Form und Funktion der Tiere. Mechanismen der Sensorik und Motorik

Transkript

1 Form und Funktion der Tiere Mechanismen der Sensorik und Motorik

2 Bewegung und Lokomotion Die energetischen Kosten der Fortbewegung. Diese Grafik vergleicht die Energie pro Kilogramm Körpermasse pro Meter zurückgelegter Strecke, die von auf Schwimmen, Laufen und Fliegen spezialisierten Tieren für die Fortbewegung aufgewendet werden muss (1 Joule = 0,24 Kalorien). Beide Achsen sind in logarithmischen Einheiten aufgetragen.

3 49.26 Energie sparende Fortbewegung an Land. Kängurus bewegen sich hauptsächlich hüpfend durch Sprünge mit ihren großen Hinterbeinen fort. Dabei wird nach jedem Sprung kinetische Energie in Sehnen gespeichert und so kostenfrei für den nächsten Sprung bereitgestellt. Ein großes Känguru, das mit 30 km/h hüpft, verbraucht nicht mehr Energie pro Minute als bei 6 km/h. Der große Schwanz hilft, den Körper während der Sprünge und beim Sitzen im Gleichgewicht zu halten.

4 49.27 Peristaltische Fortbewegung des Regenwurms. Das hydrostatische Skelett, zwei Muskelsysteme (eine Ring- und eine Längsmuskulatur) sowie Borsten zur verbesserten Bodenhaftung ermöglichen dem Regenwurm, über feuchten Untergrund zu kriechen oder sich darin einzugraben. Kontraktionen der Längsmuskeln verdicken und verkürzen den Körper, während Kontraktionen der Ringmuskeln ihn verschmälern und verlängern. (a) Während der Wurm vorwärts kriecht, sind die Körpersegmente in seinem ersten und dritten Viertel kurz und dick (Längsmuskeln kontrahiert und Ringmuskeln entspannt) und haften mit den Borsten am Boden. Die Segmente im zweiten und vierten Viertel sind dagegen dünn und lang (Ringmuskeln kontrahiert und Längsmuskeln entspannt). (b) Die Ringmuskeln der vorderen Segmente haben sich kontrahiert und diesen Teil weiter nach vorne bewegt. Die Segmente im zweiten und vierten Viertel sind nun verdickt und am Boden verankert, damit der Wurm sich nicht rückwärts schiebt. (c) Die vorderen Segmente sind nun verdickt und in ihrer neuen Position verankert. Die hinteren Segmente haben ihre Bodenhaftung gelöst und werden nach vorne gezogen.

5 49.30 Zusammenarbeit von Muskeln und Skelett bei der Bewegung. Muskeln werden aktiv kontrahiert, können aber nur passiv gedehnt werden, was oft durch einen anderen Muskel stattfindet. Vor- und Zurückbewegungen werden durch antagonistisch wirkende Muskeln gewährleistet, wobei der eine Muskel gegen die Effekte des anderen arbeitet. Eine solche Anordnung ist sowohl bei Endoskeletten als auch bei Exoskeletten realisiert. (a) Wir beugen unseren Unterarm, indem wir den Bizeps-Muskel (im unteren Schema rot dargestellt) kontrahieren. Kontraktion des Trizeps-Muskels (grün) streckt den Unterarm. (b) Obwohl die Muskeln bei Arthropoden anders positioniert sind und innerhalb des Exoskeletts liegen, ist die antagonistische Wirkungsweise von Beuger (Flexor) und Strecker (Extensor) vergleichbar der bei Vertebraten mit ihrem Endoskelett. Kontrahiert sich der Beuger (rot), wird das Bein zum Körper hingezogen. Die in der Zeichnung dargestellte Position nimmt die Heuschrecke vor dem Sprung ein. Kontrahiert die Heuschrecke den Streckmuskel (grün), wird das Bein ruckartig gestreckt und das Tier katapultiert sich in die Luft.

6 49.31 Aufbau des Skelettmuskels.

7 49.32 Gleitfilamenttheorie der Muskelkontraktion. Wie diese mikroskopischen Bilder zeigen, bleibt die Länge sowohl der dicken Filamente (Myosin, lila) als auch der dünnen Filamente (Actin, orange) während der Kontraktion unverändert (TEM). (a) Im entspannten Zustand ist die Länge jedes Sarkomers größer als im kontrahierten oder voll kontrahierten Muskel. (b) Im Verlauf der Kontraktion gleiten die dicken und dünnen Filamente aneinander vorbei und verkürzen das Sarkomer. (c) Bei der vollständigen Kontraktion des Muskels ist das Sarkomer deutlich verkürzt. Die dünnen Filamente Überlappen teilweise, und die dicken Filamente stoßen fast oder ganz an die Z- Scheiben.

8 49.33 Eine Hypothese zur Krafterzeugung bei der Muskelkontraktion durch die Wechselwirkung zwischen Myosin und Actin.

9 49.38 Motorische Einheiten in einem Wirbeltiermuskel. Jede Muskelfaser (Zelle) hat eine einzige neuromuskuläre Endplatte (synaptische Verbindung) mit dem Motoneuron, durch das sie kontrolliert wird. In der Regel verzweigen sich die Motoneurone und innervieren mehrere Muskelfasern. Ein Motoneuron und sämtliche von ihm innervierten Muskelfasern werden als motorische Einheit bezeichnet.

10 Auswahl an wichtigen Fachausdrücken (vereinfacht beschrieben, für nähere Informationen siehe Glossar): BEWEGUNG UND LOKOMOTION Lokomotion erfordert Energie, um Trägheit, Reibung und Schwerkraft zu überwinden Laufende Tiere verbrauchen meist mehr Energie als gleich schwere Tiere, die fliegen und schwimmen, da zum Laufen (und Gehen) mehr Energie benötigt wird, um die Trägheit des Körpers zu überwinden Schwimmen ist die energetisch günstigste Art der Fortbewegung Große Tiere bewegen sich energetisch effizienter fort als kleine Das Skelett erfüllt drei Funktionen: es stützt den Körper, es schützt ihn und es eröffnet die Möglichkeit zur Bewegung Drei Haupttypen von Skeletten: Hydroskelett (hydrostatisches S.), Exoskelett (Außenskelett), Endoskelett (Innenskelett) Hydroskelett besteht aus einem abgeschlossenen Kompartiment des Körpers, in dem eine Flüssigkeit unter erhöhtem Druck gehalten wird (z.b. Cnidaria, Plattwürmer, Nematoda, Annelida). Diese Tiere können die Form ihrer flüssigkeitsgefüllten Hohlräume durch Muskeln verändern

11 Auswahl an wichtigen Fachausdrücken (vereinfacht beschrieben, für nähere Informationen siehe Glossar): Beim Regenwurm und anderen Anneliden wirkt die Coelomflüssigkeit als Hydroskelett Peristaltik: Bewegung des Regenwurms durch rhythmische Kontraktionswellen, die vom Kopf bis zum Hinterende laufen Das Exoskelett ist eine harte, tote Schale oder ein Panzer auf der Körperoberfläche (meiste Mollusken, alle Arthropoden) antagonistisch = entgegenwirkend Durch Kontraktion von Muskeln werden Teile des Skeletts gegeneinander bewegt