Zelldifferenzierung
Schon in einem sehr frühen Stadium werden neu gebildete Zellen auf ihre künftige Aufgabe festgelegt. Die fortschreitende Einengung der Entwicklungsmöglichkeiten totipotenter Zellen bezeichnet man als Determination. Sie wird bestimmt durch cytoplasmatische Faktoren, die Lage der Zellen und ihre physiologischen Beziehungen zueinander.
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.
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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 pectorale | Eudorina elegans | Volvox globator |
| 20 µm große einzellige Grünalge | 100 µm große Alge, bei der 16 begeißelte Zellen in einer gallertigen Hülle zusammen-bleiben | 100 µm große Alge, bei der 32 begeißelte, gleichartige Zellen in einer gallertigen Hohlkugel zusammen-leben | 800 µm große Kugelalge, bestehend aus 20 000 Einzelzellen, Zellen stehen untereinander über Plasma-brücken in Verbindung |
| Einzeller | Plattenförmige 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. |
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.
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Differenzierung tierischer Zellen
Renate Diener
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:
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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.
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Differenzierung pflanzlicher Zellen
Renate Diener
