Transpiration, DNA-Struktur, Reproduktion und Endosymbiose – Biologie im Überblick

Hypothese der Kohäsion-Adhäsion-Theorie

Wie Mesophyllzellen Wasser verlieren, entsteht ein Wassermangel in den obersten Zellschichten. Dadurch bildet sich ein negativer Druck, die sogenannte Spannung. Die Konzentration gelöster Stoffe (Soluten) in diesen Zellen steigt, daher erhöht sich auch der osmotische Druck. Die Mesophyllzellen werden hypertonisch im Verhältnis zu den Tracheen und Xylemzellen, wodurch Wassermoleküle aus den Gefäßen in die Zellen übergehen.

Die Wassermoleküle sind untereinander durch die Kohäsion (Kräfte zwischen den Wassermolekülen) und an die Gefäßwände durch die Adhäsion (Kräfte zwischen Wasser und Xylem) gebunden. So bildet sich eine kontinuierliche Wassersäule in den Gefäßen.

Die Bewegung des Wassers von den Wurzeln bis zu den Blättern wird als Transpirationssog bezeichnet. Je stärker die Transpiration, desto schneller der Aufstieg des Wassers (Ascension). Durch den Wasserverlust in den Blättern entsteht ein Wasserdefizit in der Wurzel bzw. im Xylem, wodurch der Wasserfluss im Gewebe nach oben erhöht wird. Es handelt sich um einen passiven Fluss von Wasser aus Bereichen mit höherem Wasserpotenzial in Bereiche mit niedrigerem Wasserpotenzial.

Natur und Struktur der DNA

Chemie des Nukleotids:
- Phosphorsäure
- Pentose (Desoxyribose)
Stickstoffbasen (Adenin, Cytosin, Guanin, Thymin und Uracil)
- Pyrimidinbasen: C, T und U
- Purinbasen (Doppelring): A und G

Geschlechtliche Fortpflanzung und Variabilität

Unabhängige Segregation der Chromosomen bei den beiden Partnern: Zwei homologe Chromosomen wandern zufällig zu den entgegengesetzten Polen der Zelle. So entstehen Gameten, deren Chromosomen zufällig vom Vater oder von der Mutter stammen. Daraus ergibt sich eine Vielzahl möglicher Kombinationen.

- Crossing-over: Homologe Chromosomen tauschen Abschnitte aus. Anschließend werden die Chromatiden jedes Chromosoms in der Anaphase II zufällig und getrennt verteilt.

- Befruchtung: Die zufällige Verschmelzung weiblicher und männlicher Gameten erhöht die Variabilität.

Diplonte Lebenszyklen (Bsp.: Mensch)

Nur die Gameten sind haploide Zellen. Die Meiose erfolgt gametisch (vor der Gametenbildung). Die diploide Zygote entwickelt sich durch Mitose zu allen somatischen Zellen des Organismus.

Haplonte Lebenszyklen (Bsp.: Spirogyra)

Die Gameten sind haploid und verschmelzen zur Zygote. Die Zygote durchläuft die Meiose und bildet haploide Zellen, die sich durch Mitose zu einem haploiden Organismus entwickeln, der Gameten durch Mitose produziert. Die einzige diploide Struktur ist die Zygote, die sich zygotisch durch Meiose teilt.

Haplodiplonte Lebenszyklen (Bsp.: Farne)

Hier wechseln sich mehrzellige haploide und diploide Generationen ab.

• Diploide Generation (Sporophyt): produziert haploide Sporen durch Meiose.
• Haploide Generation (Gametophyt): Die Sporen keimen und teilen sich durch Mitose zu einem Gametophyten, der Gameten durch Mitose bildet.
• Aus der Verschmelzung der Gameten entsteht eine diploide Zygote, die sich zum Sporophyten entwickelt.

- Autogenes Modell: Das Endomembransystem der eukaryotischen Zellen entsteht durch Einstülpungen der Plasmamembran einer prokaryotischen Zelle. Dieses Modell stützt sich auf die Tatsache, dass die Membran zwei intrazelluläre Kompartimente besitzt, die der äußeren Plasmamembran ähneln.

- Endosymbiontisches Modell: Eukaryotische Zellen sind das Ergebnis der Vereinigung mehrerer symbiotischer Prokaryoten. Nach diesem Modell entstand das Endomembransystem durch Einstülpungen der Zellmembran. Mitochondrien und Chloroplasten entwickelten sich aus prokaryotischen Zellen, die eine Endosymbiose mit größeren Wirtszellen eingingen und fortan in ihnen lebten. Die Vorfahren der Mitochondrien wären aerobe heterotrophe Prokaryoten gewesen, die Vorfahren der Chloroplasten photosynthetische Prokaryoten.