Aids - Segals Theorie erläutert: Leben

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Inhaltsverzeichnis

[Bearbeiten] Einleitung

[Bearbeiten] Zusammenfassung

Leben entstand im Urozean, der Ursuppe, durch Vorgänge die mit hoher Wahrscheinlichkeit, also oft, auftreten. Kleinste Bausteine des Lebens sind die Zellen, die in ihrem Inneren stabile Bedingungen mit geringer Entropie aufrechterhalten. Stört man eine Zelle (= Reiz), so wendet sie Energie auf, um der Störung entgegenzuwirken (= Erregung). Ist die Störung beseitigt, dann nimmt der Energieumsatz wieder ab. Leben ist ein System aus Regelkreisen sowie physikalischen und chemischen Vorgängen. Man kann es mit mathematischen Konzepten wie: Fließgleichgewicht, Logistische Vermehrung, nichtproportionale Zunahme und Pharmakinetik berechnen. Der Mensch kann denken und beginnt mit Biotechnologie und Gentechnik grundlegende Vorgänge des Lebens zu ändern. Schon vorher kam es bei der Entdeckung von Australien zu einer Kaninchenplage (= Invasionsbiologie). In Neuseeland wurde der Moa (= großer Laufvogel) ausgerottet, weil mitgebrachte Säugetiere ihm das Futter wegfraßen. Das Aids- Problem soll mit Kenntnis auch grundlegender Konzepte der Biologie gelöst werden, nicht nur mit Bio- und Gentechnologie. Moderne Lehrbücher sind aber gerade von diesen neuen Möglichkeiten geprägt. Es bedarf einiger Mühe, das Konzept der Erregung der Zellen deutlich zu machen. Erregbare Koazervate gab es bereits zu Anfang der Entstehung des Lebens. Sie hatten keine DNA, teilten sich aber trotzdem.

[Bearbeiten] Leben aus dem Urozean

[Bearbeiten] Zusammenfassung

Der sowjetische Biochemiker und Evolutionsforscher Alexander Iwanowitsch Oparin stellte 1924 die Theorie der Entstehung des Lebens auf. Sie basiert auf Ereignissen, die häufig und mit hoher Wahrscheinlickeit eintreten, nicht jedoch auf seltenen, unwahrscheinlichen Ereignissen. [1]

[Bearbeiten] Merkmale des Lebens

Etwas ist erst dann ein Lebewesen, wenn jede der folgenden Eigenschaften zutrifft. [2]

  • Wachstum
  • Ausscheidung
  • Stoffwechsel
  • Vermehrung
  • Reizbarkeit
  • Regulation
  • Anpassung
  • Wechselbeziehungen

Lebewesen sind eigenständige Subjekte, in denen jedoch physikalische und chemische Vorgänge ablaufen.

[Bearbeiten] Verschiedene Stufen

Stufe

Geschehen

1

Aus den anorganischen Stoffen Wasserstoff, Methan, Ammoniak und Wasser entstehen im Urozean unter Energiezufuhr viele chemische Verbindungen, darunter auch Aminosäuren (Bausteine der Eiweiße, siehe Miller- Urey- Experiment).

2

Die in großer Menge vorhandenen Aminosäuren polymerisieren zu Eiweißketten. Die Konzentration der Eiweiße wächst.

3

Ab einer bestimmten Konzentration beginnen die Eiweißmoleküle aufeinander zuzuwandern. Sie bilden Koazervate. Koazervate stabilisieren sich bereits durch Pufferwirkung und durch Regelung selbst.

4

Die Koazervate beginnen sich zu teilen und fangen an, mit der Umgebung Stoffe auszutauschen.

5

Weil die Nährstoffe knapp werden, beginnt ein Ausleseprozess unter den Lebewesen.

6

Erbinformation (DNA) entsteht. Chloroplasten und Mitochondrien werden von größeren Zellen aufgenommen und gehen mit diesen eine Symbiose ein.

7

Der Mensch fängt an, seine Umwelt selbst zu gestalten und greift dabei zur Genmanipulation.

[Bearbeiten] Miller- Urey- Experiment

Der US- amerikanische Biologe und Chemiker Stanley Miller und der US- amerikanische Chemiker Harold Clay Urey stellten 1953 die Uratmosphäre der Erde in einem Experiment nach [3]. Dabei erhielten sie eine Anzahl von Aminosäuren als Bausteine der Eiweiße.

Beschreibung

Zunächst füllten sie die Apparatur mit den Stoffen Wasserstoff, Methan, Ammoniak und Wasser. Der Kolben (b) wurde elektrisch erhitzt. Der Ballon (f) stellte die Uratmosphäre nach. Die Funkenstrecke (e) führte dem Gemisch Energie zu und das Gemisch kondensierte im Kühler (d). Im Auffangrohr (c) sammelte sich dann Flüssigkeit mit den entstandenen Aminosäuren.

[Bearbeiten] Koazervate

Eiweiße bestehen aus verketteten Aminosäuren. Alle Aminosäuren haben eine gleiche Aminogruppe und eine gleiche Säuregruppe. Dazu hat jede Aminosäure eine Seitenkette (Rest), die jedoch bei jedem Typ Aminosäure unterschiedlich ist. Verkettung der Aminosäuren bedeutet, dass sich jeweils die Aminogruppe des Nachfolgers an die Säuregruppe des Vorgängers anlagert, es entsteht Eiweiß. Die chemisch aktiven Seitenketten verbinden sich dabei im Eiweiß untereinander: das Eiweiß faltet sich. Nach einiger Zeit fangen die Seitenketten jedoch an sich zu entfalten und mit Stoffen der Umgebung zu reagieren: Das Eiweiß denaturiert.

Globuline (das ist ein Sammelbegriff für kugelförmige Eiweiße) hören jedoch in schwacher Salzlösung auf sich zu entfalten. Bei hoher Konzentration im Wasser häufen sich die Eiweiße zu Koazervaten an. Alles Wasser im Koazervat ist an den Oberflächen der Eiweiße gebunden. Damit befindet sich im Koazervat kein gelöstes Salz mehr. Ohne Salz jedoch fängt das Eiweiß wieder an sich zu entfalten und chemisch zu reagieren. Erhöht man nun den Säuregrad, dann beginnt das Eiweiß stärker chemisch zu reagieren. Es entstehen elektrische Ladungen, die die Wirkung der Säure aufheben. Bei einer sehr großen Störung schließlich bricht das Koazervat zusammen und Salzwasser strömt ein. Damit werden die chemischen Reaktionen verringert und das Koazervat bildet sich von neuem.

Die Ordnung in einem Koarzervat wird durch chemische Energie aufrecht erhalten. Unter den vielen möglichen Koazervaten wurden solche ausgelesen, die Energie aus ihrer Umwelt aufnehmen konnten und sie verbrauchten, um die eigene Ordnung immer wiederherzustellen. Gleichzeitig wurden die Koazervate häufig, die sich vermehrten. Wenn ein Koazervat zu groß wird, nimmt jedoch der Anteil der Oberfläche ab. Damit kann es sich nicht mehr selbst regulieren, weil z.B. kein Salzwasser mehr einströmen kann. Die Größe, ab der sich das Koazervat dann teilt, entspricht der Größe heutiger Zellen.

[Bearbeiten] Vermehrung

Ein Lebewesen kann sich solange mit der Geschwindigkeit der Exponentialfunktion vermehren, bis sein Lebensraum gesättigt ist. Qualitativ kann man folgende vereinfachte Differetialgleichung aufstellen (es sei angenommen, dass die Geschwindigkeit der Vermehrung proportional zur verbleibenden Anzahl freier Plätze ist):

I...Anzahl der Individuen, I >= 0
t...Zeit
k...Zahlenfaktor
C...Anfangsbedingung
M...Maximale Zahl der Individuen im Lebensraum, M >=I

(1) dI/dt=k*I(M-I)

Als Lösung erhält man:

(2) 1/M*dI*(1/I+1/(M-I))=k*dt

(3) ln(I/(M-I))=M*k*t+_C; C=exp(_C)

(4) I=M/(1+1/(C*exp(M+k*t)))

Für ein Beispiel sollen nun Anfangsbedingung und Faktor errechnet werden:

I1 ...Individuen zu Beginn
I2 ...Individuen nach einer Zeitspanne
t1 ...Zeit zu Beginn
t2 ...Zeit für I2
t99...Zeit nach der ein Individuum zur Sättigung fehlt

I1:=1
I2:=2
t1:=0
t2:=20
M :=100

C=I0/(M-I0)=0.010101
k=(ln(1/99)-ln(2/98))/(M*t1-t2)=0.00035165
t99=(ln(99)-ln(C))/(M*k)=261.35

Das daraus erzeugte Diagramm zeigt, dass die Vermehrung zuerst mit steigender Geschwindigkeit verläuft, dass aber die Geschwindigkeit in der Nähe der Sättigung wieder abnimmt. Das entspricht dem logistischen Wachstum.

Population growth.png

Der angegebene Sachverhalt ist in konkreterer Form Teil der Wachstumsgesetze [4]. Er hat z.B. Bedeutung für die Ausbreitung von Krankheiten.

[Bearbeiten] Erbinformationen

Koazervate fangen bereits an, sich wie Leben zu verhalten. Heutige Zellen jedoch besitzen Zellorganellen, darunter auch den Zellkern (speichert Erbinformationen in DNA) und Ribosomen (verwirklichen Erbinformationen mit RNA). Lebewesen vervielfältigen sich und geben ihre Erbinformation weiter. Dabei gibt es einen materiellen Raum (Phänotyp) und einen Informationsraum (Genotyp). Im Phänotyp findet dabei eine Zuchtwahl statt; die Zuchtwahl begünstigt Lebewesen, die besser angepasst sind ("Survival of the Fittest"). Im Genotyp gibt es Mutationen und Kombinationen der Erbinformationen. Bei zweigeschlechtlicher Fortpflanzung ergibt das folgenden Ablauf:

  • Im Genotyp erfolgen Mutationen. Die Erbinformationen beider Elternteile werden zu einer neuen Erbinformation gemischt.
  • Die Erbinformation wird realisiert. Das entspricht einem Übergang vom Genotyp in den Phänotyp. Es entsteht ein neues Lebewesen.
  • Im Phänotyp kämpft das Lebewesen ständig mit Störungen, dabei werden besser angepasste Lebewesen begünstigt (sie können besser ihre Ordnung sichern).
  • Von Zeit zu Zeit wird die Erbinformation kopiert. Das entspricht einem Übergang vom Phänotyp in den Genotyp.

Bei der Steuerung des Lebens durch die Erbinformation gibt es zwei Konzepte: Zum einen erfolgen zufällige Mutationen und zum anderen werden bereits vorhandene Kombinationen gemischt. Auch können sich die Veränderungen der Erbinformation unterschiedlich vollziehen: Zum einen kann sich die Information langsam in kleinen Schritten verbessern (ein Bergsteiger steigt langsam einen Berg herauf) und zum anderen kann eine sprungartige Veränderung erfolgen (der Bergsteiger steigt den ersten Berg herunter und begibt sich zu einem zweiten Berg, der insgesamt viel höher ist, als der erste Berg).

Die Veränderung der Erbinformationen erfolgt auch beim Hiv- Virus, wenn es sich an verschiedene Behandlungsmethoden "anpasst".

[Bearbeiten] Regelkreise

[Bearbeiten] Zusammenfassung

Ein Regelkreis sichert, dass in einem abgeschlossenem System eine physikalische Größe annähernd gleich bleibt. Wirkt eine Störung auf das System ein, dann wendet der Regelkreis Hilfsenergie auf, die der Störung entgegenwirkt. Häufig wird eine negative Rückkopplung angewendet. Regelungen lassen sich durch zeitliche Gleichungen beschreiben. Dabei muss die Regelung möglichst schnell wirken, aber sie darf nicht schwingen. Lebewesen sichern sich, oftmals durch viele gleichzeitig wirkende Regelkreise, gleichbleibende Bedingungen. Nur so können bestimmte chemische Reaktionen geordnet ablaufen.

Beispiele für Regelkreise sind

  • pH- Wert des Blutes im Körper
  • Servolenkung im Kraftfahrzeug
  • Temperatur des Bügeleisens

[Bearbeiten] Beispiel

Das folgende Beispiel zeigt die Regelung der Temperatur im Bügeleisen. Zuerst ist der Schaltkontakt geschlossen. Die Energiequelle gibt elektrische Energie ab und der Heizwiderstand erwärmt das System. Dadurch verbiegt sich der Bimetallstreifen. Er ist mit dem Schaltkontakt mechanisch verbunden. Der Bimetallstreifen öffnet den Schaltkontakt und die Temperatur im System wird wieder kleiner. Im Falle des Bügeleisens ist die Temperatur zum Öffnen des Schaltkontaktes etwas größer als die Temperatur zum Schließen des Schaltkontaktes (Hysterese). Dadurch entstehen zwischen den Schaltvorgängen kurze Pausen.

Regelung bügeleisen.png

[Bearbeiten] Einfacher, allgemeiner Regelkreis

Das folgende Schema zeigt einen einfachen, allgemeinen Regelkreis. Die Regelstrecke ist dabei ein zum Teil abgeschlossener Raum, in dem eine physikalische Größe gleich gehalten werden soll. Über die Führungsgröße kann man den Sollwert der zu regelnden Größe bestimmen. Im Vergleicher wird nun eine Rechenoperation ausgeführt, es kann z.B. die zu regelnde Größe (Istwert) von der Führungsgröße abgezogen werden. Im Verstärker wird nun, unter Beachtung des Vorzeichens, das Ergebnis der Berechnung verstärkt. Es wirkt mit seiner Energie zurück auf die Regelstrecke. Weil eine Subtraktion stattfand, kommt eine negative Rückkopplung zustande. Trotz Verstärkung und Rückkopplung hat die zu regelnde Größe noch geringe Schwankungen und die Regelung reagiert mit geringer Trägheit. Es muss eine beabsichtigte Genauigkeit gesichert werden.

Regelung schema.png

[Bearbeiten] Regelung im Lebewesen

Lebewesen sind zum Teil Subjekte (sie wirken auf die Umwelt ein) und zum Teil Objekte (die Umwelt wirkt auf das Lebewesen ein). Das Innere eines Lebewesens ist teilweise von der Umwelt abgetrennt und hat stabile physikalische und chemische Werte. Ein Beispiel für eine höherstufige Regelung ist der Neuromodulator Dopamin [5].

Dopamin wird im hinteren Teil des Gehirns gebildet und wandert zum Frontalhirn. Das Denken findet dabei auf einer semantischen (= Bedeutung) Landkarte statt. Dort liegen ähnliche Begriffe nah beieinander. So liegt "Zitrone" nah bei "sauer". "Sauer" liegt nah bei "süß". Wenn eine Bedeutung aktiviert wird, dann gibt ein bestimmtes Neuron (= Nervenzelle) elekrische Signale ab, es feuert. Dazu werden ähnliche Bedeutungen gebahnt (= zugänglich gemacht). Ist zuwenig Dopamin im Frontalhirn vorhanden, dann ist das Denken ungenau und es wird bei "Zitrone" auch "süß" gebahnt. Dieses Verhalten kann, neben weiteren Effekten, bei Schizophrenie gemessen werden. Ist zuviel Dopamin im Frontalhirn vorhanden, dann ist das Denken zu genau und es wird bei "Zitrone" nicht einmal mehr "sauer" gebahnt. Weil dabei keine neuen Inspirationen mehr erfolgen, nimmt der Betreffende nichts neues mehr auf und es verfestigen sich wahnhafte Vorstellungen.

Dopamin wird von bestimmten Zellen gebildet. Diese Zellen besitzen auf ihrer Oberfläche Rezeptoren für Dopamin. Wenn die Zelle genug Dopamin gebildet hat, dann bemerkt das der Rezeptor auf der Zelloberfläche und die Zelle hört mit der Produktion auf. Bei Schizophrenie wird zu wenig Dopamin produziert. Man behandelt die Krankheit mit bestimmten Neuroleptika (= Gruppe von Medikamenten, die Neuromodulatoren beeinflussen). Das Medikament blockiert den Rezeptor auf der Zelloberfläche. Dadurch kann er kein Dopamin mehr feststellen und es scheint zuwenig Dopamin vorhanden zu sein. Die Zelle steigert daraufhin die Produktion. Da es sich um einen Regelkreis handelt, kann man damit die mehrwöchige Zeit erklären, nach der das Neuroleptikum erst zu wirken beginnt. Ebenfalls bekannt ist noch, dass das Dopamin bei freudigen Ereignissen freigesetzt wird. Hier kann man dessen Produktion also ohne Medikamente beeinflussen.

[Bearbeiten] Nicht proportionale Effekte

[Bearbeiten] Zusammenfassung

"Liebling, ich habe die Kinder geschrumpft!" Eigentlich könnte man ja jedes Lebewesen mit der Lupe maßstäblich vergrößern oder verkleinern; wenn sich das nicht im Raum abspielen würde. Aus der Schule ist bekannt, dass man räumliche Maßeinheiten anders umrechnen muss als einfache. Die Tatsache bedeutet dass:

  • Kleine Lebewesen frieren, weil die Körperoberfläche bei Verkleinerung weniger abnimmt als der Rauminhalt.
  • Felder (elektrische, magnetische und Gravitationsfelder) im Raum mit dem Abstand quadratisch abnehmen, weil die Kugeloberfläche quadratisch mit dem Radius zunimmt.
  • Kohäsionskräfte bei kleinen Zellen mehr zum Tragen kommen, weil die Abstände und Massen klein sind.

Das Aids- Problem findet in mikroskopisch kleinen Zellen und Viren statt. Dort herrschen andere Verhältnisse als bei Maschinen oder auf dem Fußballplatz. Für die Entstehung des Lebens bedeutet die Nichtproportionalität, dass Zellen eine bestimmte optimale Größe haben.

[Bearbeiten] Beispiel

Das folgende Bild zeigt, was passiert, wenn man die Kantenlänge eines Würfels verdoppelt. Das gleiche kann man auch mit einer Pizza machen. Bei Lebewesen steht dabei der Rauminhalt für die Wärmeproduktion und die Oberfläche für den Wärmeverlust. Bei einer Verdopplung der Kantenlänge vervierfacht sich die Oberfläche und verachtfacht sich der Rauminhalt.

Proportionalitaet.png

[Bearbeiten] Berechnung des Wachstums

Es soll nun das Wachstum in Abhängingkeit der Kantenlänge berechnet werden.

a...Kantenlänge
A...Oberfläche
V...Rauminhalt

A=6*a*a -> A~a*a
V=a*a*a -> V~a*a*a
V=A*a/6 -> V/A~a

Beim Vergleich der Oberfläche mit dem Volumen zeigt sich, dass das Verhältnis proportional mit der Kantenlänge wächst. Dieser Fakt wirkt begrenzend auf die Größe von Zellen. Zellen sind auf den Austausch mit der Umgebung angewiesen. Deshalb darf die Oberfläche im Verhältnis zum Rauminhalt nicht zu klein sein.

[Bearbeiten] Fließgleichgewicht

[Bearbeiten] Zusammenfassung

Wenn in ein Wassergefäß eine bestimmte Menge Wasser zufließt und gleichzeitig eine bestimmte Menge Wasser abfließt, dann stellt sich mit der Zeit ein bestimmter Wasserspiegel ein. Das kommt daher, dass die Geschwindigkeit des Abflusses von der Höhe des Wasserspiegels abhängt. Neben der Höhe des Gleichgewichtes ist auch das zeitliche Verhalten interessant. Fließgleichgewichte kommen vor:

  • Bei der Einnahme von Medikamenten (= Pharmakinetik).
  • Bei nuklearen Zerfallsreaktionen.
  • In Wassergefäßen.

Fließgleichgewichte sind bei der Behandlung von Aids mit Aspirin zu beachten.

[Bearbeiten] Konzept des Fließgleichgewichtes

Im der folgenden Abbildung fließt Wasser in ein Gefäß mit bestimmter Geschwindigkeit zu. Der Flüssigkeitsspiegel steigt immer weiter an und die Abflussgeschwindigkeit nimmt auch immer weiter zu. Bei einer bestimmten Abflussgeschwindigkeit hört der Flüssigkeitsspiegel auf zu steigen.

Fliessgleichgewicht.png

[Bearbeiten] Berechnung des Fließgleichgewichtes für orale Medikamenteneinnahme

Ein besonderes Fließgleichgewicht beschreibt die BATEMAN- Funktion. Die Funktion stammt aus der Kerntechnik und kann auch bei der oralen Einnahme von Medikamenten angewendet werden (Pharmakinetik). Der Patient nimmt in regelmäßigen Zeitabständen ein Medikament ein. Das Medikament geht mit abnehmender Geschwindigkeit vom Darm in das Blut über. Dort wird es, ebenfalls mit abnehmender Geschwindigkeit, von der Leber abgebaut[6].

C(t)...Konzentration in Abhängigkeit von der Zeit
C(0)...Konzentration zum Zeitpunkt 0
t   ...Zeit
b_0 ...Konzentration zu Beginn im Darm (= Eingangskompartiment), ergibt sich aus
       der Dosis des Medikamentes
k_1 ...Faktor für Invasion
k_2 ...Faktor für Elemination 

C(t)=-b_0*k_1*exp(-k_1*t)/(k_1-k_2)+h_1*exp(-k_2*t)

h_1=C(0)+b_0*k_1/(k_1-k_2)

[Bearbeiten] Beispiel Screenshot

Der folgende Screenshot eignet sich zur qualitativen Veranschaulichung der Pharmakinetik. Dazu ist die gesamte Zeit in Intervalle eingeteilt, die zwischen den Medikamenteinnahmen liegen. Die BATEMAN- Funktion wird dazu verkettet und die Endkonzentration der vorherigen Einnahme bildet die Anfangskonzentration der nachfolgenden Einahme. Die Konzentration nimmt erst stark zu und erreicht nach einiger Zeit ein Gleichgewicht mit Schwankungsbreite (= stady state). Durch öftere Einnahme kleinerer Mengen könnte man die Schwankungsbreite verringern. Sie darf die Wirkungsschwelle nicht unterschreiten und sie darf die Nebenwirkungsschwelle nicht überschreiten.

Bateman.png

[Bearbeiten] Erregung der Lebewesen

[Bearbeiten] Zusammenfassung

Eine Zelle sichert in ihrem Inneren eine gewisse Ordnung. Wird diese Ordnung gestört, dann wendet die Zelle Energie auf um die Ordnung wieder herzustellen. Dabei ändern sich physikalische und chemische Werte und die Zelle wird erregt (= aktiviert). Zellen können, je nach Typ, durch chemische, optische, mechanische, thermische und andere Reize erregt werden. Zellen reagieren, je nach ihrer Funktion, unterschiedlich auf Reize. Makrophagen steuern die Aktivität des umliegenden Gewebes durch den Botenstoff TNF - alpha. Viren können nur in aktivierte Zellen eindringen und diese Zellen befallen. Stark erregte Zellen zeigen die Merkmale einer Entzündung. Sehr stark aktivierte Zellen gehen in Nekrose über, sie sterben ab.

[Bearbeiten] Anschauliches Beispiel

Drei Leute fahren mit einem Holzboot über einen Teich. Im Boot ist alles in Ordnung. Plötzlich tut sich am Boden des Bootes ein Leck auf. Wasser strömt ein und das Boot droht zu sinken. Im Boot herrscht Chaos. Die drei Leute haben ihre Ruhe verloren und geraten in hektische Aktivität. Mit Blechdosen fangen sie an, das Wasser aus dem Boot zu schöpfen. Dabei geraten sie ins Schwitzen. Schließlich gelingt es ihnen, das Leck zu schließen. Sie beruhigen sich wieder.

[Bearbeiten] Das Membranpotential

Bekannt ist, dass das Innere einer Zelle elektrisch negativer geladen ist, als die Umgebung. Die Spannung liegt in der Größenordnung von 100 Volt. Das Membranpotential kann man mit einer speziellen Form der NERNSTschen Gleichung berechnen [7]:

       R*T     c_a
dp=2.3*---*log(---)
       z*F     c_i
R...Gaskonstante
T...Temperatur in Kelvin
F...Faradaykonstante
z...Wertigkeit
c...molare Konzentration

Man kann der Gleichung entnehmen, dass das Membranpotential durch Konzentrationsunterschiede von Ionen zwischen Aussen und Innen zustande kommt. Das kommt daher, dass die Membran für kleine Teilchen durchlässig ist, für Ionen aber nicht.

Zu Beginn des 20. Jahrhunderts entwickelte der deutsche Physiologe Julius Bernstein seine "Membrantheorie der Erregung" [8]. Sie wird hauptsächlich mit Muskel- und Nervenzellen in Zusammenhang gebracht. Wird eine solche Zelle erregt, so sinkt der Potentialunterschied zwischen Aussen und Innen. Darauf bauen moderne Theorien unter dem Begriff "Phasentheorie der Erregung" auf.

[Bearbeiten] Verschiedene Stufen der Erregung

  • Jede Zelle hat eine gewisse normale Aktivität. Fehlt diese Aktivität, dann bildet sich die Zelle zurück.
  • Durch Reize (z.B. Kaffee, Nikotin, Hitze, Kälte u.a.) wird die Zelle erregt (= gestört) und sie steigert ihre Aktivität. Jetzt setzt sie bereits mehr Energie um. Der pH- Wert wird dabei saurer und die Zelle fängt an, Adenosin- Tri- Phosphat zu verbrauchen. Mit der Energie wirkt sie der Ursache der Störung entgegen.
  • Bei noch größerer Erregung entzündet sich die Zelle. Durch den hohen Energieumsatz entsteht im Gewebe vermehrt Wärme. Es werden viele Wasserstoffionen freigesetzt. Sie werden aus der Zelle ausgetrieben und reizen die umliegenden Schmerz- Rezeptoren. Durch stärkere Durchblutung rötet sich das Gewebe. Das Innere der Zelle wandelt sich von einem Flüssigkristall in ein stark quellungsfähiges Gel um.
  • Bei noch stärkerer Erregung nimmt der Verbrauch des Adenosin- Tri- Phosphates wieder ab. Die Zelle kommt aus dem Regelbereich. Sie kann die Störung nicht mehr ausgleichen. Das Innere wird immer unordentlicher (die Entropie steigt). Die Zelle geht in Nekrose über, sie stirbt ab [9].

[Bearbeiten] Erregung bei Tumoren

Normale Zellen im Körper können eine Transformation durchmachen und zu Tumorzellen entarten. Zum Teil gelingt es dem Immunsystem, den Tumor zu vernichten. Eine Tumorzelle ist stark überaktiviert. Das Gewebe hat einen sauren pH- Wert. Es zeigt die Merkmale der Entzündung (Rötung, Schwellung, Schmerz, Erwärmung und Funktionsstörung). Tumoren können durch Gifte entstehen. Im Tumor stirbt laufend der Großteil der Zellen ab. Er vergrößert sich nur, weil sich die übrigen Zellen rasend schnell vermehren.

Krankheiten kann man nach ihrem Fortschritt einteilen in die Phasen[10]:

  • Ausscheidung
  • Entzündung
  • Ablagerung
  • Einprägung
  • Verschleiß
  • Entartung (= Tumor)

Dabei kann die Krankheit in den ersten drei Phasen noch vollständig zurückgehen. In den späteren drei Phasen prägt sich die Krankheit ein und es bleiben Spuren zurück. Diese Einteilung kann man mit dem Grad der Aktivierung vergleichen. Zuerst kann in beiden Fällen der Normalzustand wieder hergestellt werden. Später geht das Gewebe in Nekrose über.

[Bearbeiten] Befall durch Viren

Zellen sind zwar von der Aussenwelt abgetrennt. Um Energie zu gewinnen müssen sie aber gleichzeitig mit der Aussenwelt in Wechselwirkung stehen. Ein Virus kann an einen bestimmten Rezeptor auf der Zelloberfläche andocken. Die Zelle nimmt es dann auf. In der Zelle setzt das Virus, abhängig von seinem Typ, seine Erbinformation frei und veranlasst den Wirt zur Produktion neuer Viren.

Durch die Endocytose dringt das Virus in die Wirtszelle ein. Sie findet erst ab einer gewissen Aktivierung der Zelle statt. Weil die Aktivierung durch Kaffee und Nikotin gesteigert wird, meidet man vermutlich bei einem Schnupfen (= Entzündung durch Rhinoviren) beides. Man kann die Aktivierung auch durch Aspirin oder durch Behandlung mit ultraviolett bestrahltem Blut (UVB) senken. Makrophagen sind Zellen der unspezifischen Abwehr im Immunsystem. Es sind die erfolgreichsten Zellen des Tierreiches. Man findet sie bereits bei Schnecken. Makrophagen nehmen ständig körperfremde Zellen auf, die sie fressen und deren Reste sie der spezifischen Abwehr des Immunsystems präsentieren. Dazu sind sie ständig stark aktiviert ("übererregt"). Das Hi- Virus befällt Makrophagen.

[Bearbeiten] Sicht heutiger Lehrbücher

[Bearbeiten] Entstehung des Lebens

Heutige Lehrbücher legen sich bezüglich der Theorie zur Entstehung des Lebens nicht mehr fest. Zum Teil soll es aus dem Kosmos kommen, zum Teil von Gott erzeugt sein. Die Lehrbücher scheinen eher auf den Willen zum Glauben Rücksicht zu nehmen als auf die Wirklichkeit. Der Gedanke will die vergangene Wirklichkeit mitbestimmen.

[Bearbeiten] Erregung der Lebewesen

Segals Theorie findet sich in kleinen Teilen in Lehrbüchern wieder. Das zusammenhängende System der Zelle kann man nach Segals Theorie begreifen. Lehrbücher ziehen diese Schlussfolgerung aber nicht.

[Bearbeiten] Bedeutung für das Aids- Problem

Segal bindet biologische, chemische und physikalische Fakten in die Erklärung von Aids ein. Populäre Konzepte machen das nur in geringem Maß. Sie sind hauptsächlich geprägt von den Möglichkeiten der Bio- und Gentechnologie.

Die Erregbarkeit der Lebewesen erklärt z.B. die Entzündungserscheinungen beim Aids Related Komplex, der in manchen Lehrbüchern kaum genannt wird. Mit diesem Wissen kann man die Erregung der der Makrophagen verringern und so die Viruslast senken.

Geht man der Entstehung des Lebens aus Eiweißen nach, dann hat man statt einer komplizierten Zelle das etwas einfachere Koazervat vor sich. Es ist bereits erregbar. Man kann jetzige Zusammenhänge an diesem einfachen Beispiel besser verstehen, weil man nicht durch die später hinzugekommenen Zellorganellen abgelenkt wird, die allein nicht lebensfähig sind sondern das Koazervat nur verbessern.

[Bearbeiten] Quellen

  1. ↑ http://de.wikipedia.org/wiki/Oparin
  2. ↑ Linder: "Biologie", Bildungshaus Schulbuchverlage Westermann Schroedel Diesterweg Schöningh Winklers GmbH 2005, ISBN 3-507-10930-1
  3. ↑ http://de.wikipedia.org/wiki/Miller-Urey-Experiment
  4. ↑ Tafelwerk: "Formeln und Tabellen für die Sekundarstufen I und II", paetec Gesellschaft für Bildung und Technik mbH, Berlin 1996
  5. ↑ Manfred Spitzer: "Geist im Netz", Spektrum Akademischer Verlag GmbH 2000, ISBN 3-8274-0572-6
  6. ↑ Mutschler: "Arzneimittelwirkungen", Wissenschaftliche Verlagsgesellschaft 2005, ISBN 3804722148
  7. ↑ Hans Kleinig, Peter Sitte: "Zellbiologie", Gustav Fischer Verlag 1992, ISBN 3-437-20482-3
  8. ↑ http://www.bernstein-zentren.de/_media/neuroforum4-02.pdf
  9. ↑ Jakob Segal, Gunther Seng: "Methoden der UV-Bestrahlung von Blut - HOT und UVB"
  10. ↑ Dr. Uwe Reuter, Dr. Ralf Oettmeier: "Biologische Krebsbehandlung heute oder Sag ja zum Leben", Pro Leben Fachverlag Greiz 2001, ISBN 3-935883-00-5
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