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Grundlagen der Tierphysiologie

Neurobiologie/Stoffwechselphysiologie

SS 2016

Prof. Dr. Monika Stengl

(Vorlesung basierend auf VLs nach Profs. Drs. U.

Homberg, Univ. Marburg, G. Heldmaier, Univ.

Marburg and S. Frings, Univ. Heidelberg)

Pheromon-Wahrnehmung & circadiane Rhythmik

beim Schmetterling Manduca sexta

Neuropeptide im Circadianen Schrittmacher

der Schabe Rhyparobia maderae

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Tierphysiologie, Neuroethologie

Prof. Dr. Monika Stengl

Fragen ans Sekretariat:

<christina.wollenhaupt@uni-kassel.de>

Thordis Arnold

Marius Bartolomai

Ragna Maya von Berlepsch

David Estruth

Lara Fricke

Petra Gawalek

Julia Gestrich

Maria Giese

Susanne Kocziarek

Sebastian Korek

Azar Massah

Robin Schumann

Dr. Achim Werckenthin

Dr. Hongying Wei

Karin Große-Mohr

Pamela Westphalen

André Arand

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Methoden:molekular-zellulär-organismisch

RT-PCR, Realtime PCR, RNAi

Western blots, ELISAs, Immunocytochemie,

Neuroanantomie, 3D-Rekonstruktionen,

Laser-scanning Konfokale Mikroskopie,

Elektrophysiologische Techniken, Patch Clamp,

Calcium-Imaging, FRET,

Verhaltensversuche, Mikrochirurgie, Pharmakologie.

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Lehrbücher

Tierphysiologie

Penzlin: “Lehrbuch der Tierphysiologie”. 8. Auflage 2005, Spektrum, Heidelberg, € 80,00

Eckert: “Tierphysiologie”. 4. Auflage 2002, Thieme, Stuttgart, € 69,95

„Animal Physiology“ 5th Ed. 2002, Freeman, England, € 59,95

Schmitdt Thews "jPhysiologie des Menschen, 24. Ed., Springer Verlag

Müller Frings "Tier und Humanphysiologie"

und alle weiteren, die in der Bibliothek zur Verfügung stehen,

Neurobiologie

Dudel, Menzel, Schmidt: "Neurowissenschaft". 2. Auflage 2001, Springer, Berlin, € 24,95

Kandel, Schwartz, Jessel 4th Edition, Mc Graw Hill

Stoffwechselphysiologie

Knut Schmidt-Nielsen: „Animal physiology“, Adaptation and environment, 5th edition

Heldmaier, Neuweiler: "Vergleichende Tierphysiologie", Band 2, "Vegetative Physiologie"

2004, Springer Verlag, € 45.

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Klausur zur Vorlesung:

Studienleistung (muss bestanden werden)

VL-Klausur: 25. 07.201613 Uhr HS 100 + HS 298

Nachklausur: 26.8.16 15 Uhr HS 100 + HS 298

Kurs-Abschluss-Klausur =

Prüfungsleistunggenaue Termine, Ort, Zeit können sich ändern!

ausgehängt vor dem Sekretariat

der Tierphysiologie und im Internet:

Username: tierphys

Kennwort: tierphys09

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Alle müssen den jeweils ersten Klausur-Termin

wahrnehmen. Wer unentschuldigt fehlt,

hat nicht bestanden. Pro Jahr nur eine

Nachhol-Klausur

Prüfungsfragen/Folien aller VLs im Netz!

username: tierphys

Kennwort: tierphys09

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Tutorin:

Maja von Berlepsch

Bitte im Sekretariat Bedarf anmelden!

Bitte Termine direkt mit Maya abmachen

<ragna-majav.berlepsch@web.de>

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Grundlagen der Tierphysiologie: Neurobiologie I

01. 18.04.16 Einführung: Nervensystem

02. 25.04.16 Membran-Ruhepotential

03. 02.05.16 Aktionspotential, Ionenkanäle

04. 09.05.16 Synaptische Übertragung

05. 23.05.16 Muskel

06. 30.05.16 Allgemeine Prinzipien der Sensorik

07. 06.06.16 Chemosensorik

08. 13.06.16 Optischer Sinn

09. 20.06.16 Mechanische Sinne, Hören,

10. 27.06.16 Lernen und Gedächtnis

11. 04.07.16 Osmo-, Ionenregulation, Exkretion

12. 11.07.16 Endokrinologie, Hormone + Abschlussbesprechung

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Gliederung

1. Themenbereiche der Tierphysiologie

2. Funktionen des Nervensystems

3. Bau des Nervensystems

Organisation von Nervensystemen

zellulärer Aufbau von Nervensystemen

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Vergleichende Tierphysiologie

Neurophysiologie:

Bau und Funktionen des peripheren und zentralen Nervensystems,

einschließlich der Sinnesorgane und der Muskulatur

Stoffwechselphysiologie:

Bau und Funktion der inneren Organe, zur Stoffaufnahme,

-verteilung, zur Energieversorgung und zur Homöostase

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Gliederung

1. Themenbereiche der Tierphysiologie

2. Funktionen des Nervensystems

3. Bau des Nervensystems

Organisation von Nervensystemen

zellulärer Aufbau von Nervensystemen

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Funktionen des Nervensystems

- Aufnahme von Informationen

(Sensorischer Eingang aus Körper und Umwelt)

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Funktionen des Nervensystems

- Aufnahme und Transduktion von Informationen

(Sensorischer Eingang aus Körper und Umwelt)

- Integration

(multisensorische Integration; Lernen und

Gedächtnis; Bewertung und Auswahl,

Koordination motorischer Programme)

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Funktionen des Nervensystems

- Aufnahme und Transduktion von Informationen

(Sensorischer Eingang aus Körper und Umwelt)

- Integration ((multisensorische Integration; Lernen und

Gedächtnis; Bewertung und Auswahl,

Koordination motorischer Programme)

- Steuerung von Erfolgsorganen (Muskeln, Drüsen)

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Menschliches Gehirn: 2x10 Nervenzellen

und etwa 50mal soviel Glia

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Ein Neuron hat mit etwa 100 000 Neuronen Kontakte

Das menschliche Gehirngewicht ist 2% des Körpergewichtes

und verbraucht 20% der Stoffwechselenergie

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Gliederung

1. Themenbereiche der Tierphysiologie

2. Funktionen des Nervensystems

3. Bau des Nervensystems

Organisation von Nervensystemen

zellulärer Aufbau von Nervensystemen

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Wie ist das Nervensystem entstanden?

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Darwin (1809-1882), Wallace: Abstammungslehre =

Deszendenz- und Selektionstheorie

20tes Jhd. Neodarwinismus: Gradualismus:vereinigt Paläontologie, Morphologie mit Populationsgenetik

zufällige Mutationen und Rekombination im Erbgut

und Selektion führen zu neuen Merkmalen:

wer besser angepasst ist an Umwelt vermehrt sich mehr

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Wie sind die Nervensysteme

in unterschiedlichen Tierstämmen gebaut?

Entwicklungsprinzipien?

Charakteristika?

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Die 3 Domänen der Organismen:

Eukarya – Archaea – Bacteria

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Auf molekularen Vergleichen

beruhender Stammbaum

Auf dem Organisationsgrad des

Körperbaus beruhender

Stammbaum

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24

Coelenteraten:

Cnidaria (Nesseltiere)

diffuses Nervensystem mit Konzentrationen um Mund und Stiel

Hydropolyp

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Plathelminthes, Nemathelminthes, Nemertines

Gehirn mit davon abgehenden Längsträngen variabler Zahl, mit

Kommissuren.

Nematoden(Fadenwürmer)

Markstränge

Gehirn

Plattwürmer

Kommissuren

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MolluscaGehirn mit 4 abgehenden

Längssträngen (Tetramerie):

abgeleitet: 5-6 Ganglienpaare statt Marksträngen

Buccalganglion

Sinnesorgane, Haut

Pharynx, Schlund, MagenMantel

Fuss, Haut

Mantel, seitliche

Körperwand

kaudaler Darm, Anus,

Körperwand, Haut, Niere,

Leber, Herz, Geschlechtsorg.

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Das größte Gehirn der Mollusca hat der

intelligente Octopus!

http://www.naturfoto-online.de/krake-fotos-

1.htm#52820

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Das Arthropoden Gehirn

Mayer et al., 2010

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Kopf (6 Segmente)-Oberschlundganglion

-Unterschlundganglion

Thorax (3 Segmente)-3 Ganglienpaare

Abdomen (11 Segmente)-8 Ganglienpaare

Arthropoda: Insekta: Strickleiternervensystem

Gehirn mit abgehenden paarigen, ventralen Längssträngen

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Insekt: Gehirn

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Chordata, Hemichordata

Vertebrata: dorsales Neuralrohr mit rostral anschließendem Gehirn

Prosencepahlon

Mesencephalon

Rhombencephalon

Vorderhirn

Mittelhirn

Rautenhirn

Rückenmark

Prosencephalon

Mesencephalon

Rhombencephalon

Mensch Tag 28

Mensch Tag 36

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Mensch: Stadien der Gehirnentwicklung

Tag 35

Tag 44

5 Monate

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Ventrikel

Endhirn

(Telenceph.)Zwischenhirn

(Dienceph.)Mittelhirn

(Mesenceph.)

Hinterhirn

(Metenceph.)Verl. Mark

=Medulla oblongata

(Myelenceph.)

Rückenmark

Cerebellum

Kleinhirn

=Cerebellum

Epiphyse

Thalamus

Hypo-

thalamusBasal-

kerne

Grosshirnrinde

=Cortex

Hypo-

physe

Bulbus

olfaktorius

Wirbeltiergehirn

Sagittalschnitt

Sicht von dorsal

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Organisation von Nervensystemen

1. Nervennetz ohne zentralnervöse Organe wie Gehirn/Ganglien

2. Vier Grundtypen von Nervensystemen:

Gehirn mit abgehenden Längssträngen mit Kommissuren

=plesiomorph für bilaterale Tiere;

Gehirn mit abgehenden 2 ventralen Längssträngen

mit metameren Ganglien: Strickleiternervensystem der Artikulata;

Gehirn mit 4 abgehenden Längssträngen = Tetramerie

der Molluska;

Dorsales Nervenrohr mit rostral direkt anschließendem

zentralnervösem Gehirn, wie bei Hemichordaten und Chordaten.

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Konzentrierung von Nervenzellen in Ganglien;

zunehmende Cerebralisation = Bildung eines

hierarchisch übergeordneten Nervenzentrums

(Gehirn) im Kopfbereich;

Trends: bei Entwicklung des Nervensystems

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Gliederung

1. Themenbereiche der Tierphysiologie

2. Funktionen des Nervensystems

3. Bau des Nervensystems

Beispiele von Nervensystemen

zellulärer Aufbau von Nervensystemen

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Die wesentlichen molekularen Komponenten

der neuronalen Erregungsübertragung

und -Verarbeitung sind sehr viel älter als

die Nervensysteme und die Neuronen

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Zellmembran

Membranproteine

Lipiddoppelschicht

Ionenpumpen

Ionenkanäle

Rezeptoren

Enzyme

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Zelluläre Differenzierung

Kondensation zu vielzelligen Nervensystemen

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Verschiedene Neuronentypen:

41Aus: Junqueira, Carneiro (1996): Histologie

Wirbeltiermotoneuron

Peripheres Nervensystem

Zentralnervensystem

Soma, Perikaryon

Axon

Dendriten

Axonkollaterale

Synapse

Motorische

EndplattenOligodendrozyt

Schwann-

Zelle

Myelinscheide

Axonhügel

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Neuronentypen

Multipolares Neuron

Bipolares Neuron

Pseudounipolares Neuron

Amakrines Neuron

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Gliazellen

Olygodendrozyten (Myelinscheiden im ZNS)

Schwann-Zellen (Myelinscheiden im PNS)

Astrozyten (Stoffaustausch, Narbenbildung)

Mikroglia (Immunantwort, Phagozytose)

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Schwann-

Zelle

Oligo-

dendrozyt

Ranvier-

Schnürring

Myelinscheide

Glia

Axon

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Zusammenfassung

Nervensysteme

- besitzen verschiedene Baupläne;

- bestehen aus zwei Zelltypen: Neuronen, Glia;

- Neuronen sind die Hauptinformationsträger;

- Neuronen besitzen funktionale Regionen.

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VL.1 Prüfungsfragen:

•Welche Funktionen erfüllt das Nervensystem?

•Welche generellen Strukturveränderungen finden in zentralen

Nervensystemen der Organismen im Laufe der Evolution statt?

•Zeichnen Sie den schematischen Aufbau des Gehirns eines Wirbeltieres

und eines Insekts.

•Nennen Sie die 4 wichtigsten Membranprotein-Klassen der

Neuronenmembran.

•Skizzieren Sie ein Neuron und beschriften Sie die wichtigsten Strukturen.

•Welche Typen von Gliazellen gibt es und welche Aufgaben haben Sie?

•Aus welchen funktionalen Regionen ist ein Neuron aufgebaut?