Die Zelle 1. Einzellige Tiere

Transkript

1 Die Zelle 1. Einzellige Tiere Ein Film von Eckhard Huber & Georg Schimanski Beitrag: Hans Deuter & Hans Hanrieder Inhalt Zwei Schüler angeln am Teich. Der eine hat schon einige Fische gefangen, der andere scheint leer auszugehen. Doch er wettet mit seinem Freund, dass er weitaus mehr Beute gemacht hat, als es den Anschein hat. Unter dem Mikroskop werden Lebensgemeinschaften sichtbar Zu Hause wollen die beiden Jungs ihre Wette einlösen. Unter dem Mikroskop entdecken sie zahlreiche Lebewesen in einem Wassertropfen. Besonders auffällig sind die Pantoffeltierchen. Man erkennt den einfachen Aufbau dieser Einzeller, verfolgt ihre Nahrungsaufnahme und sieht, wie ein Pantoffeltierchen von einem anderen Einzeller, einer Amöbe, gefressen wird. Ein weiteres Pantoffeltierchen verlängert sich merkwürdig und schnürt sich ein, bis zwei Zellen daraus geworden sind. In der evolutionären Sackgasse bleiben sie nicht An einer Vielfalt anderer Einzeller lässt sich erkennen, wie sich schon diese primitiven Lebewesen auf bestimmte Ernährungsweisen und Lebensräume spezialisiert haben. Beispiele sind Vasentierchen, Moostierchen, Trompetentierchen oder Blumentierchen. Wieder andere Einzeller wie Rädertierchen und Gallertwimpertierchen haben sich zu Zellverbänden zusammengeschlossen. Fakten Das Pantoffeltierchen Im Wasser von Teichen oder Tümpeln, aber auch schon in einem Aufguss von Heu, findet man stets eine Unzahl von kleinsten Tieren und Pflanzen. Viele davon sind allerdings so winzig, dass sie mit bloßem Auge kaum wahrzunehmen sind. Besonders auffällig sind die Pantoffeltierchen. Ihren Namen haben sie von ihrer Form. Normalerweise schwimmen sie viel zu schnell, als dass Bayerischer Rundfunk 1

2 man Einzelheiten ihres Körpers erkennen könnte. Erst an ermüdeten Tieren können wir Bau und Verhalten studieren. Pantoffeltierchen bestehen nur aus einer Zelle. Zellen sind die kleinsten lebensfähigen Einheiten der Tier- und Pflanzenwelt. Der auffällige dunkle Fleck ist der Zellkern, das Steuerzentrum des Tierchens. Für die Beseitigung von überschüssigem Wasser aus der Zelle sorgen zwei Bläschen. Wie zwei Pumpen füllen und leeren sie sich fortwährend. Mit Hilfe der Wimpern, winziger Härchen auf der Zelloberfläche, bewegt sich das Tierchen fort. Das winzige, nur drei Zehntel Millimeter lange Pantoffeltierchen ist fähig, Reize aus seiner Umwelt zu registrieren, sich selbständig fortzubewegen, sich zu verteidigen und zu vermehren. In einer einzigen Zelle sind alle Fähigkeiten eines vollständigen Organismus vereinigt. Pantoffeltierchen fressen Algen, Bakterien und andere Kleinlebewesen. An nahrungsreichen Stellen finden sie sich in großen Ansam m l u ngen. Besonders ergiebig sind vermodernde Pflanzenreste. Die Tierchen sind elastisch beweglich und können so in die feinsten Spalträume vordringen. Mit dem Schlag der Wimpern lösen sie Bakterien und kleine Algen ab und strudeln sie mit einem Wasserstrom dem Mundfeld zu. Manche Nahrungsquelle allerdings ist gefährlich. Hier sind es z. B. die Scheinfüßchen einer Amöbe, eines einzelligen Tierchens mit ständig wechselnder Form. Die Amöbe versucht ein Pantoffeltierchen einzufangen, indem sie es mit ihrem Zellplasma umschließt. Die Bewegung ist so langsam, dass das Pantoffeltierchen seine Gefangenschaft erst bemerkt, wenn es kein Entrinnen mehr gibt. Es wird von der Amöbe verdaut. Auch andere Räuber haben die Pantoffeltierchen zum Fressen gern. Die Beute wird unzerkaut in den Magen gewürgt und dort verdaut. Das Sackrädertier besteht fast nur aus einem Mund und einem riesigen Magen. Irgendwann im Leben eines Pantoffeltierchens beginnen sich alle wichtigen Zellbestandteile zu verdoppeln - die Entwässerungsbläschen, das Mundfeld und schließlich auch der Zellkern. Die Zelle beginnt sich einzuschnüren, die verdoppelten Zellorgane werden auf die beiden Hälften verteilt. Die Einschnürung wird stärker. Aus der Mutterzelle bilden sich zwei Tochterzellen. Kein Vorfahre dieser Pantoffeltierchen ist jemals gestorben. Das klingt märchenhaft, denn für uns ist der Tod etwas Unvermeidliches. Pantoffeltierchen und andere Einzeller aber kennen keinen Alterstod. Sie teilen und vermehren sich wieder und wieder. Sind beide Tochterzellen fertig entwickelt, so trennen sie sich. Gelegentlich finden sich in dem Heer von Pantoffeltierchen zwei Zellen zusammen und berühren sich mit ihren Längsseiten. Hier haben sich zwei Tierchen mit ihren Vorderteilen verbunden und legen sich zu einem sexuellen Vorgang zusammen, der Konjugation. Das geschieht immer dann, wenn unter den Tierchen Mangelerscheinungen auftreten und sie zu degenerieren beginnen. Durch eine Plasmaverbindung wird genetisches Material zwischen den Zellen ausgetauscht. So wird das Erbgut durchmischt und anschließend neu aufgeteilt. Wenn sich die beiden Tiere später wieder trennen, trägt jedes Gene des anderen in sich, ihr Erbmaterial ist aufgefrischt worden. Die Konjugation ist aber keine notwendige Voraussetzung zur Teilung und Erzeugung von Nachkommen. Wie aber reagiert ein Pantoffeltierchen, wenn das Nahrungsangebot knapp wird, oder das Gewässer in dem es lebt, auszutrocknen beginnt? Das Tierchen krümmt sich zusammen und verfällt in eine eigentümliche Drehbewegung. Die Zellen nehmen allmählich eine kugelförmige Gestalt an und alle Stoffwechselvorgänge verlangsamen sich auf einen winzigen Bruchteil - das Leben wird auf Sparflamme Bayerischer Rundfunk 2

3 geschaltet. Die Zelle bildet eine feste Schale - es entsteht eine Zyste. In dieser stabilen Form ist das Leben des Pantoffeltierchens konserviert. Trockenheit, Frost oder Hitze können ihm nichts mehr anhaben, bis es schließlich mit dem Wind in ein anderes Gewässer gelangt und dort zu neuem Leben erwacht. Die Form gab dem Pantoffeltierchen den Namen. Sein pantoffelförmiger Zelleib ist etwa 0,3 mm lang. Der Körper ist von unzähligen Wimpern umgeben. Mit ihrer Hilfe bewegt es sich im Wassertropfen bis zu 10 Meter in der Stunde. Mit den Wimpern fächert sich das Pantoffeltierchen die Nahrung zu. Die gesamte Nahrung, Algen, Bakterien u. a.. wird durch die Fächerung in den Zellmund hineingestrudelt. Sie wird im Zellinneren von Nahrungsvakuolen oder Nahrungsbläschen eingeschlossen. Säfte besorgen die Verdauung. Unverdauliches wird an einer ganz bestimmten Stelle, dem Zellafter, aus der Zelle gestoßen. Ein Pantoffeltierchen verspeist stündlich bis Bakterien. Mit Hilfe von Vakuolen, die sich ständig zusammenziehen und wieder ausdehnen, d. h. pulsieren, wird das in der Zelle überschüssige Wasser abgepumpt und nach außen gestoßen. Groß- und Kleinkern sind gewissermaßen das Gehirn des Tierchens. Sie steuern den Stoffwechsel und sind für die Vermehrung von Bedeutung. Seine Vermehrung geschieht durch eine einfache Querteilung. Dabei teilen sich Kerne und Zelleib, alle wichtigen Organe werden verdoppelt. Andere tierische Einzeller im Plankton Neben den Pantoffeltierchen bietet der sommerliche Weiher auch einer Vielzahl von anderen Tieren und Pflanzen den nötigen Lebensraum - vielzelligen, wie Fischen oder Teichrosen, aber auch Milliarden von einzelligen Mikroorganismen. Oft nehmen die winzigen Lebewesen so stark an Anzahl zu, dass sie das Wasser trüben - man sagt, das Wasser "blüht". Lange hält diese Vermehrung meist nicht an. Viele Kleintiere haben sich auf die neue Nahrungsquelle eingestellt. Die Kleinstlebewesen des freien Wassers bezeichnet man als Plankton. Plankton ist keine einheitliche Masse, es besteht aus Tieren und Pflanzen verschiedenster Art. Der Herzflagellat z. B. ist ein einzelliges Urtierchen, das sich von winzigen Algen und Bakterien ernährt. Die Vasentierchen bestehen jeweils nur aus einer einzigen Zelle: Sie sind sesshaft und strudeln sich ihre Nahrung durch Wimpern an die Mundöffnung zu. Auch das rote Trompetentierchen lebt von kleinsten Schwebeteilchen im Wasser. Der Schlag der Wimpern strudelt die Teilchen an die Mundöffnung. Unbrauchbare Partikel werden abgestoßen. Die blauen Trompetentierchen sind gesellig. Die Nachkommen lassen sich meist in unmittelbarer Nähe der Eltern nieder. So entstehen ganze Rasen dieser hauchzarten Gebilde. Auch sie sind Einzeller, allerdings mit einer Besonderheit - jedes Tier hat neun Zellkerne. Immer wieder wandert ein Tier ab, um anderswo eine neue Kolonie zu gründen. Hin und her taumelnd versuchen sie möglichst viel Wasser und damit auch Nahrung in ihrer Umgebung aufzuwirbeln. Kolonien von tierischen Einzellern Wie Blütenbüsche schweben die Kolonien des Strauchglockentierchens im Wasser. Jedes Glöckchen ist eine selbständige Zelle. Alle Zellen einer Kolonie stehen aber untereinander in einem Informationskontakt. Der Hunger zwingt sie immer wieder zur gemeinsamen Entfaltung ihrer Glöckchen, um Nahrung herbeizustrudeln. Zwischen den Glockentierchen lassen sich andere Einzeller, z. B. auch Rädertierchen, nieder. Hier lässt es sich gut leben, denn man kann an der Nahrung teilhaben, die die Glockentierchen herbeischaffen. Ein Ruderfußkrebschen mit blinden Passagieren. Glockentierchen lassen sich von ihm spazieren tragen. Auf diese Weise kommen sie immer wieder in neue Nahrungsgebiete. Das ist noch sicherer, als an einem festen Ort auf die Nahrung zu Bayerischer Rundfunk 3

4 warten. Auch in der Kolonie der Glockentierchen ist eigentlich jedes einzelne Tier zur Teilung und damit zur Bildung einer neuen Kolonie fähig. Sie überlassen diese Aufgabe aber speziell ausgebildeten größeren Zellen. In reifem Zustand werden diese Zellen entlassen und sie bilden neue Tochterkolonien. In der Zellkolonie der Glockentierchen haben die Einzeller zugunsten des organisierten Nahrungserwerbs einen Teil ihrer Selbständigkeit und damit auch ihre individuelle Unsterblichkeit aufgegeben - ein erster Schritt zur Entwicklung der vielzelligen Lebewesen. Didaktische Hinweise Die Sendung ist für Schüler ab der 8. Jahrgangsstufe der Hauptschulen und der entsprechenden Jahrgangsstufen von Realschulen und Gymnasien bestimmt. Lernziele Die Schülerinnen und Schüler sollen über das Vorkommen von vielfältigen Lebewesen im Wassertropfen informiert werden; die besonders auffälligen Pantoffeltierchen kennen lernen; den einfachen Aufbau dieser Einzeller und ihre Nahrungsaufnahme beschreiben; die Vermehrung der Einzeller bis zu zwei Zellen verstehen; über die Spezialisierung auf bestimmte Ernährungsweisen (Amöbe, Vasentierchen, Moostierchen, Trompetentierchen, Blumentierchen) Bescheid wissen; den Zusammenschluss anderer Einzeller zu Zellverbänden (Rädertierchen, Gallertwimpertierchen, Strauchglockentierchen) begreifen. Anregungen Vom Inhalt her bietet sich die Aufteilung der Sendung in zwei Abschnitte für zwei Unterrichtsstunden an. 1. Teil: Betrachten des Wassertropfens, Pantoffeltierchen (Aufbau, Nahrungsaufnahme, Zellteilung); zuvor Betrachten eines Wassertropfens mit Aussprache, ob es darin auch Lebewesen gibt, oder Ansetzen eines Heuaufgusses. 2. Teil: Bestimmte Ernährungsweisen und Lebensräume von anderen Einzellern anhand von Beispielen, Zellverbände. Dieser Teil der Sendung dient im Unterricht nach der vorangegangenen Wiederholung des Pantoffeltierchens in der Erarbeitungsphase anhand von einigen Beispielen der Informationsgewinnung von Ernährungsweisen und Lebensräumen anderer Einzeller. Darüber hinaus wird als weiteres Teilziel der Zusammenschluss von bestimmten Einzellern, den Rädertierchen, den Gallertwimpertierchen und den Strauchglockentierchen, zu Zellverbänden aufgezeigt. Bearbeiten der Arbeitsblätter 1, 2 und 3 Bayerischer Rundfunk 4

5 Tipps zum Mikroskopieren Mikroskopieren eines Tropfens Reinigen des Objektträgers Tropfen aus dem Heuaufguss oder aus einem Tümpel in die Mitte des Objektträgers bringen (Pipette!) Deckglas auflegen Präparat (mit Deckglas nach oben) auf den Objekttisch legen Objekttisch vorsichtig bewegen, bis das Bild erscheint Einstellen von Bildschärfe, Helligkeit und Kontrast Einfach herzustellende Frischpräparate für das Mikroskopieren Oberhaut einer Zwiebel innen an der konkaven Seite mit Pinzette abziehen. Zu sehen sind Zellwand, Zellkerne, Vakuolen. Moosblättchen des Sternmooses zeigen Chlorophylkörner in den Zellen. Die Blättchen sind sehr dünn. Mundschleimhaut des Menschen: durch Schaben an der Innenseite der Wangen mit einer Holzspachtel erhält man zahlreiche Zellen mit deutlich sichtbarem Kern. Brennessel: Stengelquerschnitt mit einer Rasierklinge hauchdünn abschneiden. Holundermark: Querschnitt wie oben, die Zellwände sind deutlich zu sehen. Blatt: Haut an der Blattunterseite abziehen Das Mikroskop 1590 erfand der Holländer Hans Jansen ein Instrument, mit dem man für unser Auge unsichtbare Gegenstände vergrößern konnte: das Mikroskop (griechisch: mikros = klein, skopein = sehen). Die Linsen des Mikroskops wirken so zusammen, daß kleine Gegenstände stark vergrößert werden. Die dem Auge anliegende Linse heißt Okular, die dem Untersuchungsgegenstand zugewandte Objektiv. Durch ein Rohr, den Tubus sind beide miteinander verbunden. Am Revolver sind 2 oder 3 Objektive befestigt. Sie haben verschieden starke Vergrößerungen. Durch Drehen des Revolvers kann man die gewünschte Vergrößerung einstellen. Mit dem Grobtrieb und dem Feintrieb läßt sich der Tubus heben und senken, bis das Bild scharf erscheint. Durch den Lichtschacht fällt das Licht der Leuchte oder des Spiegels ein. Mit der Blende läßt sich das Licht in seiner Stärke regulieren. Internettipps - Einzeller Bayerischer Rundfunk 5