Grundlagen: Klonen, Stammzellen & natürliche Ressourcen

Was ist Klonen?

Klonen ist der Prozess, bei dem genetisch identische Kopien von DNA-Molekülen, Zellen oder ganzen Organismen erzeugt werden. Es ist ein natürlicher Vorgang, der heute auch künstlich herbeigeführt werden kann.

Natürliches und künstliches Klonen

Natürliches Klonen findet auf verschiedenen Ebenen statt:

• DNA-Replikation: Die Verdopplung der DNA vor der Zellteilung.
• Mitose: Die Teilung von Zellen, bei der identische Tochterzellen entstehen.
• Asexuelle Vermehrung: Fortpflanzung ohne die Verschmelzung von Keimzellen.
• Eineiige Zwillinge: Entstehen durch die Teilung eines frühen Embryos.

Beim künstlichen Klonen im Labor werden verschiedene Techniken angewendet:

• PCR (Polymerase-Kettenreaktion): Zur Vervielfältigung von DNA.
• Zellkulturen: Zur Vermehrung von Zellen.
• Embryonensplitting: Eine künstliche Methode, die dem natürlichen Prozess der Zwillingsbildung nachempfunden ist. Dabei entstehen Nachkommen, die untereinander identisch, aber von ihren Eltern verschieden sind.
• Kerntransfer: Dies ist das „echte“ Klonen. Dabei wird der Zellkern einer Körperzelle eines bereits existierenden Individuums in eine entkernte Eizelle übertragen. Das Ergebnis sind Individuen, die genetisch identisch mit dem Spender des Zellkerns sind.

Das Schaf Dolly: Ein Meilenstein

Das Schaf Dolly war das erste Säugetier, das durch Kerntransfer geklont wurde. An diesem Prozess waren drei Schafe beteiligt: eine Spenderin für die Eizelle, eine Spenderin für die somatische Zelle (die die gesamte genetische Information enthielt) und eine Leihmutter, in die der entstandene Prä-Embryo implantiert wurde. Dies war ein riesiger Sprung für die Wissenschaft, da der Prozess der sexuellen Befruchtung umgangen wurde.

Anwendungen und Herausforderungen des Klonens

Das Klonen von Tieren ist interessant, um Kopien von Tieren mit einem Transgen zu erhalten, das ein Protein von medizinischem Interesse kodiert. Weitere Anwendungsbereiche sind die kontrollierte Verbesserung von Tierbeständen und die mögliche Wiederbelebung ausgestorbener Tierarten. Die größte Herausforderung beim Klonen ist die Reprogrammierung des differenzierten Zellmaterials, um es wieder totipotent zu machen.

Stammzellen: Die Alleskönner des Körpers

Stammzellen sind Zellen, die die Fähigkeit zur Selbsterneuerung (Vermehrung) und zur Differenzierung in spezialisierte Zelltypen besitzen. Es gibt zwei Hauptarten:

• Embryonale Stammzellen: Diese werden aus Embryonen gewonnen, die jünger als 14 Tage sind. Sie sind pluripotent, das heißt, sie können sich zu jedem Zelltyp eines vollständigen Organismus entwickeln.
• Adulte Stammzellen: Diese finden sich in verschiedenen Geweben erwachsener Organismen. Sie sind in der Lage, sich in die spezialisierten Zellen des Gewebes zu differenzieren, aus dem sie stammen.

Die Nutzung natürlicher Ressourcen

Als natürliche Ressourcen bezeichnet man die verschiedenen Elemente der Natur, die der Mensch für seine Zwecke nutzen kann. Die Industrielle Revolution markierte einen Wendepunkt, seitdem beutet die Menschheit die natürlichen Ressourcen in einem Maße aus, das deren Regenerationsfähigkeit oft übersteigt. Das stetige Wachstum der Weltbevölkerung führt zu schwerwiegenden Auswirkungen auf die Umwelt und die verfügbaren Ressourcen. Die Bedeutung einzelner Ressourcen ändert sich dabei und hängt von Faktoren wie Technologie, Markt und Politik ab.

Klassifizierung von Ressourcen

Natürliche Ressourcen lassen sich in drei Hauptkategorien einteilen:

• Erneuerbare Ressourcen: Diese sind praktisch unerschöpflich, wie zum Beispiel Sonnen- und Windenergie.
• Nicht erneuerbare Ressourcen: Diese sind nur in begrenzten Mengen vorhanden. Sie sind die am meisten nachgefragten Ressourcen, insbesondere Erdöl.
• Potenziell erneuerbare Ressourcen: Ihre Erneuerung hängt von der menschlichen Nutzung ab. Dazu gehören biologische Ressourcen aus Viehzucht, Landwirtschaft und Fischerei.

Wasser: Eine lebenswichtige Ressource

Drei Viertel der Erdoberfläche sind von Wasser bedeckt. Davon sind jedoch nur 2,5 % Süßwasser, wovon nur ein sehr kleiner Teil für uns direkt nutzbar ist.

Der Wasserkreislauf und die Hydrosphäre

Die Hydrosphäre, die alle Gewässer umfasst, ist ein dynamisches System. Angetrieben durch Sonnenenergie und Schwerkraft, befindet sich das Wasser im ständigen Wasserkreislauf: Wasser verdunstet, kondensiert in der Atmosphäre, fällt als Niederschlag zurück, fließt in Flüssen oder versickert im Boden und verdunstet erneut. Der Mensch greift durch Bauten wie Pipelines und Staudämme in diesen Kreislauf ein.

Wasser als empfindliche Ressource

Wasser ist die Grundlage für das Leben und unsere kritischste Ressource. Ihre ungleiche Verteilung führt weltweit zu Versorgungsproblemen. Der Wasserverbrauch steigt durch Bevölkerungswachstum sowie die Expansion von Industrie und Landwirtschaft. Die Lösung für Wasserknappheit liegt im Bewusstsein, dass Süßwasser nicht unbegrenzt verfügbar ist. Wir müssen unseren Verbrauch anpassen und eine Kultur des Respekts für Wasser fördern. Wasser ist das „blaue Gold“ von morgen, das wir nicht verschwenden dürfen.

Der Boden: Grundlage unserer Nahrung

Der Boden ist die oberste, belebte Schicht der Erdoberfläche, auf die der Mensch entscheidenden Einfluss hat, was zu Effekten wie Erosion, Verschlechterung und Vergiftung führt. Die Bodenbildung wird von Faktoren wie Ausgangsgestein, Klima, Vegetation und Zeit beeinflusst. Als lebenswichtige Ressource ist der Boden für den Anbau unserer Nahrung unerlässlich.

Lebewesen als Ressource

Traditionell war die Landwirtschaft umweltfreundlicher, indem beispielsweise tierische Exkremente als natürlicher Dünger verwendet wurden. Durch den technologischen Fortschritt haben sich die Praktiken in der Landwirtschaft und Fischerei jedoch stark verändert, was oft zu einer größeren Belastung für die Umwelt führt.

Energieressourcen: Erneuerbar und nicht erneuerbar

Die von uns verbrauchte Energie ist oft nicht die sauberste.

Nicht erneuerbare Energieträger

• Kohle: Entsteht durch die Zersetzung von Pflanzenmaterial. Ihre Verbrennung in Kraftwerken zur Stromerzeugung erzeugt Treibhausgase und sauren Regen.
• Erdöl: Eine grundlegende Ressource, aus der unter anderem Benzin und Diesel gewonnen werden. Trotz verbesserter Fördertechniken gehen die Reserven zurück.

Erneuerbare Energien

Zu den erneuerbaren Energien gehören unter anderem:

• Solarenergie (Solarthermie, Photovoltaik)
• Wasserkraft
• Windenergie