Die Zelle, Zelltheorie und die Grundlagen der Ernährung und Photosynthese

1. Die Zelle: Baustein des Lebens

Lebewesen bestehen aus Grundeinheiten, die man Zellen nennt. Zellen sind die sich wiederholenden Einheiten, die als kleine, miteinander kommunizierende Agenturen fungieren und Funktionen für das Ganze erfüllen.

Man unterscheidet:

• Einzeller: Lebewesen, die aus nur einer Zelle bestehen (z. B. Bakterien oder Protozoen).
• Mehrzeller (Plurizelluläre Organismen): Komplexere Organismen (z. B. Pflanzen und Tiere).

Während jede Zelle grundlegende Funktionen wie Ernährung, Fortpflanzung und Beziehung zur Umwelt ausführt, können diese Funktionen in vielzelligen Organismen stark spezialisiert sein. Eine Gruppe von Zellen, die eine spezifische Funktion ausführt, wird als Gewebe bezeichnet.

Die Zelltheorie

Die Schlussfolgerungen der Forscher sind in der Zelltheorie zusammengefasst. Diese besagt, dass die Zelle die:

1. Anatomische (morphologische) Einheit: Sie ist das sich wiederholende Element in einem Körper.
2. Funktionelle Einheit: Sie besitzt eine gewisse Autonomie.
3. Genetische Einheit: Jede Zelle enthält eine genetische Kopie der Information in Form der Desoxyribonukleinsäure (DNA), die einzigartig und charakteristisch für den jeweiligen Organismus ist.

Alle Zellen stammen von anderen Zellen durch vorherige Zellteilung ab.

Arten von Zellen und ihre Bestandteile

Man unterscheidet Prokaryoten und Eukaryoten. Alle Zellen besitzen gemeinsam:

• Plasmamembran: Eine Hülle, die die Zelle umgibt und den Austausch mit der Umwelt reguliert. Einige Zellen besitzen zusätzlich eine Zellwand, die Schutz und Unterstützung bietet.
• Zytoplasma: Eine Flüssigkeit, in der sich verschiedene Strukturen befinden.
• Genetisches Material.

Wichtige Zellorganellen (Eukaryoten)

Das Zytoplasma ist eine Flüssigkeit, in der sich eine Reihe von Strukturen, die zellulären Organellen, befinden:

• Mitochondrien: Produzieren Energie.
• Chloroplasten: Produzieren organische Moleküle durch Photosynthese (nur in Pflanzenzellen).
• Golgi-Apparat: Beteiligt an der Sekretion in der Zelle.
• Endoplasmatisches Retikulum: Produziert notwendige Stoffe.
• Zentrosom: Verantwortlich für die Organisation der Zellteilung.
• Ribosomen: Produzieren Proteine (die einzigen Organellen, die auch in prokaryotischen Zellen vorkommen).
• Lysosomen: Verdauen Nährstoffe.
• Vakuolen: Speichern verschiedene Substanzen.
• Wimpern und Geißeln: Ermöglichen die Bewegung der Zelle oder der umgebenden Flüssigkeit.

Eukaryotische Zellen besitzen zudem ein Zytoskelett, bestehend aus Fasern und Röhrchen, das die innere Struktur stützt und die Form der Zelle bestimmt.

Genetisches Material und Zelltypen im Vergleich

Das genetische Material besteht aus einem oder mehreren DNA-Molekülen und trägt die genetische Information des Organismus.

• Prokaryotische Zellen: Sind klein und einfach. Das genetische Material ist im Zytoplasma verteilt.
• Eukaryotische Zellen: Sind größer und komplexer. Das genetische Material befindet sich in einer Struktur namens Zellkern, der durch die Kernmembran vom Zytoplasma getrennt ist.

Eukaryotische Zellen können weiter unterteilt werden:

1. Tierische Zellen: Charakteristisch für Tiere und Protozoen.
2. Pflanzliche Zellen: Vorhanden in Algen und Pflanzen.

2. Die Funktion der Ernährung und der Stoffwechsel

Die Ernährung ist die Aufnahme von Nährstoffen, die Lebewesen benötigen, um Energie und Materie für das Leben, Wachstum und die Erhaltung zu gewinnen. Dies geschieht durch eine Reihe von chemischen Reaktionen.

Der Stoffwechsel

Die Gesamtheit dieser chemischen Reaktionen wird als Stoffwechsel bezeichnet. Er gliedert sich in zwei Hauptprozesse:

• Katabolismus (Abbau): Reaktionen, bei denen Energie für die zelluläre Arbeit gewonnen wird.
• Anabolismus (Aufbau): Synthesereaktionen oder die Bildung von Molekülen für Struktur, Funktion oder Speicherung.

Nährstoffe werden entweder direkt über die Zellmembran oder Zellwand aufgenommen (z. B. bei Algen, Bakterien und Protozoen), über Wurzeln oder Blätter (bei Pflanzen) oder über einen Verdauungstrakt (bei Tieren). Nicht verwertete Nährstoffe werden durch Stuhlgang oder Ausscheidung ausgeschieden.

Arten der Ernährung

Die Art der Ernährung kann autotroph oder heterotroph sein:

• Autotroph: Organismen, die anorganische Nährstoffe (Moleküle ohne Energie) nutzen und die notwendige Energie aus externen Quellen (meist der Sonne) beziehen, um organische Moleküle aufzubauen. Beispiele sind Algen und Pflanzen.
• Heterotroph: Organismen, die energiereiche organische Moleküle als Nährstoffe aufnehmen, die dann im Stoffwechsel genutzt werden, um Energie zu gewinnen oder größere Moleküle zu bilden. Beispiele sind Protozoen, Pilze und Tiere.

3. Pflanzenernährung und Photosynthese

Pflanzen nehmen Wasser und Mineralsalze über die Wurzeln sowie Kohlendioxid über die Blätter auf. Wasser und Salze (der sogenannte Rohsaft) werden durch die Leitgefäße (Xylem) zu den grünen Teilen der Pflanze transportiert.

Pflanzen ohne spezialisierte Leitgefäße nehmen Nährstoffe direkt über ihre gesamte Struktur auf. Kohlendioxid wird über die Spaltöffnungen aufgenommen. Die produzierten organischen Moleküle (Assimilate) werden über das Kanalsystem der Siebröhren (Phloem) transportiert.

Der Prozess der Photosynthese

Die Photosynthese findet in den Chloroplasten statt, den charakteristischen Organellen der Pflanzenzellen. In den Chloroplasten befindet sich das Pigment Chlorophyll, das die grüne Farbe verleiht und Lichtenergie einfängt.

Die Photosynthese ist der Prozess, bei dem Organismen energiereiche organische Moleküle (wie Glukose) aus energiearmen anorganischen Stoffen synthetisieren, wobei die Energie durch Sonnenlicht bereitgestellt wird. Während dieses Prozesses wird Sauerstoff freigesetzt.

Die Bedeutung der Photosynthese

Es wird angenommen, dass vor etwa 2,8 Milliarden Jahren Cyanobakterien begannen, Sauerstoff zu produzieren und dadurch die Erdatmosphäre veränderten.

4. Tierische Ernährung (Heterotrophie)

Tiere sind heterotroph und nehmen Nahrung auf, um Nährstoffe zu extrahieren. Hierfür sind verschiedene Organsysteme beteiligt:

• Verdauungstrakt: Verdaut die Nahrung, extrahiert Nährstoffe und gibt sie in den Kreislauf ab.
• Kreislaufsystem: Transportiert Stoffe zur Ernährung der Zellen und sorgt für die Ausscheidung von Abfallstoffen.
• Atmungssystem: Liefert den Zellen den benötigten Sauerstoff und scheidet Kohlendioxid aus.
• Ausscheidungssystem: Konzentriert und entfernt Abfallstoffe.

Spezielle Verdauungsmechanismen

Die Aufnahme und Verdauung von Nährstoffen variiert stark zwischen den Tiergruppen:

• Muscheln (Gastropoden): Besitzen im Mund eine Radula, eine zungenartige Struktur mit Zähnen.
• Insekten: Hinter dem Mund befinden sich Speicheldrüsen. Die Nahrung gelangt über die Speiseröhre in den Kropf, wo sie gelagert wird.
• Spinnentiere (Arachniden): Nutzen Cheliceren (Anhängsel), um Beute zu greifen. Sie besitzen oft Giftdrüsen.

(Der Text endet abrupt mit dem unvollständigen Satz über Spinnentiere.)