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Biologie (Subject) / Bio2 (Lesson)

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Skorpione ursprünglich im Meer (Silur) seit Devon auf Land Buchlungen Pedipalpen als Greiforgane (Chelae) Metasoma mit Giftstachel Fortpflanzung typischer Paarungstanz Männchen setzt Spermatophore auf ebener Stelle ab und zieht Weibchen darüber Weibchen nimmt Spermatophore in Geschlechtsöffnung auf Wochen bis Monate trächtig lebendgebärend Jungtiere werden bis zur 2. Häutung auf Rücken getragen
Aranea (Spinnen) offener Kreislauf (Mixocoel) realtiv stark entwickelte Arterien Bindegewebiger Blut-Sinus führt Hämolymphe von Buchlunge zum Herz
Acari (Milben) artenreichste, hochdiverse Arachnidenordnug Parasiten, Krankheitsüberträger, Pflanzen- + Vorratsschädlinge bodenbiologisch bedeutsam als Deritusfresser + Humusbildner
Merkmale Crustacea 2 Paar AntennenMandibeln, oft noch mit Taster (Palpen)2 Paar MaxillenSpaltfuß mit Schwimm- und/oder KiemenanhängenKörper homonom oder (meist) heteronom segmentiertCephalothorax: oft Kopf + diverse Thoraxsegmente verschmolzen:Notostraca (Rückenschaler), DecapodaOft mit Carapax: Cuticuladuplikatur ab dem 2. MaxillensegmentCoxaldrüsen (Antenne und/oder 2. Maxille)ursprünglich: Naupliuslarvealte und sehr heterogene Gruppe - nur wenige Merkmale wirklich allengemeinsam, und die könnten evl. plesiomorph sein!aber:Molekulare Systematik stützt tatsächlich die Monophylie der(Pan-)Crustaceen
innere Organe Decapoda vorne-> hinten Statocyste Nephridien (Antennendrüse) OSG anteriore Arterie Kaumagen Filtermagen Mitteldarmdrüse Herz Genitalpapille Hoden ventrale Arterie posteriore Arterie Bauchmark Malacostrata haben Haemocyanin als Sauerstofftragenden Blutfarbstoff Copepodia, Ostracods, Seepocken und Branchiopoden Haemoglobine verwenden
Entwicklung Artemia (Salzkrebschen) Napliuslarve schwimmt mit Anntennen + Mandibel unpaares Naupliusauge posteriore Wachstumszone
Astaxanthin = Carotinoid wenn man Krabben, Shrimps, Hummer... kocht werden diese rot, da die vorher dunklen Pigmente Astaxanthin-Protein-Komplexe sind beim Kochen denaturiert das Protein und das rote Astaxanthin zeigt sich
Merkmale der Malacostraca (höhere Krebse) 8 Thoraxsegmente. 3 Thoraxsegmente dem Kopfbereich angegliedert (Maxillopedien).5 Laufbeinpaare, das erste ist häufig zu Scheren umgebildet.6 Abdomensegmente. Abdomen wird zum Schwimmen benutzt, kräftige Pleon-Muskulatur ->Rückwärs-FliehenSchwanzfächer (Verschmelzung des 6.+7. Pleomers)Augen sitzen ursprünglich auf beweglichen Stielen.Ein zweikammeriger Magen, aus Filter- und Kaumagen im Hinterteil des Vorderdarms.Besonderheiten bei der Entwicklung des Zentralnervensystem (ähnlich Insekten!).("Entomostraca": paraphyletische Gruppierung aller übrigen Krebse)
Einsiedlerkrebs Landbewohner, zur Paarungszeit marin-> legen Eier in Salzwasser
Bsp für "Entomostraca" -> paraphyletische Gruppierung aller übrigen Krebse ÜO. Phyllopoda, O. Onychura, UO. Cladocera: Daphnia -> Wasserflöhe UKl. Branchiura -> Kiemenschwänze (Karpfenlaus: Argulus) UKl Copepoda = Ruderfüßer: Cyclops ->parasitische Copepoden: Weibchen von Ergasilius sieboldi (ektoparasit auf Kiemen v Süßwasserfischen) Weibchen von Chondracanthus neali Lernaeolophus sultanus
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Vermehrungszyklus Sacculina ->Endoparasit in Krabben Nauplius- Cypris- und Kentrogen-Larvenstadien der Wurzelflusskrebse embryonale Zellmasse verankert sich am Mitteldarm + beginnt zu wuchern Sacculinagewebe hat externen Anteil auf Wirtskrabbe dort dringt männlicher Crypide in externalisiertes Weibchen ein Naupliuslarve des Parasiten wird in Freiheit gesetzt Kentrogenlarve dringt an Ansatzstelle der Sete ein und injiziert Zellen Larve setzt sich mit 1Antenne an dünner Borstenbasis fest Hülle der Cypris-Larve wird abgeworfen Kentrogen injiziert Zellmaterial wieder von vorne
UKl Cirripedia (Rankenfußkrebse) Balanomorpha = Seepocken : Balanus Seepocken = sessile Hermaphroditen mit innerer Befruchtung
adaptive Radiation der Arthropoden: Extremitäten Vielfalt von Anpassungen + Spezialisierungen an Lokomotion, Ernährung + Verhalten: • Laufbeine • Schwimmbeine• Kiemen• Flügel (Insekten)• Scheren• Brechscheren• Kauflächen• Geschlechtsorgane• Sensoren (Geruch,Geschmack, Schall)• akustische Waffen(Pistolenkrebs)• Schaufunktion(Winkerkrabben)• Hammer (best.Stomatopoda)• Spinndrüsen• Injektionsnadeln
Spaltbeine der Crustacea Antennule Antenne Mandibel 1. Maxille 2. Maxille 1. Maxillipedium 2. Maxillipedium 3. Maxillipedium Chelipedium 2. Schreitbein 4. Schreitbein Schwimmbein Uropodium Epipodid-> Exopodid-> Endopodid
Spaltbeine der Crustacea Extremitäten der Curstcea sind seriell homolog: trotz diverser Funktionen + Formen leiten sich alle Extremitäten von gemeinsamen Grundmuster ab: Antennule Antenne Mandibel 1. Maxille 2. Maxille 1. Maxillipedium 2. Maxillipedium 3. Maxillipedium Chelipedium 2. Schreitbein 4. Schreitbein Schwimmbein Uropodium Epipodid-> Exopodid-> Endopodid
Gonopoden Flusskrebs-Männchen Sperma wird von Gonopoden zu Spermatophoren geformt werden an Ventralseite des Weibchens festgeklebt-> Hummer, Flusskrebs oder in receptacula seminis injiziert -> andere decapode Arten
Kaumagen/Filtermagen Flusskrebs Kaumagen hat gezähnte Kutikulaleiste-> Zerkleinern der Nahrung Filtermagen verdauliche kleine Partikel gehen in Mitteldarmdrüse unverdauliches geht in Enddarm über
Exkretion :Antennendrüse: Crustacea Osmoregulation durch aktive Ionenaufnahme in Kiemen Exkretion über Antennendrüse Blase Tubulus Labyrinth Endsack
Crustacea Zusammenfassung alte und sehr diverse Arthropoden-Gruppe. Einige Gruppen konnten nur wegen ihrerNauplius-Larve als Crustaceen identifiziert werden (z.B. Seepocken), andere nur aufgrundmolekularer Phylogenie (z.B. Pentastomida, Parasiten in den Atemwegen von Vertebraten).Die meisten Crustaceen haben 2 Paar Antennen und eine Nauplius-Larve (Ausnahmen: z.b.Fluß-krebs und andere Decapoda betreiben Brutpflege, und aus den Eiern schlüpfen Larven, dieschon den erwachsenen Krebsen ähneln)Extremitäten zeigen meist noch den Spaltbeincharakter der ursprünglichen Arthropodenextremität(z.B. auch in Trilobiten). Vielfache funktionelle Abwandlungen (u.a. Flügel der Insekten ausEpipoditen)Kopf mit Mandibel, die einer Coxa entspricht, oft noch mit segmentiertem Palpus (Endopodit)Häufig Maxillipedien, dem Kopf zugeordnete Rumpfsegmente, deren Extremitäten zuzusätzlichen Mundwerkzeugen werdenaußer den Insekten haben noch andere Crustaceen den Landgang geschafft, z.B. Asseln undbestimmte Krabben (z.B. Palmendieb, Weihnachtskrabbe)Feinstruktur der Ommatidien (u.a.) zeigt am besten die Monophylie von Insekten undCrustaceen; letztere sind also eine paraphyletische Gruppe der Pancrustaceen (=Tetraconata)Häufig mit Cephalothorax (Kopf mit weiteren Thoraxsegmenten verschmolzen), z.B. beiDecapodenHäufig mit Carapax: Epidermis/Cuticula-Falte, die vom Kopf ausgehend Teile des Rumpfs bedecktund schütztExkretion/Osmoregulation: Coxaldrüsen, die an den proximalen Segmenten von 2. Antenne oder2. Maxille enden und mit den Nephridien von Onychophoren und Pfeilschwanzkrebsen homologsind (mit Endsäckchen und Rückresorptions-Röhrchen, von Metanephridien abgeleitet)Direkte Schwestergruppe der Hexapoda (Insekten) sind die wenig erforschten TaxaRemipedia & Cephalocarida
Flugantrieb von Insekten Tergosternal-Muskel (=indirekter Heber) arbeitet mit Pterosternalmuskel (=direkter Senker) zusammen -> Tergalplatte hebt und senkt sich an dieser an Drehpunkten + über Flügelgelenkhöcker sind Flügel fest-> Flügelschlagen
Eigenschaften Libellen-Flugapparat • niedrige Schlagfrequenz: max 20 Hz• starke Verkürzung: ca 30%• tubulärer Muskel: Sarcoplasma und Kerne innen• Mesothorax und Metathorax arbeiten unabhängig• synchroner Muskel: 1 Nervenimpuls auf 1 Kontraktion
Flugantrieb der Insekten: Tergalwölbungsmechanismus (zB Diptera) Tergosternal-Muskeln (=indirekter Heber) arbeitet mit Dorsolongitudinalmuskel (=indirekter Senker) zusammen -> Tergalplatte wölbt sich Flügel daran befestigt-> Flügelschlagen
Eigenschaften Dipteren-Flugapparat • hohe Schlagfrequenz: 20 - 2000 Hz• geringe Verkürzung: 10 - 1 %• Resonanzsystem mit Streck-Aktivierung der Muskelfasern• Mesothorax und Metathorax gekoppelt• fibrillärer Muskel: Sarcoplasma und Kerne aussen• i.d.R. asynchrone Muskel: z.B. 1 Nervenimpuls auf 20Kontraktionen
Flugmuskeln von Insekten feinste Tracheolen /Tracheen versorgen Organe mit Sauerstoff -> Aufbau (außen-> innen) Matrixzelle Endokutikula Spiralttaenidum (Exocuticula) Epicuticula Arbeits - + Steuermuskeln Muskelfasern sind fibrillär
holometabole Insekten ->alle Insekten, die vor dem Stadium der Imago noch ein nicht zur Nahrungsaufnahme befähigtes Puppenstadium aufweisen mindestens Flügel aks Imaginalscheiben angelegt Biene; Fliege hormonelle Steuerung von Häutung + Metamorphose Juvinilhormone (verhindern Metamorphose)-> Ausbildung von Larve Ecdyson (stößt Metamorphose an)-> Larve oder Puppe
hemimetabole Insekten ->Larve schon ähnlich Imago, ohne Puppenstadium Roeßels Beißschrecke Eintagsfliegen
ametabole Insekten ->Jungtier unterscheidet sich nur anhand seines sexuellen Reifegrads vom erwachsenen Tier, dem Imago
akzessorische Pulsationsorgane von Insektenbeinen Vorderbeinpumpe -> Pumpmuskel it Septum verbunden Hinterbein-> Prätarsus-Beuger quert + bewegt dadurch das (spiralig verlaufende) Femurseptum
Insektenbein (von Spitze zum Körper) Kralle Praetarsus Tarsus Krallensehne Tibia Femur Trochanter Coxa Sternum Dorsoventralmuskel Pleura Flügel Notum Dorsoventralmuskel allg: Exoskelett Sehnen (Apophysen, Apodeme) Muskeln (Agonisten, Antagonisten) Gelenke
Anheftung von Muskeln an der Kutikula ("Sehnen") -> Insekten Apophysen: hohle Einstülpungen der Cuticula, an denen Muskeln fest sind Apodeme: Einstülpungen, die massiv mit Cuticula aufgefüllt sind, an denen Muskeln fest sind
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Atemgas-Austausch Insekten durch periodische Herzschlag-Umkehr Herz hat doppelte Funktion: Pumpe für Kreislauf (Hämolymphe) + (indirekt) Atemluft abwechselndes Öffnen + Schließen der Stigmen-Ventile wird ein gerichtetes Durchströmen der Thorax-Luftsäcke erreicht
4 wichtigste Taxa der Molluscen Polyplacophora (Käferschnecken)
4 wichtigste Taxa der Molluscen Polyplacophora (Käferschnecken) Gastropoda (Schnecken) Bivalvia (Muscheln) Cephalopoda (Kopffüßer)
Monoplacophora (Einschaler) ursprünglich gebaute Tiefseebewohner (Schwestergrp Cephalopoda?) Seriell angeordnete Organe -> Überbleibsel eine sursprünglich segmentierten Bauplans der Mollusken? Aufbau (vorne-> hinten) Mundöffnung Nephridium Lateralstrang Kieme Aorta Pedalstrang Gonaden Ventrikel Herz Atrium After
Polyplacophora (Käferschnecken) • Name leitet sich von der Schale ab, die aus acht Einzelpla7en besteht und dieOberseite des Tieres bedeckt .• Schalenpla\en sind untereinander beweglich verbunden• Mantelrand bildet einen einem Gürtel (Perinotum), kann u.a. Borsten zurVerteidigung tragen • Die etwa 1000 Arten der Käferschnecken leben ausschließlich im Meer, vorallem im Bereich um Australien.• Sie erreichen Körpergrößen von 0,5–45 Zen0meter.• Käferschnecken fressen vor allem pflanzlichen und Uerischen Substrataufwuchs– Algen, MoosUerchen, Hydrozoen und Seepocken.• Die Radula kann eine Länge von bis zu einem Dri\el der Körperlänge erreichenund ist mit Eisen(III)oxid gehärtete Zähne ausgesta\et• Einige Arten ernähren sich aber auch räuberisch von kleinen Krebsen undkommen in Tiefen bis 5000 m vor.
Merkmale Mollusca • Mehrzahl der Arten marin• Bivalvia, Gastroda auch im Süßwasser• Lungenschnecken auch an Land• 100 000 rezente Arten, u.a.:• Gastropoda (Schnecken) 80%• Bivalvia (Muscheln) 15%• Cephalopoda (Kopffüßer) 1%• Schale aus CaCO3 und Proteinen• Stark reduzierte Schale bei manchen Cephalopoden vom Mantel umwachsen• Kalk-Schulp bei Sepia (echte Tintenfische)• Chi0n-Skele7 bei Loligo (Kalmar)• Radula (Raspelorgan) (nicht bei den Bivalvia)
Grundbauplan Molluska • Körper unsegementiert (?), ursprünglich bilateral symmetrisch • Kopf-Fuß Bereich (Sinnesorgane, Lokomotion)• Eingeweidesack (Organe für Verdauung, Kreislauf, Atmung, Fortpflanzung,Sinnesorgane)• Mantel (Umgibt die weichen Anteile, bildet die Schale)• Mantelhöhle mit ständigem Wasserstrom (Atemorgane, Ausmündung von Gonaden,Exkretion-, Verdauungsorgane) • offenes Kreislaufsystem (bei Cephalopoda sekundär wieder geschlossen!)Herz im Perikard (Coelom)• Radula (Raspel- und FörderfunkVon)• Anteriorer Nervenring, zwei Markstränge• Mantel, dessen äußerste Schicht, das Mantelepithel, die Schale produziert• Mantelhöhle mit Kiemen• primär getrenntgeschlechtlich• muskulöser Fuß Abwandlungen vom Grundbauplan: -> kugeligerer/flacherer oder spitzerer Bauplan
Anatomie Mollusca • Radula (Raspel- und FörderfunkUon)• komplexe Verdauungssysteme (hochgradig spezialisierte Ernährungsgewohnheiten):mehrteiliger Magen, Mi\eldarmdrüse, Magenblindsäcke• Exkre0on: umgewandelte Metanephridien – Ultrafiltrat über Herzwand => Perikard(Coelom) => Nephridienöffnung, RückresorpUon im Tubulus• Mantelhöhle: Kiemen, Ausgänge von Darm, Nephridien, Gonaden
Radula Molluska Raspelorgan:• bezahnte ChiUnmembran(Radulamembran) im Pharynx• wird in "Radulatasche" ständignachgebildet• Die Radula sitzt verschiebbar einemStützapparat auf (Odontophor) und wirdwie ein Förderband darüber bewegt.• zum Abweiden von Substraten• Abwandlungen der Radula für dieErschließung unterschiedlicherNahrungsquellen, mitverantwortlich fürhohen Artenzahl!• Odontophor: bindegewebiges Widerlager! eine wesentliche Autapomorphie(abgeleitetes Merkmal) der Mollusken kann als Injektionsnadel ausgebildet sein
Kreislaufsystem Molluska offenes Kleislaufsystem (bei Cephalopoda sekundär geschlossen) Sauerstoffreiche Hämolymphe von Kiemen ins Pumpherz / Verteilung im Körper Herz im Perikard (Coelom) Herz mit Ventrikel, Pericard (Herzbeutel), Atrium Atmung: Kiemen, Kiemenhöhle
Molluska Atmung Kiemen:• Blattartige Kiemenfilamente• Wasserstrom durch Cilien• O2 Armes Blut diffundiert in die Kiemen• O2 reiches Blut gelangt in das Herz und wird in den Körper gepumpt• Nur in Kiemen gibt es Kapillaren, sonst offener Kreislauf • Die meisten Gastropoden atmen über Kiemen• Einige Arten fehlen die Kiemen und atmen über die Haut und Mantel• Lungenschnecken (Landlebend, Süßwasser) nutzen einen stark vaskularisierten Bereichals Lunge
Nervensystem Molluska • Anteriorer Nervenring, zwei Markstränge• Hochentwickelte Sinnesorgane (z.B. Augen der Cephalopoda)• primär getrenntgeschlechtlich (Coelom: Lumen der Gonaden)
Entwicklung Mollusca • primär getrenntgeschlechtlich, Gonaden in paarigem Coelomraum (Gonocoel) imEingeweidesack• meiste marine Mollusken: bewimpertes Larvenstadium auf, die Trochophora (ähnlichAnneliden)• Bei vielen Molluskengruppen folgt ein freischwimmendes Larvenstadium (Veligerlarve),bereits mit Fuß, Mantel und Schale, schwimmen und filtrieren mit dem Velum, ZilienbesetztenFortsätzen, aus Prototroch entstanden
Schale Gastropoda (SchneckenI rechtsgewunden (dextral; häufiger) oder linksgewunden (sinsitral) Richtung genetisch festgelegt-> Nodal (Wachstumsfaktor) + Pitx (Transkriptionsfaktor) • spiralförmig gewundene kalkige Schale (Schneckenhaus)• mit zwei Muskeln mit dem Körper verbunden• dient dem Schutz des WeichVerkörpers vor Fressfeinden und vor demAustrocknen• Die Schneckenschale verläus vom Apex bis Mündung um die eigene Achse, die alsSpindel (Columella) bezeichnet wird, wenn die Umgänge sich berühren.
Gastropoda (Schnecken ) allg • Ernährungsgewohnheiten genau so divers wie die Lebensräume• vielfäl0ge Anpassung der Radula an Lebensräume / Gewohnheiten• die meisten Schnecken sind herbivor• einige Filtrierer• einige karnivor (räuberisch, Aasfresser) • Rund drei Viertel aller heute lebenden Molluskenarten sind Schnecken• Die meisten Schneckenarten leben in Gewässern (Meer, Süßwasser)• An Land ist die Verbreitung von Umweloaktoren anhängig (v.a. Feuch0gkeit => anLand meist nachtakVv)• Schnecken besiedeln sehr viele Habitate (u.a. Tiefsee, Wälder, Wiesen,Küstengebiete, Bäume, unter der Erde, in großen Höhen, Polargebiete, auf anderenTieren) • Schnecken sind idR zwischen 1-8 cm groß• einige Arten (Pleuroploca Gigantea, Seehasen) können bis zu 1m groß werden• Die meisten Schnecken tragen eine einzelne, spiralig gewundene Schale• einige Gruppen (inkl. Nacktschnecken, viele Opisthobranchia) haben die Schalesekundär verloren
Torsion Gastropoda (Schnecken) Verdauungssystem (Schlauch von Mund bis After) legt sich in Schleife • Torsion findet während des Larvenstadium statt• Evolutionärer (und ontogenetischer) Ausgangspunkt: Anus und Mantelhöhle posterior• Während der Torsion kommt es zur Drehung des Eingeweidesacks um 180°• Mantelhöhle über dem Kopf: Kiemen, Exkretionsorgane, Gonaden-Öffnung
Streptoneurie Gastropoda (Schnecken) = Überkreuzung von Hauptnervensträngen Durch die Torsion entstehen starke Asymmetrien:• Überkreuzen der anterior-posterioren Nervenstränge (Streptoneurie)• os: RedukVon von ehemals paarigen Organsysteme auf der rechten Seite:Arterien, Nephridien, Kiemen, Drüsen• Sanitärproblem: Aser nun in der Nähe von Kopf, Mund; RedukVon einerKieme erlaubt Abwasserstrom zur Seite• Vorteile: eigentlich unklar!• Vielleicht: damit der Kopf zum Schutz schneller in die große Mantelhöhle derKiemen eingezogen werden kann??
Bivalvia (Muscheln) allg • Gehäuse bestehend aus zwei kalkigen Schalen• weitgehend reduzierter Kopf, keine Radula• Salz- (zu 80 %), Brack- und Süßwasser• leben im Meeresgrund, sind an ihm festgewachsen oder liegen frei auf ihm.• Die Mantelhöhle einer Muschel enthält große umgestaltete Kiemen, die sowohldem Gasaustausch als auch der Nahrungsaufnahme dienen• Die meisten Muschelarten ernähren sich von Plankton, das sie mit ihren Kiemenaus dem Wasser filtern.• Die Lebenserwartung reicht von ca. 1 Jahr bis zu ca. 300 Jahren.
Schale Bivalvia (Muscheln) • Schalenhälsen verbunden über Gelenkligamente, welche dafür sorgen, dass die Schalenhälsen im Ruhezustand klaffen (außen Zug-, innen Druck-Ligament)• Dem Gelenk wirkt ein Adduktormuskel entgegen• Bei Kontraktion ist die Schale geschlossen• Ist der Muskel entspannt, klaffen dieSchalenhälften • Das äußere Mantelepithel sondert die Schale ab:• Periostrakum: äußere organische Schicht, Schutz der darunter liegenden Schichten• prismatische Schicht: CaCo3 Schicht in Proteinmatrix• Perlmutt Schicht: dünne kalkige Schichten, die ständig nachgebildet werden und so sehr dick werden können• Die Schale entsteht während larvaler Stadien und wächst lebenslang• Schalen wachsen in konzentrischen Kreisen, ausgehend vom Umbo • Perlenbildung als Abwehrmechanismus, Fremdkörper oder Parasiten werden mit Perlmutt eingekapselt• unter den Mollusken gibt es eine große Vielfalt am Schalen (in Form und Aufbau)
Siphon Bivalvia (Muscheln) • Bei manchen Meeresmuscheln ist der Mantel zu einem oder zwei Siphons ausgezogen• Dient dem Wasseraustausch und damit der Atmung/Planktonfang• Der Gasaustausch findet über die Kiemen statt