Woher weiß die Zelle, welche Zelle sie ist?

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Die Erbanlagen steuern in allen Organismen alle Lebensvorgänge, auch deren Entwicklung. Dabei sorgen regulatorische Vorgänge dafür, dass je nach Bedarf bestimmte Gene aktiviert werden und andere nicht, was von Zelltypus zu Zelltypus verschieden ist. Erst vor gut einem Jahrzehnt fand man heraus, wie solche Regulationsprozesse am Anfang der Individualentwicklung aussehen und die ersten Entwicklungsschritte steuern. Dabei spielen so genannte „Hox-Gene" eine entscheidende Rolle für die grundsätzliche Festlegung erster Differenzierungen. Am besten untersucht sind die allerersten Schritte ins Leben bei der Fruchtfliege Drosophila. Im Labor von Christiane Nüsslein-Volhard haben Entwicklungsbiologen herausgefunden, wie das Muttertier dazu eine regelrechte „genetische Brutpflege“ betreibt: Es sondert vier Substanzen ab, die in Eizellen strategisch wichtige Punkte besetzen. Zwei dieser Signalstoffe (Fachbegriff: Morphogene“) lagern sich jeweils in den gegenüberliegenden Polen des Eies ein, der dritte an beiden Polen und der vierte an der Bauchseite.
So werde ein eindeutiges dreidimensionales Koordinatensystem für die weitere Entwicklung festgelegt, erklärt Nüsslein-Volhard: „Vorn und hinten, oben und unten sind damit ein für allemal definiert. Vom beispielsweise ist immer dort, wo der Signalstoff bicoid deponiert ist." Nach der Befruchtung lösen diese Signalstoffe im Ei eine Nachrichtenkaskade aus. Die dabei ausströmenden Proteine spüren ganz bestimmte Gene an Hand einer charakteristischen Erkennungssequenz auf und erwecken sie aus dem zellulären Tiefschlaf. So werden zunächst ein paar wenige Gene angeknipst. Diese aktivieren nach dem gleichen Mechanismus weitere Gene und legen so eine erste Grobeinteilung des späteren Insekts fest. Die Kaskade erreicht ihren Höhepunkt, wenn die „homöotischen" oder Hox-Gene angeschaltet werden und die Kontrolle über die Entwicklung übernehmen. Gleich - griechisch homoios - werden sie deswegen genannt, weil sie in allen Organismen, in denen sie zu Hause sind, die Ausbildung vergleichbarer Körperteile entlang deren Längsachse steuern. Die Hox-Gene liegen auf dem Erbfaden im Block beieinander und enthalten eine typische kurze DNA-Sequenz, die so genannte Homöobox. In ein Protein übersetzt wirkt sie wie ein Generalschlüssel zum Öffnen weiterer noch verschlossener Steuergene aus der Hox-Klasse. Diese nachgeschalteten Hox-Gene rufen schließlich, Bereichsleitern einer Fabrik vergleichbar, in den nun bereits vordefinierten Segmenten des werdenden Insekts nach einer genauen zeitlichen Vorgabe jene untergeordneten „Arbeiter"-Gene zum Einsatz, die letztlich Flügel, Antennen, Beine oder Augen erstellen. Das Ergebnis war überraschend: Egal, wo die Forscher fahndeten, ob in Würmern, Krebsen oder Affen - überall fanden sie die gleichen Hox-Gene. Einzig deren Anzahl ist verschieden: Während eine simple Fliege mit einer Kette von 8 Hox-Genen auskommt, weisen die viel komplizierteren Wirbeltiere 4 Stränge mit insgesamt 38 Genen auf. In allen Tieren, in denen sie vorkommen, so stellte sich heraus, leisten Hox-Gene dasselbe: Sie steuern das allmähliche Embryowachstum vom Kopf zum Schwanz, indem sie das entstehende Wesen nach einem Baukastenprinzip zusammenfügen. Nur die untergeordneten Gene, die über die genaue Gestalt der Einzelteile bestimmen, unterscheiden sich von Tiergruppe zu Tiergruppe. Experimente des Genfer Mäusezüchters Duboule führten zu genaueren Erkenntnissen: Der Wissenschaftler hat einen Zwischenschritt der Evolution detailliert untersucht, der notwendig war, um Fischen die Eroberung des Landes zu ermöglichen: die Erfindung des Fußes. Wachstum von Fuß und Flosse, erklärt Duboule, werden von den gleichen Genen gesteuert - nur wird das Programm (des entsprechenden Gens Hoxd-13) bei der Flosse etwas früher abgeschaltet.

Fantastisch, vielen Dank! Hast du das studiert? Ich habe ja schon mal eine andere Frage gestellt, da hat auch jemand eine unglaublich umfangreiche und absolut lesenswerte Antwort geschrieben. Scheinbar habe ich Glück;-). Super formuliert, keine Rechtschreibfehler;), und ein Haufen Fachwissen - Du hast dir echt Mühe gegeben und dafür bekommst du die Auszeichnung! Schön, dass du dich mit meiner Frage auf die Weise auseinander gesetzt hast!

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das ist eine sehr gute frage und ich denke, dass sie dir so schnell keiner beantworten kann :) im endeffekt ist das leben (bzw. die entstehung des lebens) noch sehr unerforscht. ich denke man kann das gut mit dem weltall vergleichen. du weißt ja, dass das weltall unendlich ist - trotzdem breitet es sich ständig aus (es wächst). wie geht das? und jetzt denke daran, welchen minimalen teil des weltalls wir kennen / bereits erforscht haben. ich denke, so ist es auch mit dem leben. es gibt einfach regeln, die kein mensch erklären kann. unsere vorstellungskraft und inteligenz reicht momentan sicher noch nicht aus, sowas zu verstehen. aber trotzdem ein sehr interessantes thema! bin auch sehr gespannt über die einzelnen antworten!

Cooler Kommentar und nette Worte, vielen Dank!

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@DesWurzelsZweig

sehr gerne - nichts zu danken! ich vermute mal, dass die beiden ersten haploiden zellen die information für das "gesamtergebnis" tragen und somit vielleicht die bei den teilungen neu entstandenen zellen "steuern", weil sie ja durch das tragen der dna "wissen", wie das resultat aussehen soll... wär mal so ne idee :)

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@allwissend1981

Ja, die DNA ist der Bauplan. Aber stell dir vor, Ziel ist die Errichtung einer Großstadt, die jeden Menschen als Bauarbeiter benötigt. Und jeder von ihnen hat einen Bauplan, aber zunächst einmal keine Ahnung, was er eigentlich machen soll oder welche Teilaufgaben ihm zugedacht sind. Ob Beton mischen, ob Stahl herstellen, Transport der Baustoffe, Tischlereien oder Malerarbeiten, Elekronik oder weiß der Geier was. Es gibt auch keinen Chef und keine Instanz, die Instruktionen verteilen würde - jeder, den du fragst, ist genauso dumm wie du. Man kann sich vorstellen, dass es so nicht funktionieren dürfte, auch wenn jeder einen Zettel in der Hand hält, auf dem verzeichnet ist, wie die Stadt und jedes einzelne Gebäude am Ende aussehen soll. Warum geht es also im Mutterleib beim Bau eines noch viel komplizierteren Gebildes? Das steckt in der Frage...

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@DesWurzelsZweig

wie gesagt, vielleicht steuern ja die beiden ersten zellen das ganze. aus ihnen resultiert das ergebnis ja im endeffekt, also kann es ja vielleicht sein, dass sie für die "planung" verantwortlich sind...

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@allwissend1981

Naja, die ersten Zellteilungen produzieren erstmal völlig gleichwertige und gleichartige "Mutterzellen". Irgendwann beginnen einige von ihnen, aber auch nicht alle, sich zu irgendwas zu entwickeln und spezifische Aufgaben zu übernehmen. Naja, da wir offenbar alle nicht über das nötige Fachwissen verfügen, sollte ich vielleicht nochmal in die Schule zu meinem Biolehrer gehen^^..

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wie das fertige produkt aussehen soll übernehmen die XX und XY chromosone. deine erklärung ist interessant, aber darüber mache ich mir wirklich keine gedanken. denn sonst müsste man auch danach fragen warum der apfel so intelligent ist und weis, dass er rund wachsen soll.

Nein, die Chromosome X und Y sind Geschlechtschromose. Aber die meisten Eigenschaften meines Körpers haben nichts mit meinem Geschlecht zu tun. Zum Beispiel wage ich zu sagen, dass auch du zwei Arme und zwei Beine hast, ohne jedes Wissen darüber, ob du ein Junge oder ein Mädchen bist. Warum der Apfel rund wächst, da hast du recht, wäre das gleiche Problem. Doch ich dachte mir, es spricht mehr Leute an, wenn ich die Frage auf uns Menschen anstatt auf ein Obst beziehe (zwecks der Identifikation mit der Problemstellung) ;-)

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Wer ist Architekt des Körpers von Tieren, Menschen oder Pflanzen?

Nun habe ich in Wikipedia Artikel gelesen, aber außer endlosen Fachbegriffen, habe ich noch keine Antwort auf meine Frage gefunden. Ich hätte es gerne als einfache und verständliche Information und hoffe, jemand kann weiter helfen.

Das Erbgut ist gespeichert in den Zellen, die Zellen wissen also wie der fertige Körper aussehen muss.

Nun sind da Milliarden Zellen, aber woher weiß jede Zelle, was ihre persönliche Aufgabe ist? Die Zellen teilen sich und jede von ihnen übernimmt eine Aufgabe, aber welche?

Woher weiß die Zelle im Schnurrhaar eines Tieres, wo die Mitte des Haares ist und wo der Rand ist, welche Zelle außen die letzte sein soll und damit die gewünschte Dicke des Schnurrhaares erreicht ist und deswegen ein weiteres Zellwachstum in diese Richtung nicht erwünscht ist? Und woher weiß sie, dass genau sie so eine Begrenzungszelle ist?

Wenn sich Zellen nebeneinander teilen, woher weiß eine Zelle, die gerade die letzte Zelle am Ende eines Schnurrhaares werden soll, dass dies nicht schon die Zelle nebenan vor hat? Wie werden die sich untereinander einig?

Alle vermehren sich durch Teilung aber jedes Organ hat nur eine gewisse Größe, also muss ja irgendwo eine Information vorliegen, wo die Nieder zu Ende ist und der Harnleiter anfängt (Beispiel). Oder wo das Herz zu Ende ist und es in die Hauptschlagader mündet, welche Zellen legen es fest, wer die Grenzzelle ist und wie?

Wer leitet das alles, wer dirigiert es?

Es ist ja nicht wie in einer Firma, in der man nicht weiß wofür man zuständig ist und die anderen Kollegen weisen eine Aufgabe zu. Die Zellen können nicht kommunizieren.

Das kann auch nicht in der DNA festgelegt sein, da ja die Zellen die sich in der Zukunft teilen werden, noch gar nicht existieren und demzufolge noch nicht eingeteilt sein können.

Es steht nur da, wie der Körper aussehen muss. Aber nicht, welche Zelle was machen muss.

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woher weiß eine omnipotente Zelle, was sie werden soll?

Diese Frage stelle ich mir schon seit der Schule, vielleicht weiß hier jemand eine Antwort. Meine Bio-Lehrerin kannte keine.

 

Also, wenn neues Leben entsteht, dann sind die ersten Zellen ja omnipotent. Aus ihnen kann also alles werden. Sie teilen sich und teilen sich und irgendwann werden sie dann zu bestimmten Zellen. Hautzellen, Muskeln, Blutzellen, usw....

Aber was gibt den Anstoß dazu? Und woher weiß die Zelle, was sie werden soll?
In der DNA ist vermutlich eine Art Bauplan gespeichert, aber woher weiß die Zelle: "ach, ich liege hier.... gut, dann werde ich nun eine Knochenzelle!"
 

Wäre toll, wenn hier das jemand wüsste :)

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Woher kommt der komische Ausfluss nach der Blasenentzündung?

Ich nehme die Pille seit gut 2 Monaten. Vor 4 Tagen hatte ich eine leichte Blasenentzündung worauf mir mein Arzt ein einmaliges Antibiotika verschrieb, die Blasenentzündung war dann auch kurze Zeit später vorbei. Nun habe ich einen hellbraunen , geruchslosen Ausfluss mit ganz kleinen Klumpen? Was kann das sein ?

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Proteinbiosynthese und Genexpression

Hallo,

meine Frage bezieht sich weniger auf die Schritte während der Proteinbiosynthese, sondern vielmehr auf ein allgemeines Verständnis:

Wenn alle Zellen das selbe genetische Material besitzen (selben Bauplan) um damit ihre Proteine aufbauen zu können, warum tun dann nicht alle Zellen das selbe?

Bsp: Eine Zelle in der Netzhaut bildet durch bestimmte Enzyme Melanin.

Woher weiß diese Zelle, dass sie genau das tun muss und warum tun z.B. Leberzellen das nicht, wenn sie doch die selbe Information haben.

Sprich: Woher weiß jede Zelle, welche spezifischen Proteine sie bilden muss.

UND: Wann findet die Zelldifferenzierung statt, also wann weiß jede Zelle, wie sie aussieht?

Vielen Dank für eure Antworten!

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Meiose - Endprodukt und Zygote?

Hey,

ich bereite mich gerade auf meine Abschlussprüfungen vor und habe als Wahlfach Biologie gewählt. Eins meiner Prüfungsthemen ist die Zelle mit dem Unterthema Mitose und Meiose. Ich hab den ganzen Stoff nun aus meinen Büchern und Heften noch mal zusammengefasst und dann durch Informationen aus Lernvideos ergänzt und verstehe nun auch fast alles komplett, aber bei der Meiose kam mir doch noch eine Frage, auf die ich einfach keine Antwort finde.

Also, ich weiß, dass bei der Meiose aus einer diploiden menschlichen Zelle mit 46 Chromosomen, die sich aus jeweils zwei Chromatiden der gleichen Art zusammensetzen, zwei haploide Keimzellen bilden, die 23 Chromosomen mit ebenfalls jeweils 2 Chromatiden entstehen. Aus einer diploiden Zelle mit 46 Chromosomen und 92 Chromatiden werden also zwei haploide Keimzellen mit 23 Chromosomen und 46 Chromatiden.

Durch die Reifeteilung werden dann aus diesen zwei Keimzellen noch einmal zwei Keimzellen, die dann am Ende wieder 23 Chromosomen haben, die sich jetzt allerdings nicht mehr aus zwei Chromatiden zusammensetzen, sondern nur ein einziges besitzen. Am Ende entstehen also 4 haploide Keimzellen mit 23 Chromosomen und auch 23 Chromatiden.

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MfG

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Wie läuft das in der Meiose mit den Chromosomen?

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Schreibe morgen die Arbeit und das ist das Einzige, was ich noch nicht ganz begriffen habe. Ich hoffe, es ist richtig. Dann könnte ich alles.

Gruß

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