Hohltiere, zu denen auch Polypen gehören, sind faszinierende Lebewesen mit einem einfachen, aber effektiven Nervensystem. Dieser Artikel beleuchtet den Aufbau und die Funktion des Nervensystems von Polypen und geht dabei auf verschiedene Aspekte ein, von der allgemeinen Organisation bis hin zu speziellen Anpassungen.
Was sind Hohltiere und Polypen?
Hohltiere (Coelenterata) sind Gewebetiere (Eumetazoa) mit etwa 10.000 verschiedenen Arten, die hauptsächlich im Meerwasser, aber auch im Süßwasser vorkommen. Zu den Hohltieren gehören die Stämme der Nesseltiere (Cnidaria) und der Rippenquallen (Ctenophora). Bekannte Beispiele für Hohltiere sind Quallen, Korallen und Süßwasserpolypen.
Polypen sind eine der zwei grundlegenden Erscheinungsformen der Nesseltiere, die andere ist die Meduse (Qualle). Polypen sind meist sessile, zylindrische Organismen, die mit einer Fußscheibe am Untergrund befestigt sind. Mehrere Polypen können Kolonien bilden, wie es bei Korallen der Fall ist.
Aufbau der Hohltiere
Hohltiere weisen eine diploblastische Körperorganisation auf, das heißt, ihr Körper besteht aus zwei Zellschichten:
- Ektoderm: Die äußere Zellschicht, aus der sich die Haut (Epidermis) und das Nervensystem bilden.
- Entoderm: Die innere Zellschicht, die den Magen (Gastrodermis) bildet und zur Verdauung sowie Verteilung von Nährstoffen dient.
Zwischen diesen beiden Zellschichten befindet sich eine gallertartige Stützschicht, das Mesenchym (oder Mesogloea). Diese Schicht kann zellfrei sein oder Zellen enthalten, die aus den anderen Schichten eingewandert sind. Sowohl die äußeren als auch die inneren Zellen können Muskelfasern bilden. Die Zellen der äußeren Schicht können sich zudem zu Nerven- oder Nesselzellen umwandeln, während aus den inneren Zellen Geschlechtszellen entstehen können.
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Hohltiere besitzen einen Verdauungshohlraum (Gastralraum), dessen Öffnung gleichzeitig als Mund und After dient. Diese Öffnung ist meist von Fangarmen (Tentakeln) umgeben, die mit Nesselzellen besetzt sind.
Das Nervensystem der Hohltiere
Das Nervensystem der Hohltiere ist ein primitives, diffuses Nervennetzsystem. Es besteht aus Nervenzellen, die über den gesamten Körper verteilt sind und netzartig miteinander verbunden sind. Ein zentrales Nervensystem, wie ein Gehirn, fehlt.
Organisation des Nervennetzes
Die Nervenzellen der Hohltiere sind bipolar oder multipolar und bilden Synapsen mit anderen Nervenzellen oder mit Muskelzellen. Die Synapsen können sowohl chemischer als auch elektrischer Natur sein. Das Nervennetz ist nicht polarisiert, das heißt, die Erregung kann sich in alle Richtungen ausbreiten.
Funktion des Nervennetzes
Das Nervennetz ermöglicht es den Hohltieren, einfache Reize wie Berührungen, Licht oder chemische Substanzen wahrzunehmen und darauf zu reagieren. Die Reaktion kann eine Kontraktion des Körpers, das Auslösen von Nesselzellen oder eine Bewegung der Tentakel sein.
Besonderheiten bei Polypen
Bei Polypen ist das Nervennetz besonders dicht im Bereich der Mundöffnung und der Tentakel. Dies ermöglicht es den Polypen, ihre Beute zu fangen und zu verdauen. Einige Polypen, wie die Süßwasserpolypen (Hydra), zeigen bemerkenswerte Regenerationsfähigkeiten. Wird ein Polyp in mehrere Teile geschnitten, kann jeder Teil zu einem vollständigen Organismus regenerieren. Diese Fähigkeit hängt eng mit der Organisation und Funktion des Nervennetzes zusammen.
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Nesselzellen: Einzigartige Sinnes- und Verteidigungszellen
Ein besonderes Merkmal der Nesseltiere sind die Nesselzellen (Cnidozyten), die sich hauptsächlich in der Epidermis befinden, besonders an den Tentakeln. Diese Zellen enthalten Nesselkapseln (Nematocysten), die bei Berührung einen Nesselschlauch ausstoßen können. Der Nesselschlauch kann in die Beute eindringen und Gift injizieren oder sich um sie wickeln.
Funktionsweise der Nesselzellen
Die Funktionsweise der Nesselzellen ist bemerkenswert. Wird eine Nesselzelle von außen mechanisch gereizt, etwa von einem Beutetier, entlädt sie sich innerhalb kürzester Frist. Der in der Kapsel aufgerollte Schlauch schießt wie eine Harpune heraus und durchdringt die Außenhaut des Opfers oder umwickelt dessen Körper. Die gesamte Entladung ist selbst bei den komplexesten Kapseltypen in weniger als drei Millisekunden abgeschlossen; die kritische Phase der Entladung läuft sogar im Nanosekundenbereich ab. Dabei werden Beschleunigungen erzielt, die mehr als das 5.000.000fache der Erdbeschleunigung ausmachen.
Entwicklung der Nesselzellen
Die Entwicklung der Nesselzellen ist ein komplexer Prozess, der von verschiedenen Genen gesteuert wird. Eine Schlüsselrolle spielen dabei die sogenannten Wnt-Gene. Diese Gene sind bei allen Tieren dafür verantwortlich, dass sich eine Körperachse ausbildet und die jeweiligen Organe sowie das Nervensystem heranreifen.
Das Nervensystem des Süßwasserpolypen (Hydra)
Der Süßwasserpolyp Hydra ist ein beliebtes Modellsystem für die Erforschung der Neurobiologie und Entwicklungsbiologie. Hydra besitzt ein diffuses Nervensystem mit etwa 3000 bis 5000 einzelnen Nervenzellen, die in insgesamt sieben Nervenpopulationen zur Steuerung des Verhaltens unterteilt sind.
Selbstorganisation des Nervennetzes
Forschungen haben gezeigt, dass sich das Nervennetz von Hydra während der Embryonalentwicklung selbst organisiert. Zunächst beginnen einzelne Neuronen, Impulse auszusenden. Über die Zeit bilden sich daraus kleine Cluster aus wenigen Zellen, die sich verbinden und dabei ein synchrones Signal aussenden. Auf diese Weise bildet sich Stück für Stück eine dominante Gemeinschaft von Nervenzellen aus, die über ihre zunehmende Aktivität zusätzliche Cluster von Nervenzellen integriert und so weiter an Größe zunimmt.
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Umwelteinflüsse auf die Entwicklung des Nervensystems
Die Entwicklung des Nervensystems von Hydra ist nicht rein genetisch festgelegt, sondern wird auch von Umwelteinflüssen beeinflusst. So haben niedrige Temperaturen einen positiven Effekt auf die Ausbildung des Nervennetzes, während warme Temperaturen eher negative Auswirkungen haben. Auch das Mikrobiom, die Gesamtheit der Mikroorganismen, die den Polypen besiedeln, spielt eine wichtige Rolle bei der Entwicklung des Nervensystems. Keimfreie Hydra-Embryonen, die ohne Mikroben aufwachsen, haben eine deutlich reduzierte Anzahl an Neuronen.
Regeneration und Nervensystem
Die bemerkenswerte Regenerationsfähigkeit von Hydra hängt eng mit dem Nervensystem zusammen. Nach Verletzungen oder dem Verlust von Körperteilen können die verbleibenden Zellen des Polypen die fehlenden Strukturen vollständig ersetzen. Dabei spielen Stammzellen eine wichtige Rolle, die sich in verschiedene Zelltypen differenzieren können, einschließlich Nervenzellen.
Bedeutung für die Forschung
Die Erforschung des Nervensystems von Polypen, insbesondere von Hydra, liefert wichtige Erkenntnisse über die Evolution und Entwicklung von Nervensystemen. Die Einfachheit des Nervennetzes ermöglicht es, grundlegende Mechanismen der neuronalen Signalübertragung und Selbstorganisation zu untersuchen. Die Erkenntnisse aus der Polypenforschung können auch für das Verständnis und die Behandlung von neurologischen Erkrankungen beim Menschen relevant sein.
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