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Die Bedeutung des Zellkerns

Zwei Aufgaben: ein Blick in eine Leberzelle und Hämmerlings berühmte Pfropfversuche.

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Kern oder kein Kern?

AFB I–II

Im Blut eines Erwachsenen kreisen rund 25 Billionen rote Blutkörperchen. Jede Sekunde werden etwa 2 Millionen neue im Knochenmark gebildet — dort besitzen ihre Vorläuferzellen noch einen Zellkern. Kurz bevor sie ins Blut gelangen, stoßen sie den Kern aus.

Eine Leberzelle dagegen behält ihren Kern und kann viele Jahre alt werden.

  1. Nenne drei Bestandteile des Zellkerns.
  2. Beschreibe die Aufgabe des Zellkerns.
  3. Erkläre , warum rote Blutkörperchen nur etwa 120 Tage leben.
  4. Berechne , wie viele rote Blutkörperchen pro Tag neu gebildet werden.

Hinweise

Hinweis zu Aufgabe a)
Hülle, Erbsubstanz, dunkler Bereich.
Hinweis zu Aufgabe b)
Was enthält er, was steuert er?
Hinweis zu Aufgabe c)
Was kann eine Zelle ohne Kern nicht mehr?
Hinweis zu Aufgabe d)
1 Tag = 86 400 s.

Erwartungshorizont

Erwartungshorizont zu Aufgabe a)

Kernhülle mit Kernporen, Chromatin (DNA mit Proteinen), Kernkörperchen.

Erwartungshorizont zu Aufgabe b)

Der Kern enthält die Erbinformation. Er steuert Stoffwechsel, Wachstum und Teilung der Zelle und damit die Ausbildung ihrer Merkmale.

Erwartungshorizont zu Aufgabe c)

Ohne Kern fehlen die Bauanweisungen für neue Proteine. Verbrauchte oder beschädigte Bestandteile können nicht ersetzt werden, und die Zelle kann sich nicht teilen. Nach etwa 120 Tagen ist sie verbraucht und wird abgebaut.

Erwartungshorizont zu Aufgabe d)

2 000 000 · 86 400 ≈ 1,7 · 1011, also rund 170 Milliarden neue rote Blutkörperchen pro Tag.

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Hämmerlings Pfropfversuche

AFB II–III

Joachim Hämmerling arbeitete mit zwei Arten der einzelligen Schirmalge: Acetabularia mediterranea mit glattem, rundem Hut und A. crenulata mit gelapptem Hut. Der Zellkern liegt jeweils im Fuß.

Versuch 1: Er schnitt beiden Algen Hut und Fuß ab und setzte den Stiel von mediterranea auf den Fuß von crenulata. Der erste neue Hut war eine Mischform. Nachdem er ihn abgeschnitten hatte, bildete sich ein gelappter Hut.

Versuch 2: Ein kernloses Stielstück von mediterranea bildete einmal einen glatten Hut. Nach erneutem Abschneiden wuchs kein Hut mehr.

  1. Beschreibe Versuch 1 mit einer beschrifteten Skizze in drei Schritten.
  2. Deute das Ergebnis von Versuch 1.
  3. Erkläre die Mischform des ersten Huts und das Ergebnis von Versuch 2 mit derselben Annahme.
  4. Entwickle einen Versuch, der ausschließt, dass der Fuß (statt des Kerns) die Hutform bestimmt.

Hinweise

Hinweis zu Aufgabe a)
Ausgangsalgen — Pfropfung — Hüte.
Hinweis zu Aufgabe b)
Wovon hängt die Form des zweiten Huts ab?
Hinweis zu Aufgabe c)
Botenstoffe des Kerns bleiben eine Zeit lang im Zellplasma.
Hinweis zu Aufgabe d)
Fuß und Kern müssen von verschiedenen Arten stammen.

Erwartungshorizont

Erwartungshorizont zu Aufgabe a)

Skizze: zwei Algen mit glattem bzw. gelapptem Hut; Pfropfung Stiel mediterranea auf Fuß crenulata (Kern markiert); erster Hut Mischform, zweiter Hut gelappt. Beschriftung: Hut, Stiel, Fuß, Kern.

Erwartungshorizont zu Aufgabe b)

Der zweite Hut ist gelappt wie bei crenulata, obwohl der Stiel von mediterranea stammt. Die Hutform wird also vom Kern im Fuß bestimmt.

Erwartungshorizont zu Aufgabe c)

Annahme: Der Kern gibt Botenstoffe (Bauanweisungen) ins Zellplasma ab, die eine Zeit lang wirken. Im mediterranea-Stiel waren noch solche Stoffe vorhanden: Zusammen mit den neuen Stoffen des crenulata-Kerns entstand eine Mischform. Im kernlosen Stiel reichen die vorhandenen Stoffe für einen Hut; danach sind sie verbraucht und es kommen keine neuen nach.

Erwartungshorizont zu Aufgabe d)

Kerntausch: Den Kern aus dem Fuß einer mediterranea entfernen und durch einen Kern von crenulata ersetzen. Fuß und Stiel stammen dann von mediterranea, nur der Kern von crenulata. Erwartung: Nach zweimaligem Abschneiden wächst ein gelappter Hut — dann ist der Kern verantwortlich, nicht der Fuß.