Alena Greßler/Paul Dierkes/Sandra Zimmermann

Ganz schön komplex

Alena Greßler/Paul Dierkes/Sandra Zimmermann

Strukturelle Vielfalt von tierischen Zellen und Geweben kennenlernen

Beim Einstieg in die Mikroskopie ist das Betrachten einer völlig neuen Dimension für SchülerInnen eine spannende Erfahrung. Bereits bei der ersten mikroskopischen Praxis lohnt es sich, die Vielfalt von Zellen zu thematisieren und insbesondere die tierischen Gewebetypen bis hin zum Nervengewebe anhand von Präparaten oder mit mikroskopischen Abbildungen zu thematisieren.

Die Zelltheorie führt bei SchülerInnen zu Verständnisproblemen, nicht zuletzt, da die Strukturen mit bloßem Auge nicht wahrnehmbar sind. Es fällt ihnen schwer zu begreifen, dass Lebewesen nur aus Zellen und ihren Nebenprodukten bestehen (Gropengießer/Zabel 2012). Um die Anzahl der schätzungsweise 60 Billionen Zellen des Menschen zu erreichen, werden eigentlich nur ca. 46 Zellteilungen benötigt. Unterteilt werden ungefähr 250 verschiedene Zelltypen, wobei die Vielfalt kaum greifbar wird.
Zellen mit den gleichen Merkmalen oder Spezialisierungen schließen sich zu Geweben zusammen und diese wiederum zu abgegrenzten Funktionseinheiten, den Organen (Material 1 , Abb. 1 ) (Purves 2006). Tiere weisen vier verschiedene Gewebetypen auf: Epithel-, Binde-, Muskel-, und Nervengewebe. Die Zellen des Epithelgewebes liegen dicht beieinander, grenzen den Körper nach außen ab und kleiden die Körperhohlräume aus. Die unverbundenen Zellen des Bindegewebes werden von einer extrazellulären Matrix umgeben, die je nach Bindegewebstyp stark variieren kann. Das häufigste Protein in dieser Matrix ist das Kollagen. Das Gewebe besitzt vornehmlich eine stützende Funktion. Zu den sehr spezialisierten Bindegeweben zählen das Fettgewebe, das Knochengewebe sowie die blutbildenden Gewebe. Die Gemeinsamkeit von Muskelgeweben bilden die vorliegenden kontraktilen Zellen. Das Nervengewebe besteht aus zwei Grundtypen von Zellen: Nervenzellen und Gliazellen. Nervenzellen (Neurone) verarbeiten Informationen und leiten diese mittels elektrischer und chemischer Signale weiter. Gliazellen dagegen übernehmen eine stützende, isolierende und versorgende Funktion (Purves 2006).
Das Nervengewebe lässt sich in das Zentralnervensystem (Gehirn, Rückenmark) und das periphere Nervensystem unterteilen. Die Form und Funktionsweise von Nervenzellen ist äußerst vielfältig.
Auch innerhalb des Gehirns gibt es spezialisierte Bereiche, in denen beispielsweise die Dichte synaptischer Verbindungen und Anzahl der Zellkörper sehr hoch sind (Abb. 1B) und wiederum andere Bereiche, in denen die Dichte myelinisierter Fasern sehr hoch ist (Abb. 1A).
Im Vergleich zu den meisten anderen Zelltypen, die nur wenige Tage leben und sich ständig neu teilen, weisen Neurone eine lange Lebensdauer auf, die oft der Länge unseres Lebens entspricht. Aber ein Neuron kann sich stets verändern und Zellfortsätze ausbauen, neue Dendriten ausbilden, synaptische Kontakte bilden, verstärken oder auflösen.
Erst durch die Entwicklung neuer Technologien, die mit einem hohen Durchsatz Daten bildgebender Verfahren auswerten, und durch die verbesserten histologischen Techniken (z. B. elektronenmikroskopische Verfahren) ist es in den letzten zehn Jahren gelungen, ein realistisches Bild von der Anzahl synaptischer Verknüpfungen und der hohen Packungsdichte innerhalb des Nervengewebes zu erhalten. Diese Forschungsrichtung wird als Connectomics bezeichnet und arbeitet mit enormen Datenmengen. Eine Studie von Schmidt u.a. (2017) im entorhinalen Cortex (am medialen Rand des Schläfenlappens) der Ratte zeigt beispielsweise, dass in einem Volumenelement von 400 µm Kantenbreite die dendritischen Ausläufer von 665 Neuronen gepackt sind und miteinander synaptische Verbindungen aufweisen. Ein Beispiel für die enorme Komplexität des Nervengewebes, die auch noch in den nächsten Jahrzehnten viele Aspekte mit hohem Forschungsbedarf bietet.
Biologiedidaktische Bezüge
Zellen und Gewebe lernen SchülerInnen mit Einführung...

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Fakten zum Artikel
aus: Unterricht Biologie Nr. 441 / 2019

Neurobiologie

Friedrich+ Kennzeichnung Unterricht (45-90 Min) Schuljahr 7-13