Welche Autapomorphien kennzeichnen die Metazoa?
Die Metazoa sind durch zahlreiche abgeleitete Merkmale gut als monophyletische Gruppe begründet:
Vielzelligkeit, Zell-Zell-Verbindungen, eine extrazelluläre Matrix mit Kollagen, Trennung von somatischen (diploid) und generativen (haploid) Zellen, der einheitliche Bau der Spermien mit Kopf (Akrosom und Zellkern), Mittelstück (Mitochondrien und Centriolen) und Flagellum (Cilium mit typischem 9 + 2-Mikrotubuli-Aufbau).
Was sind Reticulopodien? Bei welcher Gruppe treten sie auf?
Reticulopodien sind ein Typ von Pseudopodien, welche bei Foraminiferen auftreten und durch ihre Vernetzung charakterisiert sind (Name!). Sie dienen der Fortbewegung, dem Beutefang und der Phagocytose.
Was versteht man unter Zoochlorellen?
Als Zoochlorellen werden einzellige, unbegeißelte Vertreter der Chlorophyta bezeichnet, die endosymbiontisch in anderen Protisten oder Wirbellosen (z.B. in Hydra viridissima, einem Süßwasserpolypen) leben.
Welche Gruppen gehören zu den Archaeplastida? Was kennzeichnet dieses Taxon?
Das Monophylum Archaeplastida umfasst die Gruppen Glaucocystophyta, Rhodophyta und Plantae. Gemeinsames Merkmal sind die Plastiden, die auf eine primäre Endosymbiose mit einem Cyanobakterium zurückgehen. Die Zellwand enthält meist Cellulose, als Speicherstoff fungiert Stärke. Die mitochondrialen Cristae der Archaeplastida sind abgeflacht.
Welche spezielle Form der Vermehrung tritt bei Diatomeen auf? Erläutern Sie!
Diatomeen-Zellen sind aufgebaut aus Epi- und Hypotheka, die wie zwei unterschiedlich große Petrischalen ineinander geschoben sind. Bei der Zellteilung wird jeweils der kleinere Teil der Schale ergänzt. Dies führt zu einer Volumenverkleinerung. Wird eine kritische Größe erreicht, werden durch Meiose entweder 4 Spermatozoiden oder eine Eizelle gebildet. Es kommt zur Syngamie und zur Auxosporenbildung. Daraus entsteht schließlich eine Kieselalgenzelle mit Epi- und Hypotheka.
Erläutern Sie den Begriff heterokont!
Der Begriff heterokont bezieht sich auf die zwei verschiedengestaltigen Geißeln, die bei den meisten Vertretern der Heterokonta zumindest in einem Lebensstadium auftreten.
Was ist der Apikalkomplex der Apikomplexa? Welche Lebensweise lässt sich für die Apikomplexa aus seiner Funktion schließen?
Der namensgebende Apikalkomplex der Apikomplexa besteht aus dem Conoid, dem Polringkomplex und den Rhoptrien (zwei flaschenförmige Sekretionsorganelle) und befindet sich im Bereich der vorderen Zellspitze (Apex). Der Apikalkomplex ist bei Sporozoiten sowie Merozoiten ausgebildet. Er dient dem Eindringen in die Wirtszelle. Fast alle Vertreter der Apikomplexa leben also endoparasitisch.
Erläutern Sie kurz die ökologische Bedeutung von Dinoflagellaten! Gehen Sie dabei auf Massenvermehrung und deren Auswirkung ein!
Dinoflagellaten stellen im Süßwasser und v.a. im Meer einen großen Teil des Phytoplanktons; sie sind also wichtige Primärproduzenten. Viele phototrophe Arten leben endosymbiontisch in Vetretern verschiedener systematischer Gruppen (z.B. Foraminiferen, Steinkorallen). Auch als Ekto- oder Endoparasiten spielen Dinoflagellaten eine große Rolle. Manche Arten (z.B. Noctiluca) sind zur Biolumineszenz befähigt. Bei günstigen Umweltbedingungen kann es zu Massenvermehrungen kommen. Die Biolumineszenz ist dann als Meeresleuchten sichtbar. Auch die "Rote Tide" basiert auf Massenvermehrung von Dinoflagellaten. Da manche Arten Saxitoxine produzieren, spricht man bei deren Massenvermehrung von "Giftalgenblüte". Filtrierer wie Muscheln oder Krebstiere nehmen diese Gifte auf. Bei Konsum dieser Tiere können die Gifte auch für den Menschen gefährlich werden.
Was ist ein Dinokaryon? Bei welcher Gruppe tritt er auf?
Als Dinokaryon bezeichnet man den Zellkern der Dinoflagellaten. Das Erbgut ist fast immer haploid und die Chromosomen sind während aller Phasen des Zellzyklus kondensiert. Die für Eukaryoten typischen Histone fehlen meist.
Was ist eine kontraktile Vakuole? Bei welchen Gruppen tritt sie auf?
Kontraktile Vakuolen treten bei Protisten ohne Zellwand und bei einigen Süsswasserschwämmen auf. Normalerweise füllen sie sich langsam mit Flüssigkeit (Diastole), die periodisch ins Außenmedium abgegeben wird (Distole). Sie dienen der Osmoregulation. Sie sind besonders ausdifferenziert bei Ciliaten. In jede Vakuole münden radiär angeordnete Ampullen, die jeweils das Ende eines Sammelkanals darstellen.
Was bedeutet Konjugation bei den Ciliophora? Erläutern Sie ihren Ablauf!
Konjugation ist eine Form der Gamontogamie bei Ciliaten. Vereinfachter Ablauf der Konjugation: Nach der Anlagerung der Konjugationspartner kommt es zu jeweils zwei meiotischen Teilungen der Mikronuclei und parallel dazu zu einer Auflösung der Makronuclei. Je sieben der acht entstandenen Mikronuclei degenerieren, der übrig gebliebene teilt sich mitotisch in Wanderkern und stationären Kern. Die Wanderkerne der Konjugationspartner werden ausgetauscht und fusionieren mit den stationären Kernen des Partners. Aus diesem Synkaryon entstehen nach einer weiteren mitotischen Teilung die "neuen" Mikro- und Makronuclei. Die Konjugationspartner trennen sich.
Welche Autapomorphien der Ciliophora kennen Sie?
Zu den Autapomorphien der Ciliophora zählen zahlreiche, in Reihen angeordnete, kurze Cilien, eine komplexe Cortex-Struktur, Kerndimorphismus (Mikro- und Makronuclei) und Konjugation als sexueller Vorgang.
Welche Gruppen gehören zu den Alveolata? Welches gemeinsame Merkmal kennzeichnet sie?
Zu den Alveolata zählt man Ciliophora, Dinoflagellata und Apikomplexa sowie einige kleinere Gruppen (Perkinsozoa, Colpodellidae). Alle besitzen ein pelliculäres Vakuolensystem, welches bei den einzelnen Gruppen jedoch unterschiedlich ausgeprägt ist: als Alveolen bei den Ciliophora, als Amphiesmata bei den Dinoflagellaten und als innere Membrankomplexe bei den Apikomplexa. All diese Strukturen werden als homolog zueinander betrachtet.
Was ist ein Kinetoplast?
Der Kinetoplast ist ein besonders großes Mitochondrium mit einem DNA-reichen Abschnitt. Dieser befindet sich in der Nähe der Basalkörper der Geißeln. Die DNA ist in Form von vernetzten Mini- und Maxiringen organisiert.
Welche Vertreter der Kinetoplasta sind humanpathogen? Erläutern Sie den Entwicklungszyklus eines dieser Vertreter!
Humanpathogene Vertreter der Kinetoplasta sind z.B. Leishmania donovani (Kala- Azar / Eingeweideleishmaniose), Leishmania brasiliensis (Haut- und Schleimhautleishmaniose), Trypanosoma brucei (Schlafkrankheit) und Trypanosoma cruzi (Chagas-Krankheit). Entwicklungszyklus von Trypanosoma brucei: Beim Stich einer infizierten Tsetse-Fliege gelangen mehrere 100 metazyklische Trypanosomen in den Körper. In der lokalen Phase (1-4 Wochen) verbleiben die Trypanosomen in den Interzellularräumen an der Einstichstelle. In der Blutphase (mehrere Monate) dringen die Trypanosomen in das Blut ein und entwickeln sich zu dem für die Fliege infektiösen Stadium. Anschließend werden auch Lymphdrüsen und der Liquor cerebrospinalis befallen (Liquorphase). Im Mitteldarm der Fliege entwickeln sich prozyklische trypomastigote Formen, die die Darmwand durchbrechen und als mesozyklische trypomastigote Formen in den ektoperitrophen Raum wandern. In den Speicheldrüsen der Fliege wandeln diese sich schließlich zu den für den Menschen infektiösen Formen.
Beschreiben Sie den Aufbau eines typischen Vertreters der Euglenida!
Die einzelligen Euglenida besitzen zwei unterschiedlich gestaltete Geißeln: eine Zug- oder Schwimmgeißel (mit feinen, haarähnlichen Anhängen, den Mastigonemen) sowie eine Schleppgeißel (häufig reduziert). Am Fuße der Geißeln sitzt ein Stigma zur Photorezeption. Die Plastiden (wenn vorhanden) besitzen drei Hüllmembranen. Unter der Cytoplasmamembran sitzen Proteinplatten, die spiralförmig angeordnet sind und sich dachziegelartig überlappen.
Naegleria fowleri und andere Vertreter der Heterolobosea bilden verschiedene Lebensstadien aus. Nennen Sie diese und erläutern Sie, wovon ihre Ausbildung abhängig ist!
Naegleria fowleri besitzt einen amöbenartigen Habitus. Die Ausbildung anderer Lebensstadien wird durch plötzliche Milieuänderungen ausgelöst. Bei Änderung der Temperatur oder des Salzgehaltes kommt es zur Ausbildung von Geißeln (Flagellenstadium). Die Fortbewegung in ein günstigeres Medium wird somit begünstigt. Bei Nahrungsmangel oder Trockenheit werden Cysten zur Überdauerung gebildet.
Welche Argumente sprechen für und gegen die Existenz biogeografischer Verbreitungsmuster einzelliger Eukaryota?
Einzellige Eukaryoten werden durch ihre geringe Größe, ihre Häufigkeit und ihre Fähigkeit, Dauerstadien zu bilden sehr leicht durch Wind, Wasser und wandernde Tiere verbreitet. Sie sollten deshalb überall zu finden sein, wo sie geeignete Lebensbedingungen vorfinden. Generell findet man bei Protisten in lokalen Regionen einen wesentlich höheren Anteil an auf der ganzen Erde bekannten Arten als bei makroskopischen Arten. Andererseits evolvieren Protisten oft im engen ökologischen Kontext mit Makroorganismen (z.B. Ciliophora im Rinderpansen), die biogeografische Musterbildung nahe legen.
Welche Großgruppen von Eukaryoten kennen Sie?
Aufgrund von Multigen-Sequenz- sowie Genstrukturvergleichen unterscheidet man heute sechs Großgruppen der Eukaryota: Excavata, Rhizaria, Chromalveolata, Archaeplastida, Amoebozoa und Opisthokonta.
Was bedeutet sekundäre und tertiäre intertaxonische Rekombination? Ordnen Sie jeweils Organismengruppen zu!
Sekundäre intertaxonische Rekombination ist die Fusion plastidenloser mit plastidenhaltigen Einzellern. Die Plastiden wurden über eine einzellige Grünalge (Euglenozoa und Cercozoa) oder eine einzellige Rotalge (Chromista, Alveolata) aufgenommen. Tertiäre Rekombination bedeutet die Fusion von Haptomonaden (welche bereits sekundäre Plastiden besaßen) mit heterotrophen Dinoflagellaten.
Was versteht man unter der "Du bist was du isst"- Hypothese? Nennen Sie drei weitere Hypothesen zur Evolution der Eukaryotenzelle!
Die "Du bist was du isst"-Hypothese beschreibt die Evolution der Eukaryota aus einer Gemeinschaft primitiver Zellen, zwischen denen horizontaler Gentransfer stattfand. Nachdem eine Gruppe (die Vorläufer der Eukaryoten) die Phagocytose "erfand", verstärkte sich der Gentransfer in diese Richtung. Als eine kritische zelluläre Organisationshöhe erreicht war, begann die vertikale Vererbung an Bedeutung zu gewinnen. Weitere Hypothesen zur Evolution der Eukaryotenzelle sind die Phagotrophie-Hypothese (Archaea als Schwestergruppe der Eukaryoten), die Chronocyten-Hypothese (Chronocyte als Vorläufer der Eukaryotenzelle) und die Wasserstoff-Hypothese (Eukaryotenzelle aus Symbiose von Archaeon und Bakterium entstanden).
Was sind Hydrogenosomen? Aus welchen Strukturen sind sie vermutlich entstanden? Bei welchen Vertretern findet man sie?
Hydrogenosomen sind Zellorganellen, die der ATP-Synthese unter anaeroben Bedingungen dienen. Man findet sie in Einzellern in anoxischen Lebensräumen z.B. Termitendarm oder Rinderpansen. Hydrogenosomen entstanden wahrscheinlich mehrfach unabhängig aus Mitochondrien.
Warum sind die Protisten ein paraphyletisches Taxon?
Die Gruppe der Protisten ist nur durch ein einziges, plesiomorphes Merkmal gekennzeichnet - die Einzelligkeit. Nicht alle Nachfahren der Stammlinie der Protisten sind in die Gruppe eingeschlossen; sie ist somit paraphyletisch.
Durch welche Merkmale sind die Eukaryota als Monophylum gekennzeichnet?
Abgeleitete Merkmale der Eukaryota sind z.B. ein Endomembransystem mit einer Kernhülle aus zwei Membranen, in Chromosomen organisierte, lineare DNA-Moleküle, Nucleus-spezifische Proteine wie Transkriptionsfaktoren und Kernporenproteine, ein Cytoskelett aus Mikrotubuli und Mikrofilamenten, Clathrin und Clathrin-assozierte Proteine, vakuoläre ATPasen, Signalproteine wie Calmodulin sowie GTP-Bindungsproteine und Zellzyklus-Kontrollproteine.
