen von Tieren. Letztere waren das erste Auftauchen von den Zugvögeln Schwalbe, Nachtigall und Kuckuck, den ersten Nestbau von Raben, das Quaken von Fröschen und Kröten sowie das Auftreten des Zitronenfalters.
Bei diesen Aufzeichungen waren keine temperaturen zu finden, allerdings wurden in der Nähe unabhängig Temperaturmessungen vorgenommen, die man jetzt korrelieren kann.
Es wurde durch die Korrelation herausgefunden, dass der Zug der Vögel keine Beziehung zur Temperatur habem, allerdings ist bei dem Anstieg der mittleren Temperatur des Zeitraums Februar bis Mai um 0,5 °C das Austreiben der Blätter bei sechs der beschriebenen Baumarten um vier Tage früher zu finden.
Hopkins stellte für die östlichen vereinigten Staaten eine bioklimatische Regel auf. Diese besagt, dass Blattentfaltung und Blüte für jeden Breitengrad in nördlicher Richtung, jeweils fünf Längengrade in westlicher oder eine Höhenzunahme um 120 Meter vert Tage später auftreten.

 
Quelle: Townsend Harper Begon: Ökologie
 

12.02.2007
   Fledermäuse können den Regenwald wiederaufforsten
 


Brasilianische Wissenschaftler haben bei einer wissenschaftlichen Untersuchung herausgefunden, dass Fledermäuse bei der Wiederaufforstung des Regenwaldes helfen könnten. Da Fledermäuse sich von Früchten ernähren, enthält ihr Kot eine große Menge Samen hoher Diversität. Durch Öl aus Pfefferpflanzen und künstlichen Blüten aus Schaumstoff konnten sie dazu gebracht werden, ihren Kot an bestimmten Stellen abzulassen.

Pfeffer gehört zu den bevorzugten Pflanzen der Fledermäuse aus der Familie der Blattnasen. Auf nächtliche Streifzüge begeben sich die Fledermäuse normalerweise nicht in zerstörte Waldgebiete, da dort keinerlei Nahrung für sie vorhanden sind. Durch die Pfeffer-Essenz, auf Schaumstoff-Blüten aufgetragen, konnten die Forscher die Fledermäuse jedoch dazu bewegen, die kahlen Standorte aufzusuchen. Mit Nachtsichtgeräte konnte die Anwesendheit von rund einem Dutzend Tiere beobachtet werden.
Die Fledermäuse wurden eingefangen und ihr Kot unetrsucht. In diesem fanden die Forscher den Samen von vielen typischen Regenwaldpflanzen.
Wiederaufforstungsprojekte im Regenwald gehörten aufgrund der schwer möglichen Kultivierung von den typischen Pflanzen zu einem der schwersten Projekte überhaupt. Die Samen müssen nämlich, um keimfähig zu werden, den Verdauungstrakt eines Tieres passieren, um die harte Samenschale zu öffnen.

So will man nun in Zukunft versuchen, das aus dem Pfeffer gewonnene Öl auch künstlich zu synthesisieren und so die Fledermäuse zwecks Wiederaufforstungsprojekten in kahle Regenwald-Bereiche zu locken.

 
Quelle: http://www.blackwell-synergy.com/doi/abs/10.1111/j.1744-7429.2006.00236.x
 

09.02.2007
   Grabwespen: programmiertes Lernen
 


Die Grabwespen (Sphecidae) betreiben Brutfürsorge, indem sie Erdhöhlen anlegen und diese mit einem durch ihren Stich gelähmten Insekt mit Nahrung für die sich entwickelnde Larve bestücken. Anschließend verschließen sie normalerweise das Nest und kümmern sich nicht weiter drüber. Dieser standardisierte Vorgang wird Massen-Verproviantierung genannt, da die Wespe so praktisch unendlich viele Nester zur Reproduktion anlegen kann, falls sie genug Eier produziert und Beute findet.
Allerdings hat die Art Ammophila pubens die Fürsorge verstärkt, sie versorgt die Larven nämlich während ihrer Wachstumsphase bis zum Puppenstadium kontunierlich mit Nahrung. Diesen Vorgang nennt man auch progressive Verproviantierung. Die Wespe kann so 10-15 Nester auf einmal versorgen, dabei fliegt sie jedes Nest in bestimmter Reihenfolge an und erkundet sich nach dem Entwicklungszustand der Larven. Kleine Larven benötigen 1-3 Raupen, große 4-7 Raupen und verpuppungsfähige gar keine. Die Wespe erfasst die nötige Nahrungsmenge bei diesem Erkundungsflug und trägt dann über den Tagesverlauf an jedes Nest die richtige Anzahl von Raupen ein. Die einmalige Lernsequenz am Morgen legt also das Verhaltensmuster der Wespe über den ganzen Tag starr fest.
Das wurde durch Experimente bewiesen, bei denen nach dem Erkundkungsflug die Raupen ausgewechselt oder entfernt wurden. Es wurde trotzdem immer die Futtermenge eingetragen, die sich am Morgen als korrekt ergeben hatte.
Ökologisch ist dieses Verhalten sinnvoll, da die Raupen ihre Nester normalerweise nicht verlassen. Mehrere Lernphasen wären nämlich mit zusätzlichen Zeitkosten verbunden und würden normalerweise keinen Effekt bringen.

 
Quelle: Wehner/Gehring: Zoologie
 

08.02.2007
   Physik-Zusammenfassung
 

Nach Vervollständigung und Grundüberarbeitung kann ich nun meine Physik-Zusammenfassung veröffentlichen.
In dieser werden die grundlegenden Themen der

Mechanik
Thermodynamik
Optik
Elektrotechnik

abgehandelt.

Viel Spass beim lesen, verstehen und lernen.

 
Download: Physik-Zusammenfassung.pdf (7755x heruntergeladen)
 

07.02.2007
   Genetik-Zusammenfassung
 

Und die nächste Zusammenfassung ist fertig!

Die enthaltenen Themen sind:
Viren, Bakteriophagen und Bakterien
DNA-Aufbau, Struktur und Replikation
DNA-Verpackung in Chromatin und Chromosomen
DNA-Schäden und Reparatur
DNA-Rekombination und Genkartierung
DNA-Techniken und Enzyme
Gentechnik
Transkription
Regulation der Transkription in Prokaryonten
Regulation der Transkription in Eukaryonten
Translation
Der genetische Code
Regulation von Proteinaktivitäten
Immunologie
Virologie
Entwicklungsbiologie
Modellorganismen
Medizinische Genetik

 
Download: Genetik Zusammenfassung.pdf (6581x heruntergeladen)
 

06.02.2007
   Rote Tiden - toxische Wasserblüten
 


In den vergangenen 100 Jahren haben sich mehrere Dutzende ausgedehnte Rote Tiden an der amerikanischen Küste ereignet. Dadurch sind hunderttausende von Fischen gestorben und haben die amerikanischen Strände bedeckt.
Die Ursache des Ganzen ist der Dinoflagellat Gymnodinium breve. Dieser hat eien rotbraune Farbe und daher wird das Meer bei hoher Vermehrungsrate dieser Alge rotbraun. Bei Menschen verursacht diese Alge durch Toxine Erkrankungen der Atemorgane, des Darms und der Nerven.
Diese Alge wurde von Schwärmen des Fisches Brevoortia tyrannus gefressen, die wiederrum von Großtümmlern gefressen wurden. Die Hälfte der Tümmlerpopulation ist im Westatlantik verwendet, der Fisch wurde durch die Dinoflagellaten nicht geschädigt, die Tümmlern, die zu den Säugetieren zählen, wurden durch die Alge so stark geschädigt, dass sie Bakterien- oder Viruserkrankungen erlagen.
Rote Tiden hat es schon zur Zeit von Homer gegeben, er berichtete bereits über diese. Doch nimmt die Zahl dieser heutzutage immer weiter zu, was auf den hohen Nährstoffgehalts des Wassers durch die Landwirtschaft zurückzuführen ist.

 

05.02.2007
   Elektrische Organe bei Fischen
 


Es gibt Fischarten, bei nenen bestimmte Muskulaturen zu elektrischen Organen umgebildet sind. Diese elektrischen Organe bestehen meist aus modifizierten Muskelfasern, den elektrischen Platten. Diese enthalten keine aktiven Mikrofibrillen mehr und können sich daher nicht kontrahieren. Mehrere dieser Platten sind zu elektrischen Säulen zusammengeschaltet. Die glatte Seite jeder Platte ist innerviert, die gegenüberliegende papillös ausgebildet. Acetylcholin wirkt auch wie bei normalen Muskelzellen als Transmitter der motorischen Endplatten. Diese Platten haben einen besonders hohen Synapsenbesatz und sind daher zu einem interessanten Forschungsobjekt der Physiologie geworden.
Die oben beschriebene Asymmetrie der Platten ist wichtig für ihre Funktionsweise. Denn es wird durch Nervenimpulse die glatte Seite auf +50 mV umgepolt, die rauhe Seite bleibt auf dem Wert des Ruhepotentials: -90 mV.
Dadurch bildet sich eine Potentialdifferenz von 140 mV aus, jede Platte funktioniert wie eine elektrische Batterie. Durch die Zusammenschaltung der Platten zu Säulen summieren sich die Einzelpotentiale, dadurch können beim Zitteral durch 6000 Platten entstehende Spannungen von 840 Volt erzeugt werden. Die Stromstärke basiert auf der Anzahl der Zahl parallel geschalteter Säulen und kann beim Zitterrochen maximal 50 Ampere erreichen.
Diese elektrischen Organe dienen den stark elektrischen Fischen wie dem Zitteraal und dem Zitterrochen wie dem Zitterwels zum Beuteerwerb und der Verteidigung. Nilhechte und Messerfische gehören zu den schwach elektrischen Fischen, sie benutzen die elektrischen Organe zur Orientierung und zur innerartlichen Kommunikation. Aus diesem Grund verfügen sie auch über Elektrorezeptoren, die aus umgebildeten Seitenlinienorganen bestehen. Diese Rezeptoren können die elektrischen Felder positionsgerecht wahrnehmen.
Ihre FUnktion wird dadurch erleichtert, dass die Nilhechte wie die Messerfische mit steifer Körperhaltung schwimmen. Sie bewegen sich nämlich nur durch die undulierende Bewegung ihres dorsalen Flossensaums fort.

 
Quelle: Wehner/Gehring: Zoologie
 

04.02.2007
   Blattläuse in der Pflanzenforschung
 


Zur Untersuchung des Phloems (dem nährstoffleitenden Leitbündeltyp im Pflanzenstengel) werden in der Botanik Blattläuse eingesetzt.
Diese sind nämlich pflanzensaftsaugende Insekten und die meisten Arten ernähren sich vom Phloem. Stechen die Blattläuse mit ihrem Stechrüssel in einen Stengel einer Pflanze hinein, so wird dieser so weit hereingebohrt, bis dieser genau in eine leitende Siebröhre hineingelangt. Durch den Innendruck der Siebröhre wird der Pflanzensaft nach außen in die Blattlaus hinein gedrückt und wird am Ende des Verdauungstraktes als "Honigtau"-Tröpfchen abgegeben. Betäubt man die Blättläuse whrend diesem Vorgang und schneidet sie von ihren Rüsseln ab, so lässt sich durch die Rüssel der reine Phloemsaft gewinnen. Der Fluß dauert nämlich noch viele Stunden an.
Der Saft wandert mit einer Geschwindigkeit von ca. 1 m/Stunde durch den Rüssel nach außen, das bedeutet, dass die Geschwindigkeit des Langstreckentransports von Assimilaten im Phloem die normale Diffusionsrate von Saccharose in Wasser bei weitem übersteigt.
Untersuchungen des Phloemsaftes ergaben eine Zusammensetzung aus 10-25% Zucker bzw. Saccharose. Auch Aminosäuren kommen in geringen Konzentrationen vor.

 
Quelle: Raven/Evert/Eichhorn: Biologie der Pflanzen
 

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