Zelldifferenzierung

Nach der Determination von Zellen folgt die Zelldifferenzierung. Während der Differenzierungsphase wird die Zelle durch strukturelle und funktionelle Spezialisierung auf ihre künftigen Aufgaben vorbereitet und mit den dafür erforderlichen Strukturen ausgestattet. Dabei bleiben alle Erbanlagen (Gene) erhalten. Die Genexpression wird jedoch verändert. Damit werden zu einer bestimmten Zeit ganz bestimmte Proteine synthetisiert.

Bei der Differenzierung kann es zu beachtlichen Unterschieden in der Gestalt, der Größe und des inneren Baus der Zellen kommen. Muskel-, Nerven- und Faserzellen können ihre Funktion als lang gestreckte Zellen gut erfüllen. Bei Zellen des Grundgewebes, dem Parenchym, ist eine polyedrische oder nahezu kugelige Gestalt vorteilhaft. Die Anzahl der Mitochondrien wird in jenen Zellen besonders hoch sein, in denen viel Energie benötigt wird, und in sezernierenden Drüsenzellen prägt sich der Golgi-Apparat besonders stark aus.

Determination und Differenzierung sind genetisch gesteuerte Vorgänge. Während eine totipotente Zelle (Meristemzelle, Stammzelle, embryonale Zelle) noch zu jedem beliebigen Zelltyp ausdifferenzieren kann, sind die Zellen des Dauergewebes von festgelegter Struktur und Funktion. Nur in Ausnahmefällen können sie ihre Totipotenz wiedererlangen. Auch in einem erwachsenen Lebewesen sind nicht alle Zellen ausdifferenziert. Stets sorgen teilungsfähige, totipotente Zellen in bestimmten Organen oder Organteilen für Nachschub an Dauerzellen. Zellen des Kambiums und solche in den Apikalmeristemen der Pflanzen oder Stammzellen bei Säugern sind Beispiele dafür.

Aus der Differenzierung hervorgegangene Zellverbände, bestehend aus Zellen gleicher Gestalt und Funktion, werden als Gewebe bezeichnet.
Aus den Bildungsgeweben gehen so Dauergewebe hervor, die ihre Funktionen über sehr unterschiedlich lange Zeiträume erfüllen können. Mehrere Gewebetypen bilden zusammen eine Funktionseinheit, die man Organ nennt.

Schon bei einfach gebauten Vielzellern gibt es zahlreiche unterschiedlich differenzierte Zelltypen.

Innerhalb eines Organs bilden sich dabei ganz charakteristische Muster von Zelltypen und Geweben heraus. Die Musterbildung ist ein wesentliches Element der Gestaltentwicklung von Organismen.
Am Aufbau und den Funktionen eines Organs beteiligen sich mehrere Gewebetypen.

Koloniebildung und Zelldifferenzierung bei Grünalgen des Süßwassers
Chlamydomonas
angulosa
Gonium pectoraleEudorina elegansVolvox globator
20 µm große einzellige Grünalge100 µm große Alge, bei der 16 begeißelte Zellen in einer gallertigen Hülle zusammen-bleiben100 µm große Alge, bei der 32 begeißelte, gleichartige Zellen in einer gallertigen Hohlkugel zusammen-leben800 µm große Kugelalge, bestehend aus 20 000 Einzelzellen,
Zellen stehen untereinander über Plasma-brücken in Verbindung
EinzellerPlattenförmige
Kolonie
Kugelförmige
Kolonie
Dauerhafte, große Kolonie
Eine neue Alge entsteht nur durch Kern- und Zellteilung aus der Mutterzelle.Jede Zelle kann durch Kern- und Zellteilung neue Kolonien bilden.Jede Zelle kann durch Kern- und Zellteilung neue Kolonien bilden.Bestimmte Zellen der Mutterkolonie bilden im Kugelinneren Tochter-kolonien, die freigesetzt werden.
Die Einzelzelle vollbringt alle Leistungen, es existiert keine Differenzierung und Spezialisierung.Jede Zelle der Kolonie vollbringt gleichartige Leistungen, ist selbstständig lebens- und vermehrungs-fähig.Jede Zelle der Kolonie vollbringt gleichartige Leistungen, ist selbstständig lebens- und vermehrungs-fähig.Die Zellen einer Kolonie durchlaufen eine Differen-zierung und erfüllen innerhalb der Kolonie arbeitsteilige Aufgaben. Volvox gilt damit als Übergangs-form von den Ein- zu den Vielzellern.

Grünalgen des Süßwassers von links nach rechts: Chlamydomonas angulosa, Gonium pectorale, Eudorina elegans, Volvox globator

Die Differenzierung tierischer Zellen: Embryonale Zelle/Stammzelle

Aus nicht differenzierten, totipotenten Zellen können sich bei Tier und Mensch sehr verschiedene Zelltypen entwickeln. Die während der Differenzierung eintretenden Veränderungen in Gestalt, Größe und innerer Ausstattung sowie funktionellen Eigenheiten sind beachtlich und führen zu einer großen Vielfalt. Nahezu 200 verschiedene Zelltypen lassen sich zum Beispiel beim Menschen unterscheiden.

Differenzierung tierischer Zellen

Die Differenzierung pflanzlicher Zellen: Meristematische Zelle

Um die Funktionen eines höher organisierten Pflanzenkörpers sicherzustellen, entstehen aus teilungsfähigen meristematischen Zellen solche der spezialisierten Dauergewebe. Pflanzliche Dauergewebe sind:

  • Abschlussgewebe,

  • Festigungsgewebe,

  • Leitgewebe,

  • Grundgewebe.

Es treten auch weitere spezialisierte Zell- und Gewebetypen auf. Die Vielfalt der Differenzierung und Spezialisierung bleibt bei den Pflanzen jedoch hinter dem tierischen Organismus zurück.

Differenzierung pflanzlicher Zellen

Stand: 2010
Dieser Text befindet sich in redaktioneller Bearbeitung.

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