Entwicklung und anatomische Organisation I

Größe: px

Ab Seite anzeigen:

Download "Entwicklung und anatomische Organisation I"

Friederike Heintze
vor 5 Jahren
Abrufe

Entwicklung und anatomische Organisation I Inhalt: 1. Prinzipieller Aufbau eines Nervensystems 2. Evolutionäre Entwicklung 2.1 Cnidarier: Hydra und Medusen 2.2 Plathelminthen und Nemathelminthen: C.

1 Entwicklung und anatomische Organisation I Inhalt: 1. Prinzipieller Aufbau eines Nervensystems 2. Evolutionäre Entwicklung 2.1 Cnidarier: Hydra und Medusen 2.2 Plathelminthen und Nemathelminthen: C. elegans 2.3 Mollusken: Aplysia und Octopus 2.4 Arthropoden: Drosophila 3. Musterbildung bei Drosophila Literatur: Kandel ER, Schwartz JH, Jessell TM. Principles of neural science. New York: McGraw-Hill *** ( 77, pp.) Kahle, W. Taschenatlas der Anatomie. Band 3: Nervensystem und Sinnesorgane. Stuttgart: Thieme *** ( 29, pp.)

2 Prinzipieller Aufbau eines Nervensystems Nervensystem = Gesamtheit der Nervenzellen Sensorischer Eingang (Input) Motorischer Ausgang (Output) Verarbeitung der Information (Integration) (Campbell, Biologie) Sensorischer Eingang Verarbeitung der Information Motorischer Ausgang

3 Niedrigste Organismen mit einem erkennbaren Nervensystem: Cnidarier ( Nesseltiere ) Unterscheidung in Polypen: sessile Form des Cnidarierbauplans z.b. Hydra Medusen (Quallen): freischwimmende Form des Cnidarierbauplans z.b. Aurelia aurita Hydra Aurelia aurita (Ohrenqualle)

4 Nervensystem der Cnidarier Diffuses Nervensystem ( Nervenplexus ) (kein zentrales Nervensystem) als alleiniges Nervensystem ( innere Organe bei höheren Organismen) - Einbettung ohne besondere Bindegewebshülle in das Gewebe - Nervenzellen nicht myelinisiert (wie postganglionäre Neurone des autonomen Nervensystems) - Erregung breitet sich mit starker Verzögerung aus - Fortsätze nicht in Axone oder Dendriten unterscheidbar; Synapsen sind z.t. symmetrisch zwischen den Nervenzellen ausgebildet

5 Hydra Hydra Einfachstes Nervensystem: Hydra Modellsystem Reaktion auf mechanische, chemische (z.b. Glutathion) und elektrische Reize sowie Licht- und Temperaturwechsel Erregungsübertragung durch Neuropeptide (keine klassischen Neurotransmitter) >12 Neuropeptide mit Transmitterfunktion Medusen Aurelia aurita (Ohrenqualle) Etwas komplexeres Nervensystem als bei Hydra Ansätze einer funktionellen Trennung

Funktionelle Trennung der Nervensysteme bei Medusen - Netz aus multipolaren Nervenzellen unmittelbar unter dem ektodermalen Oberflächenepithel in Verbindung mit Sinneszellen ( exumbrellarer

6 Funktionelle Trennung der Nervensysteme bei Medusen - Netz aus multipolaren Nervenzellen unmittelbar unter dem ektodermalen Oberflächenepithel in Verbindung mit Sinneszellen ( exumbrellarer Nervenring ): sensorische Funktion (6: Rhopalium: Sinneskolben ) - Zweites Nervennetz mit bipolaren Neuronen, die der Ring- und Radiärmuskulatur aufliegen und mit ihm in Verbindung stehen ( subumbrellarer Nervenring ): elektrisch gekoppelte Nervenzellen (3: Ringmuskulatur, 5: Radiärmuskulatur) Verbindung zwischen beiden Nervenringsystemen Getrennte Koordination von Schwimm- und Freßbewegungen

Niedrigste Organismen mit einem klar definierten Zentralnervensystem: Plathelminthen und Nemathelminthen Ausbildung von Bilateralsymmetrie Kopfbildung

7 Niedrigste Organismen mit einem klar definierten Zentralnervensystem: Plathelminthen und Nemathelminthen Ausbildung von Bilateralsymmetrie Kopfbildung (Cephalisation) Konzentration von sensorischen Strukturen am Kopfende Verdichtung von Nervenzellen am Kopfende: Zerebralganglion (Oberschlundganglion, Gehirn)

8 Zentralnervensystem der Plathelminthen und Nemathelminthen Ausbildung eines Markstranges Markstrang bildet Übergang zwischen diffusem und zentralisiertem Nervensystem: Nervenzellen ordnen sich zu strangartigen Verbänden an, die Zellkörper sind aber noch nicht ausschließlich auf Ganglien beschränkt

9 C. elegans als Modellorganismus zur Entwicklung des Nervensystems Nervenzellen mit genau definierter Herkunft, 118 Klassen - Vollständige elektronenmikroskopische Rekonstruktion des Nervensystems (Brenner und Mitarbeiter Nobelpreis 2002)

10 Zentralnervensystem der Mollusken (Weichtiere): Hohe Komplexität Spektrum von relativ einfachen Zentralnervensystemen (ähnlich den Plathelminthen) bis zu den höchstentwickelten Nervensystemen der Evertebraten (Cephalopoden (Kopffüßler), z.b. Octopus) Modellsystem mit relativ einfachem Zentralnervensystem: Meeresnacktschnecke Aplysia californica Etwa 20,000 ZNS Neurone

11 Zentralnervensystem der Mollusken (Weichtiere): Hohe Komplexität Spektrum von relativ einfachen Zentralnervensystemen (ähnlich den Plathelminthen) bis zu den höchstentwickelten Nervensystemen der Evertebraten (Cephalopoden (Kopffüßler), z.b. Octopus) Modellsystem mit relativ einfachem Zentralnervensystem: Meeresnacktschnecke Aplysia californica Etwa 20,000 ZNS Neurone Organisiert in separaten Ganglien

Aplysia: Aufklärung der zellulären Mechanismen einfacher Formen des impliziten Lernens (Kiemenrückzugsreflex): - Habituation - Sensitisierung - klassische Konditionierung kond.

12 Aplysia: Aufklärung der zellulären Mechanismen einfacher Formen des impliziten Lernens (Kiemenrückzugsreflex): - Habituation - Sensitisierung - klassische Konditionierung kond. Reiz: Reizung des Siphon unkond. Reiz: elektrischer Schlag am Schwanz Operante Konditionierung (ein ursprünglich unbedeutendes Spontanverhalten kann durch Belohnung oder Bestrafung bevorzugt/vermieden werden) in Aplysia? Hawkins, R.D., Clark, G.A., Kandel, E.R. (2006) Operant conditioning of gill withdrawal in Alysia, J. Neurosci. 26: Aplysia wurde beigebracht, seine Kiemen kontrahiert zu lassen, um einen elektrischen Schock zu vermeiden

Zentralnervöse Ganglien werden als Loben (>30) bezeichnet, die zusammen das Gehirn bilden und von einer Knorpelkapsel umschlossen

13 Zentralnervensystem der Mollusken (Weichtiere): Octopus Hochentwickeltes Nervensystem (etwa 42 Mio. Nervenzellen im Gehirn) Gutes Lernvermögen Komplexes Verhalten hochgradig visuell gesteuert Periphere und zentralnervöse Ganglien Zentralnervöse Ganglien werden als Loben (>30) bezeichnet, die zusammen das Gehirn bilden und von einer Knorpelkapsel umschlossen sind Chemotaktile und visuelle Zentren sind weitgehend getrennt und bestehen jeweils aus vier Loben beide Systeme sind in hohem Maße an Lernen und Gedächtnisvorgängen beteiligt

14 Zentralnervensystem der Arthropoden (Gliederfüßler): Segmentiertes ZNS Unterteilung der Arthropoden in - Chelicerata (Spinnenartige) - Crustacea (Krebse) - Tracheata (Tausendfüßler und Insekten) Konzentration auf Insekten (Insecta) als experimentell wichtigster und artenreichster Gruppe ZNS besteht aus Gehirn (Oberschlundganglion) und Bauchmark

15 Entwicklung eines komplexen mehrteiligen Gehirns aus stark fusionierten zerebralen Ganglien (enthält etwa 90% der Neurone des ZNS) Komplexe Feinstruktur aus Zellkörperregionen ( Kerne), Faserbündelarealen ( Bahnen), multiplen Neuropilzentren (Netzwerk aus Nervenfasern und Gliazellfortsätzen) Spezialisierung der einzelnen Gehirnbereiche für Informationsverarbeitung aus einzelnen sensorischen Organen Anatomische Unterteilung des Gehirns in drei Teile: Proto-, Deuto- und Tritocerebrum

16 Protocerebrum: zwei Hemisphären, die seitlich in die optischen Loben übergehen, enthält Zentralkörper (vermutlich motorische Kontrolle) und paarige Pilzkörper (multimodales Integrationszentrum zur Koordination olfaktorischer und visueller Erregung)

17 Deutocerebrum: Ursprung der Antennennerven mit einem sensorischen und motorischen Anteil olfaktorische und mechanosensorische Rezeptorneurone enden in unterschiedlichen Gebieten des Deutocerebrums: topische Organisation Tritocerebrum: Innervation der Kopfoberfläche, Ursprung der Frontalkonnektive

18 Bauchganglienkette besteht aus - Unterschlundganglion - Thorakalganglien (meist 3) und - Abdominalganglien (embryonal 11 angelegt von denen nicht alle persistieren Ganglienkette enthält efferent projizierende Motoneurone und afferente sensorische Fasern

19 Bildung der Bauchganglienkette ist Modellsystem für axonale Wegfindung: Pionierneurone legen die Fasertrakte der Kommissuren (Querverbindungen) und Konnektiven (Längsverbindungen) an

20 Musterbildung: Die Regionalisierung des Nervensystems Mechanismen der Regionalisierung: 1. Segmentierung: Unterteilung der Neuralröhre in axial-wiederholte, modulartige Einheiten (Neuromere) Grundlage: differentielle Genaktivität Segmentierungsgene 2. Bestimmung der anatomischen Identität der einzelnen Segmente: Entdeckung der sogenannten homöotischen Gene in Drosophila (in homologer Form auch in Vertebraten) als Regulatorgene Mutationen der homöotischen Gene führen zu Musterbildungsanomalien

21 Homöotische Gene in Vertebraten Bei Vertebraten haben homöotische HOX -Gene vergleichbares räumliches Expressionsmuster wie bei Drosophila Menschen haben 39 HOX-Gene, die in 4 Klustern organisiert sind und eine wichtige Rolle bei der Entwicklung des ZNS, des Skeletts, der Gliedmaßen und verschiedener innerer Organe spielen Einige Fehlbildungen der Gliedmaßen sind auf Mutationen der HOX- Gene zurückzuführen (Goodman (2002) Limb malformations and the human HOX genes. Am. J. Med. Genet. 112: )

Ähnliche Dokumente

Vorlesung Neuro- und Sinnesphysiologie WS 07/08

Vorlesung Neuro- und Sinnesphysiologie WS 07/08 16.10 Das Neuron, Invertebraten NS MK 23.10 Vertebraten NS MK 30.10 Membranpotential Aktionspot., Erregungsleitung MK 6.11 Synapsen 1 MK 13.11 Synapsen 2