Biologische Grundfunktionen: Reiz-Reaktion, Koordination & Fortpflanzung

Die Reiz-Reaktions-Kette bei Lebewesen

Die Fähigkeit zur Interaktion erlaubt es Lebewesen, Veränderungen (Reize) zu erfassen und eine entsprechende Antwort zu erzeugen.

Elemente der Reiz-Reaktions-Kette

Die Kette besteht aus folgenden Elementen:

• Reize (Stimuli): Dies sind Schwankungen in der Umwelt, die intern oder extern, biotisch oder abiotisch (physikalisch, chemisch) sein können.
• Rezeptoren (Empfänger): Strukturen, die für die Erfassung der Stimuli zuständig sind (bei Tieren sind dies die Sinnesorgane).
• Koordinatoren: Stellen, die Informationen von den Rezeptoren empfangen und Befehle an die Effektoren senden (Nervensystem und Endokrines System).
• Effektoren: Strukturen, die die Reaktion ausführen (bei Tieren sind dies die Muskeln und Drüsen).

Arten der Reaktion

Die Antwort auf einen Reiz kann unterschiedlicher Natur sein:

• Motorische Reaktion: Die Antwort ist eine Bewegung, ausgeführt durch den Bewegungsapparat und die Muskeln.
• Sekretorische Reaktion: Die Antwort ist die Produktion und Abgabe eines Stoffes (Sekrets) durch Drüsen.

Koordinationssysteme bei Tieren

Tiere verfügen über spezialisierte Systeme zur Koordination der Organismusfunktionen:

Das Nervensystem

Das Nervensystem ist ein Satz von Organen und Strukturen, die aus Nervenzellen (Neuronen) gebildet werden. Es sammelt, verarbeitet und überträgt Informationen, koordiniert Reaktionen und sendet Impulse an die Effektoren. Bei Wirbeltieren besteht es aus den Nervenzentren (Gehirn und Rückenmark) und den Nerven (sensorische und motorische).

Das Endokrine System

Das Endokrine System regelt und koordiniert die Funktionen des Organismus mithilfe chemischer Substanzen (Hormone). Es wird durch endokrine Drüsen gebildet, welche diese Hormone produzieren und freisetzen.

Der Bewegungsapparat

Das Muskel-Skelett-System

Der Bewegungsapparat ermöglicht die motorische Reaktion.

• Wirbellose: Viele Wirbellose besitzen ein Exoskelett (Außenskelett). Da dieses nicht mitwächst, müssen sie sich häuten (Ecdysis), um größer zu werden.
• Wirbeltiere: Wirbeltiere besitzen ein Endoskelett (Innenskelett), das aus Knochen gebildet wird. Die Muskeln sind Organe, die sich zusammenziehen und entspannen können und zur Ausführung von Bewegungen dienen.

Reaktionen von Pflanzen auf Reize

Pflanzen reagieren auf Reize mit zwei Haupttypen von Antworten:

• Tropismen: Dies sind Wachstumsreaktionen, bei denen sich die Richtung des Pflanzenwachstums verändert. Wichtige Arten sind Phototropismus (Licht), Geotropismus (Schwerkraft), Hydrotropismus (Wasser) und Thigmotropismus (Berührung).
• Nastien: Dies sind transiente (vorübergehende) Antworten bestimmter Bereiche der Pflanze auf äußere Reize, die keine Wachstumsveränderung darstellen (z. B. das Schließen von Blättern).

Die Funktion der Fortpflanzung (Reproduktion)

Die Reproduktion ist die Funktion, durch die Individuen neue Individuen (Nachkommen) erzeugen.

Arten der Fortpflanzung

• Asexuelle Fortpflanzung: Es ist nur ein Individuum beteiligt, und es werden keine Keimzellen (Gameten) benötigt.
• Sexuelle Fortpflanzung: Es sind in der Regel zwei Individuen beteiligt, und es findet eine Vereinigung von Keimzellen statt.

Phasen der sexuellen Fortpflanzung bei Tieren und Pflanzen

1. Gametogenese (Gametenbildung): Die Produktion von Ei- und Samenzellen (Spermatozoiden).
2. Befruchtung: Die Vereinigung einer männlichen und einer weiblichen Keimzelle zur Zygote.
3. Embryonalentwicklung: Die Entwicklung der Zygote zum geborenen Individuum. Die Nachkommen können eierlegend, lebendgebärend oder ovovivipar sein.
4. Postembryonale Entwicklung: Das Wachstum des Individuums, bis es das Erwachsenenalter erreicht.

Asexuelle Vermehrung: Typen

Bei Tieren:

• Fragmentierung/Regeneration: Ein Organismus entsteht aus abgetrennten Teilen.
• Knospung: Eine Knospe wird gebildet, die sich zu einem neuen Individuum entwickelt.

Bei Pflanzen (Vegetative Vermehrung):

• Vegetative Vermehrung: Die Fähigkeit, neue Individuen aus einem Stück der Mutterpflanze zu bilden (z. B. Stecklinge).
• Sporenbildung: Sporen (spezialisierte Zellen) werden gebildet und entwickeln sich zu neuen Individuen.

Sexuelle Fortpflanzung bei Pflanzen

Fortpflanzungsorgane der Blüte

• Weibliches Organ (Stempel/Pistill): Besteht aus Fruchtknoten, Griffel und Narbe. Der Fruchtknoten enthält die Eizellen (weibliche Gameten).
• Männliches Organ (Staubblatt/Stamen): Gebildet durch einen Staubfaden und den Staubbeutel (Anthere), der die Pollenkörner (männliche Gameten) enthält.

Bestäubung und Keimung

Bestäubung ist der Prozess, bei dem Pollenkörner vom Staubbeutel auf die Narbe des Stempels gelangen.

• Selbstbestäubung (Autogamie): Das Pollenkorn gelangt auf die Narbe derselben Blüte.
• Fremdbestäubung (Allogamie): Das Pollenkorn gelangt auf die Narbe einer anderen Blüte. Dies kann durch Wind (anemophil) oder Tiere (zoophil) erfolgen.

Damit der Samen keimen kann, benötigt er Sauerstoff, die richtige Temperatur und Feuchtigkeit.

Vergleich: Asexuelle vs. Sexuelle Fortpflanzung

Asexuelle Fortpflanzung

Vorteile:

• Kann ohne einen zweiten Partner erfolgen.
• Benötigt nur einen Überfluss an Nahrung und gute Bedingungen.
• Der Prozess ist effizient und schnell.

Nachteile:

• Die Nachkommen sind genetisch identisch.
• Negative Umweltveränderungen können die gesamte Art gefährden.

Sexuelle Fortpflanzung

Vorteile:

• Die Nachkommen besitzen Eigenschaften beider Individuen.
• Hohe genetische Vielfalt, was die Anpassungsfähigkeit der Art verbessert.

Nachteile:

• Der Prozess ist vom Zufall abhängig.
• Es müssen viele Gameten produziert werden.
• Oft muss ein Gamet mobil sein.
• Bei vielen Arten ist Wasser für die Befruchtung notwendig.