Sie haben kein Blut, kein Hirn und kein Herz und sind doch Organismen der Superlative: die Nesseltiere, wissenschaftlich Cnidaria genannt, gemeinhin wohl besser als Seeanemonen, Quallen und Korallen bekannt. Sie haben jeden Lebensraum unter Wasser erobert, von der Antarktis bis in die Tropen, von der Tiefsee bis ins Süßwasser. Ihre Fähigkeit zur Regeneration ist legendär und neueste Befunde zeigen, dass die Komplexität ihres Erbgutes, dem der Wirbeltiere erstaunlich nahekommt. Nesseltiere bestehen zu 99 Prozent aus Wasser und gehören zu den ältesten heute noch lebenden Tiergruppen.

Abb.1: Seeanemone frisst Schmetterlingsfisch

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Skizziere und beschrifte den Bau einer Nervenzelle der Nesseltiere (M 1).

Begründe die unterschiedlichen Leitungsgeschwindigkeiten der Nervenzellen von Nesseltieren und Menschen (M 1).

8 BE

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Benenne die Strukturen (A-H) der chemischen Synapse (M 2).

4 BE

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Vergleiche unter Verwendung von M 2 (Abb. 2 bis 5) die beiden Synapsentypen tabellarisch anhand von fünf selbstgewählten Kriterien.

10 BE

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Erkläre die Angepasstheit des Beutefangs der Nesseltiere an ihre sessile Lebensweise (M 2, M 3).

8 BE

Material 1: Nervensystem der Nesseltiere

Die Nesseltiere (Cnidaria) wie Hydren, Quallen, Seeanemonen und Korallen sind einfach gebaute, vielzellige Lebewesen, die Küsten, den Grund und das offene Wasser der Weltmeere besiedeln. Muskel-, Drüsen-, Nähr- und Nervenzellen sind zu einfachen Verbänden organisiert.

Die marklosen Nervenzellen sind untereinander stark vernetzt, so dass sich ein Nervennetz bildet, das mit Sinneszellen und -organen verbunden ist. Nerven-Knoten (Ganglien) oder eine Art Gehirn fehlen bei Nesseltieren. Damit ist das Nervensystem der Cnidaria das einfachste Nervensystem im gesamten Tierreich.

Die Aktionspotenziale werden im Nervennetz recht diffus weitergeleitet, d. h. die Impulse breiten sich im ganzen Netz in alle Richtungen aus, arbeiten dabei aber nach dem allgemeinen Alles-oder-Nichts-Gesetz, schwächen sich also in ihrer Amplitude nicht ab. Die Geschwindigkeit der Erregungsweiterleitung schwankt zwischen 0,04 m/s und 1,2 m/s. Die Leitgeschwindigkeiten typischer menschlicher Nervenfasern betragen bis zu 100 m/s.

Material 2: Bau und Funktion von elektrischen und chemischen Synapsen

Untersuchungen zeigten, dass Nesseltiere in ihrem Nervensystem hauptsächlich über elektrische Synapsen und nur wenige chemische Synapsen verfügen.

Material 3: Lebensweise von Seeanemonen (Nesseltiere)

Seeanemonen sind solitär im Meer lebende Nesseltiere. Ihre Tentakel sind mit einer Vielzahl von Nesselzellen (Nematocyten, Cniden) besetzt, welche die einzigartigen und höchst komplizierten Nesselkapseln (Nematocysten) bilden. Die Nesselkapseln werden von Nervenzellen direkt angesteuert.

Zum Nahrungserwerb (kleine Fische, Krebse, Schnecken) und zur Abwehr von intra- und interspezifischen Feinden nutzen sie Gifte. Diese hochwirksamen Neurotoxine werden beim Ausschleudern der Nesselkapseln in das Opfer injiziert.

In den letzten Jahren wurden die Gifte verschiedener Seeanemonen genauer untersucht. Hierbei handelt es sich um Polypeptide. Diese Toxine setzen ausschließlich an spannungsabhängigen Natriumionen-Kanälen von Nervenzellen an und aktivieren diese.

Für den Menschen ist dieses Gift erst in hoher Konzentration gefährlich. Auch dann bleibt es meist bei allergischen Reaktionen der Haut, da die mit Widerhaken besetzten Nesselkapseln die menschliche Haut im Gegensatz zur Epidermis der Fische nicht durchschlagen können.

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Beschriftete Skizze

Begründung der unterschiedlichen Leitungsgeschwindigkeiten

Die geringe Leitungsgeschwindigkeit der Nervenfasern von Nesseltieren im Vergleich zum Menschen ergibt sich aus den nicht myelinisierten Axonen, die nur eine kontinuierliche Fortleitung ermöglichen. Eine Myelinisierung ermöglicht die saltatorische Erregungsleitung und damit eine sehr viel höhere oder erhöhte Leitungsgeschwindigkeit beim Menschen.

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Benennen der Strukturen (für je zwei Bestandteile eine BE)

A Endknöpfchen

B Vesikel

C synaptischer Spalt

D postsynaptische Membran

E präsynaptische Membran

F Transmittermolekül

G Ionen

H transmitterabhängiger Ionenkanal

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Tabellarischer Vergleich mit Kriterien mit Bezug zu Abb. 2-5 (M 2)

Kriterium	elektrische Synapse	chemische Synapse
Bau Verknüpfung von	NZ – NZ
Ort der Ionenkanäle	in prä- und postsynaptischer Membran (Gap-Junction / Connexone)	nur in postsynaptischer Membran (transmittergesteuert)
synapt. Spalt	nicht/kaum vorhanden	vorhanden/viel breiter
Funktionsweise Übertragung	direkt über Ionenwanderung	Transmitterausschüttung
Übertragungsgeschwindigkeit	direkt ohne Verzögerung	mit zeitlicher Verzögerung
PSP	vorhanden

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Erklären der Angepasstheit

Tentakel als Fangorgan mit Nesselkapseln Nesselkapseln werden durch elektrische Synapsen angesteuert → schnell und verzögerungsfrei

mit Widerhaken besetzte Nesselkapseln → fest im Beutetier verankert (Giftübertragung) hoch wirksames Gift → Aktivierung von spannungsgesteuerten Na⁺-Kanälen wirkt im gesamten Nervensystem der Beutetiere → Krampf in der Nähe des sessilen Beutegreifers