Reizantworten, Fortpflanzung und Entwicklung bei Lebewesen

Liste der Tätigkeiten: Information aus der Umwelt

LISTE DER TÄTIGKEITEN: Damit können Menschen und andere Lebewesen Informationen aus der Umwelt erhalten.

Wie Lebewesen auf einen Reiz reagieren

Verhalten ist die Folge von Aktionen als Antwort auf einen Reiz. Reize lösen Antworten aus. Die Organe, die eine Reaktion hervorrufen, werden als Effektoren bezeichnet. Bewegung ist bei Tieren besonders häufig und wird durch Muskeln ermöglicht. Produktion von Stoffen: Drüsen produzieren und sezernieren Substanzen wie Schweiß, Speichel und Tränen.

Antworten bei Pflanzen

Bei Pflanzen können die Antworten unter anderem folgende Formen annehmen:

Tropismen

Tropismen sind Änderungen in der Richtung des Pflanzenwachstums. Sie werden in positive Tropismen (Wachstum in Richtung des Reizes) und negative Tropismen (Wachstum vom Reiz weg) unterteilt. Beispiele:

• Phototropismus: Stängel und Blätter wachsen positiv zum Licht, Wurzeln meist negativ.
• Geotropismus: durch die Schwerkraft verursacht; Wurzeln zeigen positiven Geotropismus (zum Erdmittelpunkt), Stängel negativen.
• Hygrotropismus: Reaktion auf Luftfeuchtigkeit, oft positiv bei Wurzeln.
• Haptotropismus: Reaktion auf Kontakt; Ranken umschlingen Objekte, mit denen sie in Berührung kommen.

Nastien

Nastien sind gerichtete, oft reversible Bewegungen, die nicht von der Richtung des Reizes abhängen. Beispiele:

• Fotonastie: Blüten öffnen und schließen in Reaktion auf Lichtänderungen.
• Haptonastie: Aktivierung von Fallgruben mancher fleischfressender Pflanzen bei Berührung.

Erkennung von Reizen bei Tieren

Die Erkennung von Reizen erfolgt durch Rezeptoren. Diese sind häufig in Sinnesorganen gruppiert. Wichtige Reizarten:

• Chemische Reize: Rezeptoren sind empfindlich gegenüber Chemikalien. Sie können durch direkten Kontakt (z. B. Geschmack) oder aus der Ferne wirken, wenn chemische Stoffe mit Wind oder Wasser transportiert werden (z. B. Geruch).
• Lichtreize: Photorezeptoren sind lichtempfindlich. Sie kommen in einfachen Augen oder in komplexen Augen wie Linsenaugen oder zusammengesetzten Augen (Facettenaugen) vor.
• Thermische Reize: Thermorezeptoren erkennen Temperaturänderungen in der Umwelt. Manche Organe, z. B. Grubenorgane bei einigen Schlangen, können die Anwesenheit von Warmblütern auch in der Dunkelheit erfassen.
• Mechanische Reize: Mechanorezeptoren reagieren auf Berührung, Druck und Vibrationen. Beispiele sind das Hörorgan bei Wirbeltieren (Erkennung von Schallwellen) oder die Seitenlinie bei Fischen, die kleine Wasserbewegungen wahrnimmt.

Kommunikation zwischen Rezeptor und Effektor

Die Übermittlung von Informationen vom Rezeptor zum Effektor erfolgt über das Nervensystem und das hormonelle System.

Nervensystem

Das Nervensystem nimmt Reize auf, interpretiert sie und löst eine passende Reaktion aus. Es besteht aus Nervenzentren (z. B. Gehirn, Rückenmark), die Nachrichten von verschiedenen Rezeptoren empfangen und Antworten an Effektoren auslösen, sowie aus Nerven, langen Fortsätzen, die die Nervenzentren mit Sinnesorganen (afferente Nerven) und Effektoren wie Muskeln und Drüsen (efferente Nerven) verbinden.

Hormonelles System

Das hormonelle System regelt und kontrolliert die inneren Aktivitäten des Körpers durch chemische Botenstoffe, die Hormone genannt werden.

Fortpflanzung (REPRO)

Asexuelle Fortpflanzung

Asexuelle Fortpflanzung ist ein einfacher Prozess, der schnell ablaufen kann und in einem stabilen Umfeld meist erfolgreich ist. Die Nachkommen sind genetisch identisch mit dem Elternteil. In sich verändernden Umgebungen kann diese Strategie jedoch nachteilig sein.

Einzellige Organismen

• Binärspaltung: Der Zellkern teilt sich in zwei, das Zytoplasma teilt sich, und es entstehen zwei Tochterzellen gleicher Größe.
• Knospung: Ein Tochterkern wandert an den Rand der Zelle; eine Knospe bildet sich, trennt sich ab und wächst zum neuen Individuum heran.
• Sporulation: Der Zellkern teilt sich mehrfach und bildet viele Sporen. Wenn die Mutterzelle aufbricht, werden die Sporen freigesetzt und keimen zu neuen Individuen.

Tiere

• Fragmentation (Teilung): Ein Tier teilt sich in zwei oder mehrere mehrzellige Fragmente, von denen jedes zur vollständigen Regeneration fähig ist.
• Knospung: Eine Vermehrung durch Bildung einer Ausstülpung an der Körperoberfläche, die sich zu einem neuen Individuum entwickelt.

Pflanzen und Pilze

• Vegetative Vermehrung: Bei Samenpflanzen kann ein Teil der Mutterpflanze eine Ausstülpung bilden und eine Tochterpflanze erzeugen (z. B. Knollen, Zwiebeln, Ausläufer).
• Sporenbildung: In speziellen Organen (Sporangien) bilden sich Sporen. Diese sind oft von einer widerstandsfähigen Hülle umgeben und werden von Wasser oder Wind verbreitet. Auf geeignetem Substrat keimen sie und bilden ein neues Individuum.

Sexuelle Fortpflanzung

Sexuelle Fortpflanzung ist komplexer und setzt in der Regel die Bildung von Gameten sowie die Vereinigung von zwei Gameten (Befruchtung) voraus. Die Nachkommen sind genetisch unterschiedlich, was in veränderlichen Umgebungen vorteilhaft ist.

Fertilisationstypen

• Äußere Befruchtung: Eier und Spermien werden in die äußere Umgebung freigesetzt (z. B. Wasser) und treffen dort zusammen. Deshalb erfolgt die Freisetzung am selben Ort und zur selben Zeit.
• Innere Befruchtung: Die Befruchtung findet im Körper des Weibchens statt. Durch ein Kopulationsorgan (z. B. Penis) gelangt das männliche Sperma in die Geschlechtsorgane des Weibchens; die Spermien schwimmen aktiv, um die Eizelle zu finden.

Wenn Spermium und Eizelle verschmelzen, vereinigen sich die Zellkerne zu einer einzigen Zelle, der Zygote. Die Zygote teilt sich sukzessive und bildet einen Embryo, aus dem ein neues Individuum entsteht.

Entwicklung des Embryos

• Ovipar: Der Embryo entwickelt sich in einem Ei außerhalb des Körpers der Mutter. Das Ei enthält die für die Entwicklung notwendigen Nährstoffe.
• Vivipar: Der Embryo entwickelt sich im Körper der Mutter (z. B. in der Gebärmutter). Die Mutter beherbergt, schützt und versorgt den Embryo mit Nahrung.
• Ovovivipar: Der Embryo entwickelt sich in einem Ei, das sich im Inneren des Körpers der Mutter befindet. Die Mutter schützt das Ei, die Versorgung erfolgt meist durch das in der Eizelle gespeicherte Material.

Entwicklungsarten nach der Geburt

• Direkte Entwicklung: Bei der Geburt oder dem Schlüpfen ähneln die Jungen stark den Erwachsenen. Die Entwicklung besteht hauptsächlich in Wachstum und Reifung der Fortpflanzungsorgane.
• Indirekte Entwicklung: Junge unterscheiden sich deutlich von den Erwachsenen und durchlaufen Grundumformungen (Metamorphose). Bei der einfachen Metamorphose werden Larven als Nymphen bezeichnet und verändern sich vorwiegend durch Häutungen. Bei der komplexen Metamorphose durchläuft die Larve eine radikale Umgestaltung, oft mit einer ruhenden Puppenphase (z. B. Puppe), bevor das adulte Tier erscheint.

Sexuelle Fortpflanzung bei Samenpflanzen

Bei Samenpflanzen werden die männlichen Gameten in Pollenkörnern gebildet, die in den Antheren der Staubblätter enthalten sind. Jedes Pollenkorn enthält normalerweise zwei männliche Keimzellen. Die weiblichen Gameten und Begleitzellen befinden sich in den Eizellen, die im Fruchtknoten (Ovar) gebildet werden.

Bestäubung

Bestäubung ist der Transport reifen Pollens von den Antheren einer Blüte zum Griffel einer anderen oder derselben Blüte. Beispiele:

• Anemophilie: Bestäubung durch Wind. Pflanzen produzieren oft große Mengen Pollen.
• Entomophilie: Bestäubung durch Insekten. Pollen bleibt an Körperteilen der Insekten haften, daher ist oft weniger Pollen notwendig.

Befruchtung bei Angiospermen

Wenn ein Pollenkorn auf den Griffel einer Blüte derselben Art gelangt, entwickelt es einen Pollenschlauch, der durch den Stil zum Fruchtknoten wächst. Die zwei männlichen Gameten des Pollenschlauchs führen zur doppelten Befruchtung:

• Einer der männlichen Gameten verschmilzt mit der Eizelle und bildet die Zygote, die zum Embryo des Samens wird. Der Embryo enthält ein Keimblatt, einen Keimling (Keimwurzel, Keimspross) und oft ein oder zwei kotyledonenartige Blättchen.
• Der andere männliche Gamet verschmilzt mit zwei anderen Kernzellen im Embryosack und bildet das Endosperm, ein Nährgewebe, das den Embryo versorgt und in der Samenkotyledone gespeichert werden kann.

Nach der Befruchtung vergrößert sich das Fruchtblatt (Pistill) und entwickelt sich zur Frucht.

Keimung

Keimung tritt ein, wenn ein Samenkorn auf einen geeigneten Untergrund gelangt und die Umweltbedingungen bezüglich Feuchtigkeit und Temperatur passend sind.

Wert der Fortpflanzung

Die Bedeutung der Fortpflanzung liegt unter anderem in folgenden Punkten:

• Besiedlung neuer Gebiete: Fortpflanzung und Verbreitungsmechanismen ermöglichen es Lebewesen, neue Lebensräume zu erreichen.
• Überleben unter widrigen Bedingungen: Manche Organismen bilden Sporen oder Dauerkörper (z. B. Zysten), die sie in latenten Zuständen über längere Zeit überleben lassen können.