Aufgaben 61 Fortpflanzung und Entwicklung Segmentierungsgene und homöotische Gene 1 W Finde ein Bild von einem Seeigel-Skelett und zeichne die Symmetrieebenen ein. Finde im Gegensatz dazu ein Bild von einem Säugetier-Skelett und zeichne ebenso die Symmetrieebene ein. Erläutere damit den Unterschied zwischen Bilateral- und Radiärsymmetrie. Die Entwicklung eines zweiseitig-symmetrischen (bilateralen) Tieres folgt einem Muster, bei dem zuerst die Körperachsen festgelegt werden, dann erst werden die Körperabschnitte ausgestaltet. Segmentierungsgene bestimmen die Unterteilung in Körperabschnitte (Segmente) (kAbb. 11). Die Segmente gleichen einander zunächst, etwa so wie beim Regenwurm. Die homöotischen1 Gene bestimmen anschließend, ob aus einem Segment Beine, Flügel oder etwas anderes wird. Die Funktion dieser Gene wurde dadurch entdeckt, dass man bei Fruchtfliegen im Experiment das falsche homöotische Gen aktivierte. Dann entstehen Tiere, die zB ein zweites Flügelpaar an einem zweiten Brustsegment oder Beine anstelle von Antennen am Kopf haben (kAbb. 12). Solche die Entwicklung bestimmenden Gene wie bei der Fruchtfliege hat man auch bei Säugetieren und beim Menschen gefunden (siehe S. 62)! 1 homöotisch: homoios (griech.) = gleichartig, ähnlich Homöotische Gene bestimmen, ob aus einem Segment Beine, Antennen oder etwas ganz anderes wird Abb.12: Homöotische Transformationen. Veränderungen (Mutationen) in den homöotischen Genen führen zu so genannten homöotischen Transformationen: Die betroffenen Fliegen besitzen dann zB ein zusätzliches Paar Flügel an einem Brustsegment oder ihnen wachsen Beine anstatt Antennen aus dem Kopf! Stammzellen Bei der Differenzierung eines Embryos entstehen also viele unterschiedliche Zelltypen. Die meisten haben eine Lebensdauer, die weit unter der Lebenserwartung des Tieres liegt. Menschliche Hautzellen werden zB nur etwa 2 Wochen alt, Knochenzellen etwa 10 Jahre. Sie müssen daher laufend ersetzt werden. Die Regeneration von Zellen wird von Stammzellen übernommen (kAbb. 13). Die Zellen eines frühen Embryos nennt man embryonal totipotent1. Nur sie können noch alle Gewebetypen und damit den gesamten Organismus regenerieren. Im Gegensatz dazu befinden sich ältere Stammzellen bereits innerhalb eines der drei Keimblätter. Sie sind eingeschränkter in ihrer Entwicklungsfähigkeit und man nennt sie embryonal pluripotent2. Jene adulten Stammzellen, die nur imstande sind, verschiedene Zelltypen innerhalb eines gewissen Gewebetyps zu regenerieren, nennt man adult multipotent3 (kAbb. 13). Stammzellen wecken in der Medizin große Hoffnungen, denn sie könnten geschädigte Gewebe im menschlichen Körper ersetzen. Man hofft, dass sie zukünftig für diverse Therapien eingesetzt werden können (siehe auch S. 53 f.). Bei Leukämie wird eine Stammzelltherapie bereits sehr erfolgreich angewandt. Stammzellen werden von einer gesunden Person gewonnen und einer krebskranken Person transferiert, um dort neue Blutzellen zu bilden. Es wird auch intensiv daran geforscht, Erkrankungen des Nervensystems, die mit dem Verlust von Nervenzellen zusammenhängen, zu behandeln, wie zB Alzheimer. Stammzellen könnten hier in Zukunft abgestorbene Gehirnzellen ersetzen. Nur die Zellen eines frühen Embryos sind totipotent 1 totipotent: totus (lat.) = ganz, potentia (lat.) = Kraft 2 pluripotent: plus (lat.) = mehr 3 multipotent: multus (lat.) = viel Abb. 8: Stammzellen beim Menschen. Arten von Stammzellen unterscheiden sich in ihren Fähigkeiten. Im Laufe der Differenzierung von Zellen gehen manche Fähigkeiten endgültig verloren. Nur embryonale Stammzellen (totipotente Stammzellen) können den gesamten Organismus regenerieren. Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv
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