Pflanzen- und Tieranatomie: Blatt, Wurzel, Weichtiere

Blattstruktur

Blattstruktur
Die erste Herausforderung, der sich Pflanzen bei der Umstellung aufs Land gegenübersahen, war die Austrocknung. Die Photosynthese benötigt Licht und Kohlendioxid. Die Struktur des Blattes ist eine Reihe adaptiver Lösungen, die dieses Problem im gegenwärtigen Zustand der Pflanze lösen. Die interne Struktur der Blätter der Angiospermen zeigt vielfältige architektonische Anpassungen, um Austrocknung zu vermeiden. Die oberen und unteren Flächen des Blattes sind von transparenten Epidermiszellen bedeckt und mit einer Wachsschicht, der Kutikula, überzogen, die den Wasserverlust reduziert. Zwischen den beiden Epidermisschichten liegt das Mesophyll. Die Palisadenzellen sind lange, zylindrische Zellen unmittelbar unter der oberen Epidermis und stellen die wichtigsten Orte der Photosynthese dar. Das schwammige (aerenchymatische) Mesophyll wird so genannt, weil die Zellen locker angeordnet sind und große Interzellularräume zwischen ihnen aufweisen; auch diese Zellen beteiligen sich an der Photosynthese.

Gasaustausch und Transpiration

Gasaustausch und Transpiration
Bei höheren Pflanzen erfolgt Wasserverlust in die Umgebung in Form von Wasserdampf; dieses Phänomen heißt Transpiration. Der Gasaustausch (Kohlendioxidaufnahme und Sauerstoffabgabe), der zwischen den Luftkammern des Blattes und der Atmosphäre stattfindet, wird in erster Linie durch die Spaltöffnungen (Stomata) der Blätter reguliert. In den meisten Fällen befinden sich die Stomata bevorzugt in der unteren Epidermis der Blätter, um übermäßigen Wasserverlust zu vermeiden. Ein Stoma öffnet sich, wenn die Schließzellen Wasser aufnehmen und turgeszent werden; umgekehrt schließen die Stomata, wenn die Schließzellen Wasser verlieren und schlaff werden. Diese Bewegung beruht auf der Anordnung von Cellulosefasern in den Schließzellen. Bei den meisten Arten zeigt die Wand der Schließzellen, die der Stomataöffnung am nächsten ist, eine stärkere Verdickung auf der gegenüberliegenden Seite. Wenn Wasser in die Schließzellen einströmt, dehnen sich die dünnen Wandregionen stärker als die verstärkten Bereiche, wodurch die Schließzellen sich wölben und einen offenen Raum zwischen ihnen schaffen. Durch diese Öffnung der Spaltöffnung (Osziole) erfolgt Gasaustausch und Pflanzen-Transpiration. Wenn die Schließzellen Wasser verlieren, nimmt die Krümmung ab und das Osziole schließt sich. Wenn die Schattierung (Schließung) vollständig ist, verliert das Blatt nur noch sehr wenig Wasser durch kutikuläre Transpiration.

Sklerenchym

Sklerenchym
Sklerenchym ist ein Gewebe aus Zellen, die ohne lebendes Protoplasma sind, d. h. abgestorben, und stark verdickte Wände mit Lignin besitzen – eine unlösliche, sehr widerstandsfähige Substanz. Als junge Zellen sind Sklerenchymzellen lebendig, sterben aber im Laufe der Zeit durch die Ablagerung von Lignin, das das gesamte Zelllumem durchdringt. Sklerenchym ist ein Element für Festigkeit und Unterstützung der Organe von Pflanzen, die sekundäres Wachstum vollendet haben. Es gibt zwei Arten von Sklerenchymzellen: Fasern und Sklerenchymzellen (Sklerenchymzellen, auch Skleriden genannt). Fasern sind dünne, längliche Zellen, während Skleriden isodiametrische Formen aufweisen.

Primäre Struktur von Wurzel und Spross

Primäre Struktur der Wurzel und des Sprosses
Pflanzen wachsen in Längen- oder Dickenrichtung. In der Regel besitzen Monokotyledonen lediglich primäres Wachstum, während Dikotyledonen primäres und sekundäres Wachstum zeigen. Es gibt zudem strukturelle Unterschiede zwischen dem primären Wachstum der Wurzeln und Sprosse von Monokotyledonen und Dikotyledonen.

Primäre Struktur der Wurzel (Monokotyledonen)

Primäre Struktur der Wurzel (Monokotyledonen)
Im Querschnitt der behaarten Wurzel einer Monokotyledone im primären Wachstum finden wir folgende Zonen:

• Epidermiszone: Besteht meist aus einer Schicht von Zellen, die gelegentlich suberifiziert sein können.
• Rindenzone (Kortex): Unterhalb der Epidermis, bestehend aus Rindenparenchym als Speichergewebe, das den größten Bereich der primären Wurzelstruktur einnimmt. Die Rindenzellen besitzen Interzellularräume und zahlreiche Kontakte. Die Plasmastränge sind plasmodesmatisch verbunden. Stoffe passieren die Rinde durch die Zellen.
• Endodermis: Die innerste Schicht der kortikalen Zone, kompakt und mit ausgeprägten Casparischen Streifen. Diese Zellen können an der dem Boden zugewandten Seite suberifiziert sein und im Querschnitt eine U-Form präsentieren.

Primäre Struktur der Wurzel (Dikotyledonen)

Primäre Struktur der Wurzel (Dikotyledonen)
Die Wurzeln dikotyledoner Pflanzen haben drei verschiedene Regionen:

• Epidermale Region: Besteht aus einer einzigen Zellschicht der Epidermis.
• Kortikale Region: Besteht aus Rindenparenchym als Speichergewebe und wird intern von der Endodermis begrenzt; die Endodermiszellen zeigen Casparische Streifen.
• Stele: Zentral gelegene Leitbündelregion mit Xylem und Phloem.

Sekundäre Struktur der Wurzel (Dikotyledonen)

Sekundäre Struktur der Wurzel (Dikotyledonen)
Die sekundäre Wurzel eines Dikotylen entsteht durch zwei laterale Meristeme: das Kambium, das Xylem und Phloem produziert, und das Phellogen (Korkkambium), das Kork und Phelloderm bildet. Die sekundäre Wurzel eines Dikotylen zeigt mehrreihige Markstrahlen; das sekundäre Xylem ist heterogen und enthält Zellen unterschiedlicher Größe.

Primäre Struktur des Sprosses (Monokotyledonen)

Primäre Struktur des Sprosses (Monokotyledonen)
Fläche/Epidermis: Eine Schicht dickwandiger, cutinatisierter Zellen.
Kortikaler Bereich: Besteht aus lebenden, dünnwandigen Zellen direkt unter der Epidermis mit unterschiedlicher Dicke.
Zentralzylinder: Gut entwickelt, mit kaum erkennbaren Grenzen zum kortikalen Bereich. Leitbündel sind unregelmäßig geformt; sie tragen Xylem und Phloem. Leitbündel (liberolenhösos) sind oft von Sklerenchymfasern umgeben. Monokotyledonen zeigen in der Regel kein ausgeprägtes sekundäres Dickenwachstum.

Primäre Struktur des Sprosses (Dikotyledonen)

Primäre Struktur des Sprosses (Dikotyledonen)
Epidermis: Eine Zellschicht der Oberfläche.
Kortex: Variabel in Dicke, besteht aus Rindenparenchym aus kleinen, dünnwandigen Zellen mit Cellulose; in peripheren Zellen des Parenchyms finden sich Chloroplasten.
Zentralzylinder: Zeigt ein Mark und auffällige Leitbündel und Strahlen. Zwischen Xylem und Phloem liegt das Prokambium; Phloem befindet sich außen und Tracheen/Xyleme innen im Leitbündel. Zwischen den Leitbündeln und dem Mark finden sich Markstrahlen. Das Holz (Xylem) zeigt nach innen erste Tracheen (Protoxylem) und nach außen Metaxylem. Anders als in der Wurzel entwickelt sich das Xylem beim Spross zentrifugal.

Annelida (Ringelwürmer)

Annelida
Die Anneliden sind wurmförmige Tiere von länglicher Gestalt, an den Rändern meist dünn. Der Körper ist zylindrisch und segmentiert und besteht aus einer Reihe sehr ähnlicher Ringe. Diese Segmentierung ist nach innen und außen abgeschlossen. Anneliden sind triploblastisch und Protostomia, mit einem Coelom, das während der Embryonalentwicklung vom Mesoderm ausgekleidet wird. Der Körper zeigt bilaterale Symmetrie und ist von einer dünnen Kutikula bedeckt; bei landlebenden Arten muss diese stets feucht gehalten werden. Viele besitzen fadenförmige Anhängsel (Parapodien) zur Fortbewegung, außer in der Gruppe der Blutegel. Sie besitzen Längs- und Ringmuskulatur (zirkuläre Muskulatur) im ganzen Körper. Anstelle eines starren Skeletts haben sie eine flüssigkeitsgefüllte Körperhöhle (Coelom), die segmentweise als hydraulisches Stützelement wirkt.

Ernährung

Ernährung
Anneliden besitzen einen vollständigen Verdauungstrakt mit Mund und After. Der Verdauungstrakt von Regenwürmern, entsprechend ihrer Ernährung, ist ein relativ kurzes System mit einem muskulösen Pharynx mit Drüsen, die schleimiges Sekret absondern, einem Ösophagus, einem Kropf oder Drüsenmagen zur Speicherung, einem Muskelmagen (Gizzard) zum Zerkleinern der Nahrung und einem langen Darm mit seitlichen Blinddärmen sowie einer auffälligen Faltung der Darmwand, oft als Typhlosole bezeichnet. Blutegel besitzen zwei Saugnäpfe, einen um den Mund und einen am After, mit denen sie sich an ihren Wirten festhalten. Nach dem Befestigen durchdringt der Parasit die Haut des Wirtes und saugt Blut durch Muskelbewegungen auf. Der Speichel von Blutegeln enthält Substanzen, die die Blutgerinnung im Verdauungstrakt verhindern. Das aufgenommene Blut wird nicht vollständig enzymatisch verdaut, sondern teilweise durch symbiontische Bakterien im Darm aufgeschlossen. Die Saugnäpfe dienen zusätzlich der Fortbewegung.

Organisation und Atmung

Organisation und Atmung
Anneliden besitzen vier Cerebralganglien (Gehirn), zwei kleine supraösophageale und zwei subösophageale Ganglien, die durch seitliche Nerven verbunden sind. Die Ausscheidung der Stoffwechselprodukte erfolgt über Metanephridien oder einfach Nephridien. Die meisten Anneliden besitzen keine hochspezialisierten Atmungsorgane; der Gasaustausch erfolgt über die Körperoberfläche, bei Polychaeten (z. B. Nereis) treten jedoch oft Kiemen auf. Der Kreislauf vieler Anneliden ist geschlossen: das Blut verbleibt größtenteils in den Blutgefäßen. Ein dorsales Blutgefäß und ein ventrales Blutgefäß sind die wichtigsten Leitgefäße entlang des Tieres. Oligochaeten (z. B. Regenwürmer) und Blutegel sind meist zwittrig (hermaphroditisch), während andere Gruppen getrenntgeschlechtlich sein können. Bei Polychaeten ist die Entwicklung häufig indirekt mit einer Larve, der Trochophora-Larve.

Mollusca (Weichtiere)

Weichtiere
Weichtiere (Mollusca) sind eine bedeutende Gruppe wirbelloser Tiere, die für den Menschen direkt wichtig sind: Sie dienen als Nahrungsmittel, sind Teil von Nahrungsketten, liefern Rohstoffe für Schmuckherstellung und mehr. Auf der negativen Seite übertragen einige Süßwasserschnecken der Gattung Biomphalaria Krankheitswürmer (z. B. Schistosoma).

Klassen der Mollusken

Klassen

• Monoplacophora: Einfache Schale, leben meist in der Tiefsee. Beispiel: Neopilina.
• Polyplacophora: Mit einer Schale, die aus mehreren Platten besteht; marine Arten. Beispiel: Chiton.
• Scaphopoda: Schalke konisch, leicht gebogen, ähnlich einem Elefantenstoßzahn; leben eingegraben im Sand am Meeresboden. Beispiel: Dentalium.
• Gastropoda (Schnecken): Mit oder ohne Schale; die größte Klasse der Mollusken, sehr vielfältig in Form und Lebensraum. Beispiele: Gartenschnecke, Meeresschnecken.
• Bivalvia (Pelecypoda, Muscheln): Zwei geklappte Schalen, gelenkig verbunden. Beispiele: Miesmuscheln, Austern, Jakobsmuscheln.
• Cephalopoda (Kopffüßer): Hochentwickelte Klasse mit komplexen Einrichtungen, teilweise vergleichbar mit Wirbeltieren. Beispiele: Oktopus, Tintenfisch (Loligo).

Lebensraum

Habitat
Weichtiere sind in unterschiedlichen Lebensräumen zu finden: Boden, Süßwasser und Meer.

Bau (Morphologie)

Bau
Schnecken besitzen einen weichen Körper ohne Segmentierung, mit bilateraler Symmetrie, oft geschützt durch eine Schale. Die meisten Arten sind telolächitisch (Tetrolécithal) und legen Eier mit einer mittleren Dottermenge; Kopffüßer legen in der Regel telolächitische Eier mit einem großen Dotter. Der Körper ist in drei Hauptregionen unterteilt: Kopf, Eingeweidesack (Viszeralmasse) und Fuß.

Ernährung

Ernährung
Weichtiere führen extrazelluläre Verdauung in einem vollständigen Verdauungstrakt durch.

Nervensystem

Nervensystem
Das Nervensystem der Mollusken ist ganglionär, mit drei Hauptpaaren von Ganglien: zerebral, pedal und viszeral.

Ausscheidung

Ausscheidung
Die Exkretion erfolgt meist durch Nephridien, die als metanephridiale Strukturen ausgebildet sind.

Atmung

Atmung
Die Atmung bei Mollusken ist sehr vielfältig: Einige führen Gasaustausch über die Epidermis durch, andere über die Mantelhöhle oder spezialisierte Kiemen (Gills) bzw. Lungenstrukturen bei landlebenden Arten.

Kreislauf

Kreislauf
Der Kreislauf der meisten Mollusken ist offen und unvollständig, während Kopffüßer ein geschlossenes Kreislaufsystem besitzen. Das Blut (oft mit kupferhaltigem Blutfarbstoff Hämocyanin, daher blau) wird vom Herzen in eine Herzhöhle gepumpt und zirkuliert durch Lücken im Gewebe (Hämocoel), um Nährstoffe und Sauerstoff zu verteilen sowie Stoffwechselprodukte abzutransportieren.

Fortpflanzung

Fortpflanzung
Viele Mollusken sind getrenntgeschlechtlich; einige sind hermaphroditisch (z. B. die Gartenschnecke). Die Befruchtung kann intern oder extern erfolgen. Die meisten legen Eier mit indirekter Entwicklung (mit freischwimmenden Larven wie Trochophora) oder mit direkter Entwicklung.

Arthropoden (Gliederfüßer)

Arthropoden
Arthropoden sind die größte bekannte Tiergruppe und zeichnen sich durch gegliederte Beine aus – ein Merkmal, das den Stamm prägte. Sie haben bilaterale Symmetrie, segmentierte Körper und ein hartes Außenskelett (Exoskelett). Arthropoden sind für den Menschen von großer Bedeutung: als Nahrung, in der Produktion von Wachs, Honig und Seide, als Krankheitsüberträger, als Schädlinge an Kulturpflanzen und Holz sowie in der wissenschaftlichen Forschung.

Klassen

Klassen
Wichtige Klassen der Arthropoden sind unter anderem:

• Insecta (Insekten): z. B. Bienen, Fliegen.
• Crustacea (Krebstiere): z. B. Krabben, Garnelen, Hummer.
• Arachnida (Spinnentiere): z. B. Spinnen, Skorpione.
• Chilopoda (Hundertfüßer, Tausendfüßer): z. B. Hundertfüßer.
• Diplopoda (Doppelfüßer): häufig als Tausendfüßer bezeichnet.

Lebensraum

Habitat
Arthropoden besiedeln nahezu alle Lebensräume: Boden, Süßwasser, Meer und lebende Organismen (parasitäre oder symbiontische Lebensweisen).

Bau

Bau
Arthropoden zeigen bilaterale Symmetrie, Segmentierung und ein Exoskelett aus Chitin (ein hartes Polysaccharid). Charakteristisch sind gegliederte Beine und spezialisierte Körperregionen (Tagmata).

Ernährung

Ernährung
Arthropoden führen extrazelluläre Verdauung mit einem vollständigen Verdauungstrakt und akzessorischen Drüsen (z. B. Speicheldrüsen, Hepatopankreas) durch.

Nervensystem

Nervensystem
Das Nervensystem ist ganglionär mit einem zerebralen Ganglionpaar und einem ventralen Nervenstrang. Sinnesorgane sind gut entwickelt, darunter Antennen und Augen (einfach oder facettenartig).

Ausscheidung

Ausscheidung
Die Ausscheidung der Stoffwechselprodukte erfolgt über unterschiedliche Strukturen: In Insekten, Spinnentieren und manchen Myriapoden durch Malpighische Gefäße in Verbindung mit dem Darm; Crustacea besitzen spezialisierte Exkretionsdrüsen (z. B. grüne Drüsen/Antennaldrüsen) im Kopfbereich.

Atmung

Atmung
Die Atmung ist vielfältig: bei einigen Krebsen und Spinnentieren erfolgt der Gasaustausch über die Körperoberfläche oder Kiemen; Insekten besitzen Tracheen, Myriapoden haben Tracheen oder verwandte Strukturen; viele Krebstiere besitzen Filtrationskiemen.

Kreislauf

Kreislauf
Der Kreislauf der Arthropoden ist überwiegend offen und unvollständig, ähnlich wie bei Mollusken. Ein röhrenförmiges Herz pumpt das Hämolymphe (Blut) in dorsalen Schiffen in den anterioren Bereich; das Hämolymphe zirkuliert durch den Körperraum (Hämocoel) und fließt schließlich zurück zum Herzen.

Fortpflanzung

Fortpflanzung
Die Fortpflanzung der Arthropoden ist meist sexuell mit gegenseitiger Befruchtung. Die meisten Arten sind getrenntgeschlechtlich mit Geschlechtsdimorphismus; die Befruchtung ist häufig intern. Die Entwicklung kann indirekt (mit Larvenstadien) oder direkt verlaufen.

Metamorphose

Metamorphose
Insekten lassen sich hinsichtlich ihrer Metamorphose in drei Gruppen einteilen:

• Holometabol (vollständige Metamorphose): mit deutlichen Larven-, Puppen- und Imago-Stadien.
• Hemimetabol (unvollständige Metamorphose): mit Nymphen, die dem Erwachsenenstadium ähnlich sind, jedoch ohne Puppenstadium.
• Ametabol (keine Metamorphose): keine ausgeprägte morphologische Veränderung während des Wachstums.