Funktionelle Organisation der Pflanzen, Pilze und · PDF file• Weiler, E., Nover, L. 2008, 11. Auflage. Allgemeine und molekulare Botanik. Thieme Verlag ... 2006, Biologie der Pflanzen

Funktionelle Organisation der Pflanzen, Pilze und Protisten

• Graham, L.E., Graham, J.M., Wilcox L.W. 2006. Plant Biology. Pearson Prentice Hall

• Lüttge, U., Kluge, M., Bauer, G.2005. Botanik. Willey-VCH

• Nabors, M.W. 2004. Introductionto Botany. Pearson Education Limited. Mit Internetsupport durch persönlichen Code im Buch.

• Nabors, M.W. 2007. Botanik. Pearson Studium.

• Weiler, E., Nover, L. 2008, 11. Auflage. Allgemeine und molekulareBotanik. Thieme Verlag

• Raven, P.H., Evert, R.F., Eichhorn, S.E. 1999. Biology of plants. Freeman and Company, Worth Publishers.

• Dto. 2006, Biologie der Pflanzen. 4. Auflage. Walter de Gruyter.

• Bresinsky, A., Körner, C., Kadereit, J.W., Neuhaus, G., Sonnewald, U. 2008, 36. Auflage. Strasburger-Lehrbuch der Botanik. Spektrum Akademischer Verlag[Bresinsky, A., Kadereit, J.W. 2001. Systematik Poster: Botanik. SpektrumAkademischer Verlag]

Buchempfehlungen

B.BüdelFunktionelle Organisation der Pflanzen, Pilze und Protisten Folie 1

Gliederung der Vorlesung

1. Einführung, Evolution der Zelltypen

2. Die Pflanzenzelle

3. Organismenreiche - Ordnungsprinzipien

4. Vegetative Entwicklungstendenzen

5. Generative Entwicklungstendenzen

6. Pflanzliche Diversität

7. Diversität der Pilze und Flechten

B.Büdel

Skripte zur Vorlesung unter:

http://www.uni-kl.de/FB-Biologie/Botanik/

Unter: Studium & Lehre; weiter: Skripte; wählen: Biologie I - Burkhard Büdel;

Code Eingabe: Vorlesungsnummer 88031, in zweites Kästchen die Nummer des gewünschten

Skriptteils (z.B. 3)

Folie 2Funktionelle Organisation der Pflanzen, Pilze und Protisten






1. Einführung, Evolution der Zelle

Phanerozoikum• Beginn des Kambriums bis heute• Zeit deutlich erkennbaren Tier- und Pflanzenlebens• Pflanzen und Tiere eroberten das Festland• Farne entwickelten sich, denen die Nacktsamer und schließlich vor etwa

130 bis 90 Millionen Jahren in explosionsartiger Vervielfachung der Sippen die Bedecktsamer folgten.

B.BüdelFolie 3

1.1 Eukaryonten und oxygene Photosynthese

Planetensystem mit Erde entstand vor etwa 4,6 Milliarden Jahren. Dieser gesamte Zeitraum wird in zwei Großabschnitte unterteilt:

Krypterozoikum (=Präkambrium)• Zeit bis zum Beginn des Kambriums vor etwa 570 Millionen Jahren und

damit etwa 87% der gesamten Erdgeschichte• Bildung der Erdkruste• Evolution des Lebens fand statt, prokaryotische (= kernlose) Organismen,

später dann eukaryotische (= kernhaltige in Reaktionsräume[Kompartimente] unterteilte Zellen) mit Algen und ersten Tieren

• Noch keine Besiedlung des Festlandes



Press, F.; Siever, R. Allgemeine

Geologie, 3. Aufl. 2003

B.BüdelFolie 4Funktionelle Organisation der Pflanzen, Pilze und Protisten


1 Sekunde = 52.000 Jahre1 Minute = 3.125.000 Jahre1 Stunde = 187.500.000 Jahre

Uhr der geologisch-biologischen Evolution


1. Einführung, Evolution der Zelle; Mikroben steuerten das Klima der frühen Erde

Kasting, J.F. Spektrum der Wissenschaft 9/2004

Sonne zu schwach um frühe Erde warm zu

halten.

Methanogene Mikroben produzierten das

Treibhausgas Methan und hielten so die Erde

warm. CO2 aus Vulkanen.





halten.




Steigende Methankonzentration verstärkt

Treibhauseffekt, Temperatur stieg weiter an.

Warmfeuchtes Klima förderte Gesteinsverwit-

terung, dadurch CO2-Entzug aus Atmospäre.

Die Konzentration beider Gase näherte sich.





halten.




Steigende Methankonzentration verstärkt

Treibhauseffekt, Temperatur stieg weiter an.

Warmfeuchtes Klima förderte Gesteinsverwit-

terung, dadurch CO2-Entzug aus Atmospäre.

Die Konzentration beider Gase näherte sich.

Angeregt durch UV Strahlung begannen Gasmoleküle

sich zu langen Kohlenwasserstoffketten (Paraffine) zu

verbinden.

Diese kondensierten in großer Höhe an Staubteilchen.

Kurzwelliges Licht wurde abgefangen und in den

Weltraum zurückgeworfen.

Das Klima kühlte ab und die Methanproduktion ging

zurück. Der Weg war frei für Organismen mit

gemäßigteren Temperaturansprüchen.


1. Einführung, Zusammenhang Biomasse und Erdoberflächentemperatur (Modell!)

Bounama, C. von Bloh, W. & Franck, S. Spektrum der Wissenschaft 10/2004


1. Einführung, Evolution der Zelle, 1.1 Eukaryonten und oxygene Photosynthese

W-Australien,North Pole, 3,5 Milliarden JahreM. White, 1986, The Greening of Gondwana

Zentral-Australien, Amadeus-Basin,Ca. 1 Milliarde Jahre, Cyanobakterium Glenobotrydion aenigmatis, M. White, 1986, The Greening of Gondwana



Mauretanien, über Dolomit, O.L. Lange

Flach herausgewitterte Schichtender StromatolithenO.L. Lange



W-Australien, Shark Bay, rezente StromatolithenB.Büdel

Stromatolithen



Cyanobakterienkolonien

B.Büdel

B.Büdel

Einzelliges Cyanobakterium Entophysalis granulosa



• Vor der Entwicklung von Photosystem II war die Atmosphäre völlig sauerstofffrei.

• In dieser Atmosphäre müssen bereits hochentwickelte, ausschließlich anaerobe Prokaryonten existiert haben.

• Vorfahren der Bakterien ein ursprünglicher Prokaryot (Progenot) von einfachem Bau. Möglicherweise ein Archaebakterium.

• Mit der Freisetzung von Sauerstoff durch die oxygene Photosynthese der Cyanobakterien wurde die erste globale Umweltkatastrophe ausgelöst. Kein Enzym war zu dieser Zeit an die Oxidationskraft von Sauerstoff angepaßt. Fast alles bis dahin vorhandene Leben verschwand. Nur wenige Organismengruppe überlebten.

B.Büdel

• Erste Gesteine: ca. 4 Milliarden Jahre

• Erste Stromatolithen und fossile Zellen: 3,6 Milliarden Jahre

• Photosystem II: 2,45 Milliarden Jahre

• Oxidation von Fe2+ zu Fe3+: bis ca. 2 Milliarden Jahre



• Bei einzelligen Organismen gibt es einen sehr viel schwer-wiegenderen Gegensatz als zwischen Tieren und Pflanzen.

• Wir unterscheiden die protocytische und die eucytischeOrganisation. Beide wurden zunächst im Fachgebiet der Botanik behandelt.

• Protocyten besitzen im Gegensatz zu den Eucyten der Pflanzen und Tiere weder Zellkerne noch Mitochondrien oder Plastiden. Die Bakterien besitzen Protocyten.

• Dies bedeutet aber auch, das Pflanzen und Tiere näher verwandt sein müssen als Organismen mit Proto- und Eucyten!

B.Büdel

1.2 Proto- und Eucyte



Raven, Evert & Eichhorn, 1999, Plant Biology

Protocyte eines Cyanobakteriums(Anabaena azollae)



Protocyte eines Cyanobakteriums(Synechocystis sp.)

Transmissions-Elektronenmikros-kopisches Bild

Th = ThylakoidW = Zellwand (Plasmalemma, Pepti-doglucan = Murein, äußere Membran = Lipopolysaccharid)N = Nukleoid

(Kleinig, Meier, 1999, Zellbiologie)



B.Büdel

Glattes endoplasmatisches

Retikulum

Nukleolus

Kernhülle

Kern

Rauhes endoplasmatisches

Retikulum

Ribosomen

GolgiapparatPlasmamembran

Zellwand

Mittellamelle zwischen

den Zellen

Zellwände der

Nachbarzellen

Plasmodesmata

Mitochondrium

Freie Ribosomen

Mittellamelle

Peroxisom

Plastide

(Chloroplast)Vakuole

Interzellularen

Folie 18

Eucyte einer generalisierten Pflanzenzelle(Nabors, M.W. 2004, Introduction to Botany)



Eucyte einer Pflanze(Spinacia oleracea, Spinat,Fam. Chenopodiaceae)

Transmissions-Elektronenmikros-kopisches Bild

ER = endoplasmatisches RetikulumPm = PlasmamembranPd = PlasmodesmenN = Kern (Nukleus)No = NucleolusM = MitochondrienP = PlastidenV = VakuoleW = Zellwand

(Kleinig, Meier, 1999, Zellbiologie)



Rivera, M.C. & Lake, J.A. 2004, Nature 431

Martin, W. & Embley, T.M. 2004, Nature 431

Neueste Analysen legen die

Vermutung nahe, daß das

Genom der Eukaryonten ein

Resultat aus der Verschmelzung

von zwei unterschiedlichen

prokaryontischen Genomen ist.

Damit wäre dies die älteste

Verbindung zwischen

Prokaryonten und Eukaryonten.

Ein Partner war vermutlich ein

Proteobakterium oder ein

photosynthetisch aktives

Bakterium

Lateraler

Gentransfer

Lateraler Gentransfer führt dazu,

das man nicht wie üblich von

einem „Baum des Lebens“,

sondern von einem „Ring des

Lebens“ sprechen müsste.


1.3 Kompartimentierung der Eucyte

• Zellkern• Plastiden (Chloroplasten)• Mitochondrien• Endoplasmatisches Retikulum (auch als Kernhülle um den Kern),

glattes und rauhes ER• Golgi-Apparat (Dictyosomen)• Plasmamembran• Vakuolen (Membransystem = Tonoplast)• Cytoplasma

B.Büdel

Die Komplexität der Eucyten äußert sich auf strukturellem Niveau vor allem durch die zahlreichen, durch Membranen abgegrenzten Reaktionsräume (= Kompartimente) wie:

Folie 21

Kompartimentierungstheorem nach Schnepf (1965):„Jede Membran trennt eine wässrige Phase von einer plasmatischen Phase“

Plasmatische Phasen sind:• Cytosol und Kernplasma• Mitoplasma der Mitochondrien• Plastoplasma der Chloroplasten

Wässrige Phasen sind:• Vom ER abgegrenzte Räume (Zisternen, Vesikel und Zellvakuolen)


1.4 Endosymbiontenhypothese

• Die Doppelmembran von Mitochondrien und Chloroplasten. Die äußere Membran entspricht der ursprünglichen Phagocytosemembran. Darüber hinaus Plastiden mit drei und vierschichtiger Hülle (mehrfache Phagocytosen von Organismen mit Plastiden).

• Die Chloroplasten der eukaryotischen Zellen mit ihren Thylakoidenentsprechen weitgehend Cyanobakterienzellen.

• Mitochondrien und Chloroplasten sind selbständig teilungsfähig.

• Mitochondrien und Chloroplasten enthalten ihre eigene DNA.

• Es gibt zahlreiche Beispiel rezenter (= heutiger) Endosymbiosen, bei denen der Symbiont in das Cytoplasma des Wirtes aufgenommen wird.

B.Büdel

A.F.W. Schimper 1883 formulierte erstmals eine Hypothese, welche be-

sagt, das eukaryotische Vorläuferzellen ihre Organellen durch eine Phagocy-

tose (= Aufnahme fester Nahrungspartikel) erworben haben könnten.

Im Jahre 1905 erschien dann die „Symbiogenesetheorie“ der Entstehung

kernhaltiger Zellen des russischen Botanikers

Konstantin Sergeevič Merežkovskij.



Linne von Berg, K.H. & Melkonian, M. 2004. Kosmos-Algenführer



J.D.Palmer, 2003J. Phycol. 39: 4-11

Aufnahme eines Cyanobakteriums

Aufnahme eines photosynthetischaktiven Eukaryoten (z.B. Rotalge)


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