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Astrobiologie-Projekt Herzog-Johann- Gymnasium Simmern.

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Präsentation zum Thema: "Astrobiologie-Projekt Herzog-Johann- Gymnasium Simmern."—  Präsentation transkript:

1 Astrobiologie-Projekt Herzog-Johann- Gymnasium Simmern

2 Bärtierchen, REM-Aufnahme (Tardigrada: Langsamschreiter) Bärtierchen, REM-Aufnahme (Tardigrada: Langsamschreiter)

3 Bärtierchen im Weltraum: Überlebenstest bestanden Das deutsche Forschungsmodul der "Foton-M3" Mission ist mit Bärtierchen aus Stuttgart besetzt, die sogar einen "Weltraumspaziergang" durchführen durften. Foto: NASA

4 Astrobiologie-Vortrag für SchülerInnen der Bio LK 11 und 12 am Referentin: Frau Dr. Kristina Beblo, Expertin für Extremophile am DLR in Köln Extremophile am DLR in Köln Thema: "Leben unter extremen Bedingungen und Möglichkeiten außerhalb der und Möglichkeiten außerhalb der Erde Erde

5 Inhalt des Referates : Entstehung des Lebens auf der Erde Entstehung des Lebens auf der Erde Leben unter Extrembedingungen auf der Erde Leben unter Extrembedingungen auf der Erde Lebensbedingungen auf anderen Planeten innerhalb und außerhalb unseres Sonnensystems Lebensbedingungen auf anderen Planeten innerhalb und außerhalb unseres Sonnensystems Wie untersucht man andere Planeten, was wissen wir bereits, was wollen wir wissen Wie untersucht man andere Planeten, was wissen wir bereits, was wollen wir wissen

6 Weltraumforschung auf dem Meeresboden Weltraumforschung auf dem Meeresboden Im Mini-U-Boot ALVIN wird ein Schwarzer Im Mini-U-Boot ALVIN wird ein Schwarzer Raucher angesteuert Raucher angesteuert

7 Schwarzer Raucher ( Quelle: Kristina Beblo, DLR Köln) Oase des Lebens Schwarzer Raucher ( Quelle: Kristina Beblo, DLR Köln) Oase des Lebens

8 Schülerin pipettiert eine Bärtierchen-Probe auf den Objektträger

9 Bärtierchen ( Tardigraden ) von Bärtierchen ( Tardigraden ) von Katharina Frehmann und Eva Prinz

10 Inhaltsverzeichnis Steckbrief Steckbrief Anatomie Anatomie Ernährung Ernährung Atmung Atmung Fortpflanzung Fortpflanzung Eier Eier Alte und junge Bärtierchen Alte und junge Bärtierchen Trockenform Trockenform Bedeutung für die Astrobiologie Bedeutung für die Astrobiologie

11 Steckbrief Entdecker: Johann August Ephraim Goeze (1772) Entdecker: Johann August Ephraim Goeze (1772) Überstamm: Häutungstiere Überstamm: Häutungstiere Arten: ca. eine Million Arten: ca. eine Million Größe: Mikrometer Größe: Mikrometer Lebensraum: möglichst feuchte Umgebungen wie Mooskissen, Teiche, Seen, Ozeane (bis zu 3700m Tiefe), alle Klimazonen Lebensraum: möglichst feuchte Umgebungen wie Mooskissen, Teiche, Seen, Ozeane (bis zu 3700m Tiefe), alle Klimazonen Körperbau: erinnert an Teddybären, kaum abgesetztes Kopfsegment Körperbau: erinnert an Teddybären, kaum abgesetztes Kopfsegment Fortpflanzung: meist geschlechtlich, bei manchen Arten jedoch parthenogenetisch (ohne Beteiligung von Männchen) Fortpflanzung: meist geschlechtlich, bei manchen Arten jedoch parthenogenetisch (ohne Beteiligung von Männchen) Nahrung: Algenzellen, Zellen von Moosblättchen, andere kleine Organismen (z.B. Rädertierchen und Fadenwürmer) Nahrung: Algenzellen, Zellen von Moosblättchen, andere kleine Organismen (z.B. Rädertierchen und Fadenwürmer) Natürliche Feinde: kaum Feinde; Ausnahmen: einige fleischfressende Pilze, Rädertierchen und Amöben Natürliche Feinde: kaum Feinde; Ausnahmen: einige fleischfressende Pilze, Rädertierchen und Amöben Lebensdauer: nicht genau festzustellen, wird jedoch auf die Lebensdauer eines Menschen geschätzt Lebensdauer: nicht genau festzustellen, wird jedoch auf die Lebensdauer eines Menschen geschätzt

12 Anatomie

13 Anatomie Augen: Rot oder schwarz gefärbt, sind von Photorezeptorzellen umgebene Pigmentzellen, von Gehirnlappen mit Nerven versorgt (nicht alle Bärtierchenarten haben Augen) Augen: Rot oder schwarz gefärbt, sind von Photorezeptorzellen umgebene Pigmentzellen, von Gehirnlappen mit Nerven versorgt (nicht alle Bärtierchenarten haben Augen) Ausscheidung: Erfolgt nicht nur über den After, Schadstoffe werden auch in die Cuticula (Hautschicht) eingebaut und bei der nächsten Häutung entsorgt Ausscheidung: Erfolgt nicht nur über den After, Schadstoffe werden auch in die Cuticula (Hautschicht) eingebaut und bei der nächsten Häutung entsorgt Speicheldrüsen: Produzieren nicht nur Verdauungssäfte sondern auch Stilette, die in Scheiden innerhalb der Speicheldrüsen ruhen Speicheldrüsen: Produzieren nicht nur Verdauungssäfte sondern auch Stilette, die in Scheiden innerhalb der Speicheldrüsen ruhen Beine: Die ersten drei Beinpaare dienen zur Fortbewegung in einem dünnen Wasserfilm, z.B. um über ein Sandkorn zu kraxeln, das vierte und letzte Beinpaar dient dazu, sich am Untergrund festzuhalten, oder auch zum Rückwärtslaufen, die Klauen sind dabei zum Ergreifen des Substrates gedacht, bei vielen Arten sind zwischen den Klauen auch Schwimmhäute angebracht (schnellste Geschwindigkeit: 17,7cm pro Stunde). Generell ist die Fortbewegung jedoch eher passiv durch Wasserströme oder Luftzüge. Beine: Die ersten drei Beinpaare dienen zur Fortbewegung in einem dünnen Wasserfilm, z.B. um über ein Sandkorn zu kraxeln, das vierte und letzte Beinpaar dient dazu, sich am Untergrund festzuhalten, oder auch zum Rückwärtslaufen, die Klauen sind dabei zum Ergreifen des Substrates gedacht, bei vielen Arten sind zwischen den Klauen auch Schwimmhäute angebracht (schnellste Geschwindigkeit: 17,7cm pro Stunde). Generell ist die Fortbewegung jedoch eher passiv durch Wasserströme oder Luftzüge.

14 Ernährung Vorderleib eines Bärtierchens; der Schlundkopf (hinter der kurzen, dicken Speiseröhre) dient zum Kauen und Schlucken Vorderleib eines Bärtierchens; der Schlundkopf (hinter der kurzen, dicken Speiseröhre) dient zum Kauen und Schlucken Zur Nahrungsaufnahme pressen die Bärtierchen ihren Mundkegel gegen Beute/Nahrung. Die Stilette, die in Scheiden innerhalb der Speicheldrüsen ruhen, können bis aus der Mundhöhle heraus gefahren, um beispielsweise eine Alge anzustechen, die dann mit dem Mund und mithilfe von Unterdruck in den Schlundinnenraum gesaugt wird. Die Bärtierchen ernähren sich hauptsächlich von Algen (vegetarisch), einige räuberische Arten fressen auch Rädertierchen, Fadenwürmer, kleinere Bärtierchen (die sie in einem Haps ganz verschlingen können) und auch organische Abfälle, sodass Bakterien oder Pilzsporen mit aufgenommen werden.

15 Atmung Atmung durch Sauerstoffdiffusion Atmung durch Sauerstoffdiffusion Einige Arten bewegen sich sehr schnell und benötigen mehr Sauerstoff Einige Arten bewegen sich sehr schnell und benötigen mehr Sauerstoff => zur Beschleunigung der Diffusion drehen sie sich um sich selbst => zur Beschleunigung der Diffusion drehen sie sich um sich selbst Dadurch ist die Körperflüssigkeit in der Leibeshöhle in Bewegung (mit dem menschlichen Kreislauf zu vergleichen) Dadurch ist die Körperflüssigkeit in der Leibeshöhle in Bewegung (mit dem menschlichen Kreislauf zu vergleichen) Rücken eines Bärtierchens

16 Fortpflanzung Bärtierchen-Paar Über die Fortpflanzung der Bärtierchen ist recht wenig bekannt, fest steht jedoch, dass… …es Bärtierchenarten mit Männchen und Weibchen gibt (geschlechtliche Fortpflanzung) …es Bärtierchenarten mit nur Weibchen gibt (parthenogenetische Fortpflanzung) …bei den Arten mit zwei Geschlechtern nur ca. 10% männlich sind)

17 Eier Abgestreifte Hauthülle mit zwei ca. 100 Mikrometer langen Eiern Computermodelle von Bärtiercheneiern Ein einzeln abgelegtes Bärtierchenei Drei frei abgelegte, miteinander verklebte Eier Artenabhängig legen Bärtierchen 1-35 Eier, die eine Reifezeit von 1-3 Wochen haben. Es gibt zwei verschiedene Arten der Eiablage: Entweder werden sie nach einer der regelmäßigen Häutungen in der alten Haut zurückgelassen, dabei sind die Eier glatt. Oder die Eier werden frei deponiert. In diesem Fall verfügen sie über sogenannte Eifortsätze, mit denen mehrere Eier aneinander kleben können.

18 Eier Bärtierchenjunges beim Schlüpfen: Nach 0 Sekunden Nach 30 Sekunden Nach 60 Sekunden

19 Alte Bärtierchen Hinterleib und Beine eines alten Bärtierchens Plattenpanzerfuge eines alten Bärtierchens mit roten Vakuolen Ältere Bärtierchen kann man gut mit älteren Menschen vergleichen: Sie sind schwerfälliger, langsamer, beleibter, haben Lederhaut, Altersflecken und, analog zu Leberflecken beim Menschen, rote Vakuolen. Außerdem fällt ihnen das Erwachen aus der Trockenstarre deutlich schwerer als jüngeren Bärtierchen.

20 Junge Bärtierchen Bärtierchen im KleinkindalterBärtierchen-Baby Junge Bärtierchen sind menschlichen Kleinkindern recht ähnlich: Der Kopf ist im Verhältnis zum Körper recht groß, sie haben kurze Stummelbeine, Große Vitalität und offensichtlich große Freude beim Erkunden ihrer Umgebung.

21 Trockenform Bärtierchen in Trockenform auf dem Glashaar eines Moosblättchens Besonders regelmäßiges Tönnchen Bärtierchen sind in der Lage, sich, um ungünstige Bedingungen wie z.B. Trockenheit zu überleben, in eine Trockenstarre zu versetzen, in der sie jahrelang ausharren können. In dieser Form beträgt der Wassergehalt in ihren Körpern nur ca. 2%. Enzymatisch gesteuerte chemische Reaktionen werden dadurch unmöglich; die Bärtierchen verlangsamen alle Stoffwechselprozesse bis nahezu zum Stillstand bzw. stellen sie vollständig ein. In der Trockenform ähneln die Bärtierchen kleinen Tönnchen. Wenn sie bei günstigen Bedingungen austrocknen, entstehen regelmäßige, kompakte und symmetrische Tönnchen. Werden sie jedoch zum schnellen Austrocknen gezwungen, entstehen verbeulte, weniger kompakte Tönnchen mit größeren Oberflächen. Sobald die Bärtierchen wieder optimale Bedingungen vorfinden, erwachen sie innerhalb von 15 Minuten. Dieser Prozess ist jedoch so anstrengend, dass ihn nicht alle Bärtierchen überleben.

22 Trockenform Wie funktioniert das Austrocknen? Das Wasser im Körper des Bärtierchens wird u.a. durch Trehalose ersetzt Das Wasser im Körper des Bärtierchens wird u.a. durch Trehalose ersetzt => dadurch werden die biochemischen Entwässerungsschäden in Grenzen gehalten (Trehalose kann mit dem Gewebe ein oxidationsstabiles System bilden) => dadurch werden die biochemischen Entwässerungsschäden in Grenzen gehalten (Trehalose kann mit dem Gewebe ein oxidationsstabiles System bilden) Eine große Menge Glycerin wird gebildet => ist beliebig mit Wasser mischbar und kann es zum Teil ersetzen, außerdem hemmt es oxidative Reaktionen als Radikalfänger (Wirkung als Konservierungsmittel) Eine große Menge Glycerin wird gebildet => ist beliebig mit Wasser mischbar und kann es zum Teil ersetzen, außerdem hemmt es oxidative Reaktionen als Radikalfänger (Wirkung als Konservierungsmittel) Der Energiebedarf beim Eintrocknen und Regenerieren wird durch Glykogen gedeckt, welches schon im Voraus in speziellen Speicherzellen angereichert wurde Der Energiebedarf beim Eintrocknen und Regenerieren wird durch Glykogen gedeckt, welches schon im Voraus in speziellen Speicherzellen angereichert wurde

23 Trockenform Bärtierchen beim Erwachen aus der Trockenstarre: Ca. 90 sec nach Wasserzutritt Beginnendes Quellen Fortgesetztes Quellen Die Gliedmaßen treten hervor Der Körper zuckt und krümmt sich Das Bärtierchen ist erwacht

24 Bedeutung für die Astrobiologie Das Bärtierchen erfüllt alle Bedingungen, um im Weltall überleben zu können: Es erträgt das Vakuum Es erträgt das Vakuum Es hält extreme Hitze und extreme Kälte aus Es hält extreme Hitze und extreme Kälte aus Es erträgt hohe radioaktive Strahlung Es erträgt hohe radioaktive Strahlung Es kommt jahrelang ohne Luft, Wasser und Nahrung aus Es kommt jahrelang ohne Luft, Wasser und Nahrung aus

25 Quelle:

26 Filmsequenz: Bärtierchen unter dem Mikroskop

27 Einteilung der Proben in 3 Gruppen Einteilung der Proben in 3 Gruppen Dunkelkontrolle (keine Vakuumexposition) 24 h Vakuumexposition 96 h Vakuumexposition

28 Vakuumanlage DLR Köln

29 Vakuumbehälter für Proben DLR Köln

30 Im Labor des DLR Köln Vakuumexposition


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