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30.2: Stängel - Biologie

30.2: Stängel - Biologie


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Fähigkeiten zum Entwickeln

  • Beschreiben Sie die Hauptfunktion und den Grundaufbau von Stielen
  • Vergleichen und kontrastieren Sie die Rollen von Hautgewebe, Gefäßgewebe und Grundgewebe
  • Unterscheiden Sie zwischen Primärwachstum und Sekundärwachstum bei Stängeln
  • Fassen Sie den Ursprung der Jahresringe zusammen
  • Beispiele für modifizierte Stiele auflisten und beschreiben

Stängel sind ein Teil des Sprosssystems einer Pflanze. Sie können eine Länge von wenigen Millimetern bis hin zu Hunderten von Metern haben und je nach Pflanzenart auch im Durchmesser variieren. Die Stängel sind normalerweise oberirdisch, obwohl die Stängel einiger Pflanzen, wie der Kartoffel, auch unterirdisch wachsen. Die Stängel können krautig (weich) oder holzig sein. Ihre Hauptfunktion besteht darin, die Pflanze zu unterstützen, indem sie Blätter, Blüten und Knospen hält; in einigen Fällen speichern Stängel auch Nahrung für die Pflanze. Ein Stamm kann unverzweigt sein, wie der einer Palme, oder er kann stark verzweigt sein, wie der einer Magnolie. Der Stängel der Pflanze verbindet die Wurzeln mit den Blättern und hilft dabei, absorbiertes Wasser und Mineralien zu verschiedenen Teilen der Pflanze zu transportieren. Es hilft auch, die Produkte der Photosynthese, nämlich Zucker, von den Blättern zum Rest der Pflanze zu transportieren.

Pflanzenstängel, ob über- oder unterirdisch, sind durch das Vorhandensein von Knoten und Internodien gekennzeichnet (Abbildung (PageIndex{1})). Die Stammregion zwischen zwei Knoten wird Internodium genannt. Der Stiel, der sich vom Stängel bis zur Blattbasis erstreckt, ist der Blattstiel. Eine Achselknospe befindet sich normalerweise in der Achsel – dem Bereich zwischen der Basis eines Blattes und dem Stängel – wo sie einen Zweig oder eine Blüte hervorbringen kann. Die Spitze (Spitze) des Sprosses enthält das apikale Meristem innerhalb der apikalen Knospe.

Stammanatomie

Der Stamm und andere Pflanzenorgane entstehen aus dem Grundgewebe und bestehen hauptsächlich aus einfachen Geweben, die aus drei Zelltypen gebildet werden: Parenchym-, Kollenchym- und Sklerenchymzellen.

Parenchymzellen sind die häufigsten Pflanzenzellen (Abbildung (PageIndex{2})). Sie befinden sich im Stängel, in der Wurzel, im Inneren des Blattes und im Fruchtfleisch. Parenchymzellen sind für Stoffwechselfunktionen wie die Photosynthese verantwortlich und helfen, Wunden zu reparieren und zu heilen. Einige Parenchymzellen speichern auch Stärke.

Collenchymzellen sind längliche Zellen mit ungleichmäßig verdickten Wänden (Abbildung (PageIndex{3})). Sie bieten strukturelle Unterstützung, hauptsächlich für den Stängel und die Blätter. Diese Zellen leben bei der Reife und befinden sich normalerweise unterhalb der Epidermis. Die „Fäden“ eines Selleriestängels sind ein Beispiel für Kollenchymzellen.

Sklerenchymzellen unterstützen die Pflanze ebenfalls, aber im Gegensatz zu Kollenchymzellen sind viele von ihnen bei der Reife tot. Es gibt zwei Arten von Sklerenchymzellen: Fasern und Sklereiden. Beide Arten haben sekundäre Zellwände, die mit Ablagerungen von Lignin verdickt sind, einer organischen Verbindung, die ein wichtiger Bestandteil von Holz ist. Fasern sind lange, schlanke Zellen; Sklereiden sind kleiner. Sclereiden verleihen Birnen ihre körnige Textur. Der Mensch verwendet Sklerenchymfasern, um Leinen und Seile herzustellen (Abbildung (PageIndex{4})).

Kunstverbindung

Welche Schichten des Stammes bestehen aus Parenchymzellen?

  1. Kortex und Mark
  2. phloem
  3. Sklerenchym
  4. xylem

Wie der Rest der Pflanze hat der Stängel drei Gewebesysteme: Haut-, Gefäß- und Grundgewebe. Jeder zeichnet sich durch charakteristische Zelltypen aus, die bestimmte Aufgaben erfüllen, die für das Wachstum und das Überleben der Pflanze notwendig sind.

Hautgewebe

Das Hautgewebe des Stammes besteht hauptsächlich aus Epidermis, einer einzelnen Zellschicht, die das darunter liegende Gewebe bedeckt und schützt. Holzige Pflanzen haben eine robuste, wasserdichte äußere Schicht aus Korkzellen, die allgemein als Rinde bekannt ist und die die Pflanze zusätzlich vor Schäden schützt. Epidermiszellen sind die zahlreichsten und am wenigsten differenzierten Zellen in der Epidermis. Auch die Epidermis eines Blattes enthält Öffnungen, sogenannte Spaltöffnungen, durch die der Gasaustausch stattfindet (Abbildung (PageIndex{5})). Zwei Zellen, sogenannte Schließzellen, umgeben jedes Blattstoma, steuern dessen Öffnen und Schließen und regulieren so die Aufnahme von Kohlendioxid und die Abgabe von Sauerstoff und Wasserdampf. Trichome sind haarähnliche Strukturen auf der Epidermisoberfläche. Sie tragen dazu bei, die Transpiration (den Wasserverlust durch oberirdische Pflanzenteile) zu reduzieren, die Sonnenreflexion zu erhöhen und Verbindungen zu speichern, die die Blätter gegen die Prädation durch Pflanzenfresser schützen.

Gefäßgewebe

Das Xylem und das Phloem, aus denen das Gefäßgewebe des Stängels besteht, sind in verschiedenen Strängen angeordnet, die als Gefäßbündel bezeichnet werden und entlang des Stängels auf und ab verlaufen. Im Querschnitt des Stängels sind die Leitbündel der dikotylen Stängel ringförmig angeordnet. Bei Pflanzen mit mehr als einem Jahr lebenden Stängeln wachsen die einzelnen Bündel zusammen und bilden die charakteristischen Jahresringe. Bei monokotylen Stängeln sind die Leitbündel zufällig über das Grundgewebe verstreut (Abbildung (PageIndex{6})).

Xylemgewebe hat drei Arten von Zellen: Xylemparenchym, Tracheiden und Gefäßelemente. Die beiden letztgenannten Arten leiten Wasser und sind bei der Reife tot. Tracheiden sind Xylemzellen mit dicken sekundären Zellwänden, die verholzt sind. Wasser bewegt sich von einer Tracheide zur anderen durch Bereiche an den Seitenwänden, die als Gruben bezeichnet werden, in denen Sekundärwände fehlen. Gefäßelemente sind Xylemzellen mit dünneren Wänden; sie sind kürzer als Tracheiden. Jedes Gefäßelement ist mit dem nächsten über eine Lochplatte an den Stirnwänden des Elements verbunden. Wasser bewegt sich durch die Perforationsplatten, um die Pflanze hinauf zu wandern.

Phloemgewebe besteht aus Siebröhrenzellen, Begleitzellen, Phloemparenchym und Phloemfasern. Eine Reihe von Siebrohrzellen (auch Siebrohrelemente genannt) sind Ende an Ende zu einem langen Siebrohr angeordnet, das organische Substanzen wie Zucker und Aminosäuren transportiert. Die Zucker fließen von einer Siebrohrzelle zur nächsten durch perforierte Siebböden, die sich an den Endverbindungen zwischen zwei Zellen befinden. Obwohl bei der Reife noch am Leben, sind der Kern und andere Zellbestandteile der Siebröhrenzellen zerfallen. Neben den Siebrohrzellen finden sich Begleitzellen, die ihnen den Stoffwechsel unterstützen. Die Begleitzellen enthalten mehr Ribosomen und Mitochondrien als die Siebröhrenzellen, denen einige Zellorganellen fehlen.

Grundgewebe

Grundgewebe besteht hauptsächlich aus Parenchymzellen, kann aber auch Kollenchym- und Sklerenchymzellen enthalten, die den Stamm unterstützen. Das Grundgewebe zum Inneren des Gefäßgewebes in einem Stamm oder einer Wurzel wird als Mark bezeichnet, während die Gewebeschicht zwischen dem Gefäßgewebe und der Epidermis als Kortex bezeichnet wird.

Wachstum bei den Stämmen

Das Wachstum der Pflanzen erfolgt, wenn sich Stängel und Wurzeln verlängern. Einige Pflanzen, insbesondere solche, die verholzt sind, nehmen während ihrer Lebensdauer ebenfalls an Dicke zu. Die Längenzunahme von Spross und Wurzel wird als Primärwachstum bezeichnet und ist das Ergebnis der Zellteilung im Sprossapikalmeristem. Sekundäres Wachstum ist durch eine Zunahme der Dicke oder des Umfangs der Pflanze gekennzeichnet und wird durch Zellteilung im seitlichen Meristem verursacht. Abbildung (PageIndex{7}) zeigt die Bereiche des primären und sekundären Wachstums einer Pflanze. Krautige Pflanzen durchlaufen meist ein Primärwachstum, kaum Sekundärwachstum oder Dickenzunahme. Sekundärwachstum oder „Holz“ macht sich bei Gehölzen bemerkbar; es kommt bei einigen zweikeimblättrigen Pflanzen vor, kommt aber sehr selten bei einkeimblättrigen Pflanzen vor.

Einige Pflanzenteile wie Stängel und Wurzeln wachsen während des gesamten Lebens einer Pflanze weiter: ein Phänomen, das als unbestimmtes Wachstum bezeichnet wird. Andere Pflanzenteile wie Blätter und Blüten zeigen ein bestimmtes Wachstum, das aufhört, wenn ein Pflanzenteil eine bestimmte Größe erreicht.

Primäres Wachstum

Das meiste Primärwachstum findet an den Spitzen oder Spitzen von Stängeln und Wurzeln statt. Primäres Wachstum ist das Ergebnis von sich schnell teilenden Zellen in den apikalen Meristemen an der Spross- und Wurzelspitze. Die nachfolgende Zellverlängerung trägt ebenfalls zum Primärwachstum bei. Das Wachstum von Trieben und Wurzeln während des Primärwachstums ermöglicht es Pflanzen, kontinuierlich Wasser (Wurzeln) oder Sonnenlicht (Sprossen) zu suchen.

Der Einfluss der apikalen Knospe auf das gesamte Pflanzenwachstum wird als apikale Dominanz bezeichnet, die das Wachstum von Achselknospen verringert, die sich entlang der Seiten von Zweigen und Stängeln bilden. Die meisten Nadelbäume weisen eine starke apikale Dominanz auf, wodurch die typische konische Weihnachtsbaumform entsteht. Wenn die apikale Knospe entfernt wird, beginnen die Achselknospen Seitenzweige zu bilden. Diese Tatsache machen sich Gärtner zunutze, wenn sie Pflanzen beschneiden, indem sie die Spitzen der Zweige abschneiden und so das Auswachsen der Achselknospen fördern und der Pflanze eine buschige Form verleihen.

Link zum Lernen

Sehen Sie sich dieses BBC Nature-Video an, das zeigt, wie Zeitraffer-Fotografie das Pflanzenwachstum mit hoher Geschwindigkeit einfängt.

Sekundäres Wachstum

Die Zunahme der Stammdicke durch Sekundärwachstum ist auf die Aktivität der seitlichen Meristeme zurückzuführen, die bei krautigen Pflanzen fehlen. Zu den lateralen Meristemen zählen das Gefäßkambium und bei Gehölzen das Korkkambium (siehe Abb. 30.2.8). Das Gefäßkambium befindet sich direkt außerhalb des primären Xylems und im Inneren des primären Phloems. Die Zellen des Gefäßkambiums teilen sich und bilden nach innen sekundäres Xylem (Tracheiden und Gefäßelemente) und nach außen sekundäres Phloem (Siebelemente und Begleitzellen). Die beim Sekundärwachstum auftretende Verdickung des Stängels ist auf die Bildung von sekundärem Phloem und sekundärem Xylem durch das vaskuläre Kambium sowie die Wirkung von Korkkambium zurückzuführen, das die zähe äußerste Schicht des Stängels bildet. Die Zellen des sekundären Xylems enthalten Lignin, das für Widerstandsfähigkeit und Stärke sorgt.

Bei Gehölzen ist Korkkambium das äußerste seitliche Meristem. Es produziert Korkzellen (Rinde), die eine wachsartige Substanz namens Suberin enthalten, die Wasser abstoßen kann. Die Rinde schützt die Pflanze vor physischen Schäden und hilft, den Wasserverlust zu reduzieren. Das Korkkambium produziert auch eine Zellschicht, die als Phelloderm bekannt ist und vom Kambium nach innen wächst. Das Korkkambium, die Korkzellen und das Phelloderm werden zusammenfassend als Periderm bezeichnet. Das Periderm ersetzt die Epidermis bei reifen Pflanzen. Bei einigen Pflanzen hat das Periderm viele Öffnungen, sogenannte Lentizellen, die es den inneren Zellen ermöglichen, Gase mit der Außenatmosphäre auszutauschen (Abbildung (PageIndex{8})). Diese versorgt die lebenden und stoffwechselaktiven Zellen der Rinde, des Xylems und des Phloems mit Sauerstoff.

Jahresringe

Durch die Aktivität des Gefäßkambiums entstehen Jahresringe. Während der Wachstumsperiode im Frühjahr haben Zellen des sekundären Xylems einen großen Innendurchmesser und ihre primären Zellwände sind nicht stark verdickt. Dies wird als Frühholz oder Frühlingsholz bezeichnet. Während der Herbstsaison entwickelt das sekundäre Xylem verdickte Zellwände und bildet Spätholz oder Herbstholz, das dichter ist als Frühholz. Dieser Wechsel von Früh- und Spätholz ist hauptsächlich auf eine saisonale Abnahme der Anzahl von Gefäßelementen und eine saisonale Zunahme der Anzahl von Tracheiden zurückzuführen. Es bildet sich ein Jahresring, der als Kreisring im Querschnitt des Stängels zu sehen ist (Abbildung (PageIndex{9})). Eine Untersuchung der Anzahl der Jahresringe und ihrer Beschaffenheit (wie Größe und Zellwandstärke) kann das Alter des Baumes und die vorherrschenden klimatischen Bedingungen zu jeder Jahreszeit aufdecken.

Schaftmodifikationen

Einige Pflanzenarten haben modifizierte Stängel, die für einen bestimmten Lebensraum und eine bestimmte Umgebung besonders geeignet sind (Abbildung (PageIndex{10})). Ein Rhizom ist ein modifizierter Stängel, der horizontal unter der Erde wächst und Knoten und Internodien hat. Vertikale Triebe können aus den Knospen am Rhizom einiger Pflanzen wie Ingwer und Farnen entstehen. Knollen ähneln Rhizomen, sind jedoch runder und fleischiger (wie bei Gladiolen). Knollen enthalten gespeicherte Nahrung, die es einigen Pflanzen ermöglicht, den Winter zu überleben. Stolonen sind Stängel, die fast parallel zum Boden oder knapp unter der Oberfläche verlaufen und an den Knoten neue Pflanzen hervorbringen können. Runner sind eine Art Ausläufer, der über dem Boden verläuft und in unterschiedlichen Abständen neue Klonpflanzen an Knoten produziert: Erdbeeren sind ein Beispiel. Knollen sind modifizierte Stängel, die Stärke speichern können, wie in der Kartoffel (Solanum sp.). Knollen entstehen als geschwollene Enden von Ausläufern und enthalten viele zufällige oder ungewöhnliche Knospen (uns bekannt als die „Augen“ von Kartoffeln). Eine Zwiebel, die als unterirdische Speichereinheit fungiert, ist eine Modifikation eines Stängels, die das Aussehen von vergrößerten fleischigen Blättern hat, die aus dem Stängel herausragen oder die Basis des Stängels umgeben, wie in der Iris zu sehen ist.

Link zum Lernen

Sehen Sie sich in diesem Video die Botanikerin Wendy Hodgson vom Desert Botanical Garden in Phoenix, Arizona an, wie Agavenpflanzen vor Hunderten von Jahren in der Wüste von Arizona als Nahrung angebaut wurden: Auf der Suche nach den Wurzeln einer uralten Kulturpflanze.

Einige luftige Modifikationen von Stängeln sind Ranken und Dornen (Abbildung (PageIndex{11})). Ranken sind schlanke, sich windende Stränge, die es einer Pflanze (wie einer Rebe oder einem Kürbis) ermöglichen, beim Klettern auf anderen Oberflächen Unterstützung zu suchen. Dornen sind modifizierte Äste, die als scharfe Auswüchse erscheinen, die die Pflanze schützen; gängige Beispiele sind Rosen, Osage-Orange und der Teufelsstock.

Zusammenfassung

Der Stängel einer Pflanze trägt die Blätter, Blüten und Früchte. Stängel sind durch das Vorhandensein von Knoten (die Befestigungspunkte für Blätter oder Zweige) und Internodien (Regionen zwischen den Knoten) gekennzeichnet.

Pflanzenorgane bestehen aus einfachen und komplexen Geweben. Der Stamm hat drei Gewebesysteme: Haut-, Gefäß- und Grundgewebe. Hautgewebe ist die äußere Hülle der Pflanze. Es enthält Epidermiszellen, Spaltöffnungen, Schließzellen und Trichome. Gefäßgewebe besteht aus Xylem- und Phloemgewebe und leitet Wasser, Mineralien und Photosyntheseprodukte. Grundgewebe ist für die Photosynthese und Unterstützung verantwortlich und besteht aus Parenchym-, Kollenchym- und Sklerenchymzellen.

Primäres Wachstum tritt an den Spitzen von Wurzeln und Trieben auf, was zu einer Längenzunahme führt. Holzige Pflanzen können auch sekundäres Wachstum oder eine Zunahme der Dicke aufweisen. Bei Gehölzen, insbesondere Bäumen, können sich am Ende jeder Saison Jahresringe bilden, da sich das Wachstum verlangsamt. Einige Pflanzenarten haben modifizierte Stängel, die helfen, Nahrung zu speichern, neue Pflanzen zu vermehren oder Raubtiere abzuschrecken. Rhizome, Knollen, Ausläufer, Ausläufer, Knollen, Zwiebeln, Ranken und Dornen sind Beispiele für modifizierte Stängel.

Kunstverbindungen

[link] Welche Schichten des Stammes bestehen aus Parenchymzellen?

  1. Kortex und Mark
  2. Epidermis
  3. Sklerenchym
  4. Epidermis und Kortex.

[link] A und B. Kortex, Mark und Epidermis bestehen aus Parenchymzellen.

Glossar

apikale Knospe
Knospe an der Triebspitze gebildet
Achselknospe
Knospe in der Achsel: der Stängelbereich, wo der Blattstiel mit dem Stängel verbunden ist
Bellen
robuste, wasserdichte äußere Epidermisschicht aus Korkzellen
Birne
modifizierter unterirdischer Stängel, der aus einer großen Knospe besteht, die von zahlreichen Blattschuppen umgeben ist
Kollenchymzelle
längliche Pflanzenzelle mit ungleichmäßig verdickten Wänden; bietet strukturellen Halt für Stängel und Blätter
Begleitzelle
Phloemzelle, die mit Siebrohrzellen verbunden ist; hat große Mengen an Ribosomen und Mitochondrien
korm
abgerundeter, fleischiger unterirdischer Stängel, der gespeicherte Nahrung enthält
Kortex
Grundgewebe zwischen dem Gefäßgewebe und der Epidermis in einem Stamm oder einer Wurzel
Epidermis
einzelne Schicht von Zellen, die in pflanzlichem Hautgewebe gefunden werden; bedeckt und schützt das darunter liegende Gewebe
Schließzellen
gepaarte Zellen auf beiden Seiten eines Stomas, die die Stomaöffnung kontrollieren und dadurch die Bewegung von Gasen und Wasserdampf regulieren
Internodium
Bereich zwischen den Knoten am Stamm
lenticel
Öffnung an der Oberfläche von reifen Holzstämmen, die den Gasaustausch erleichtert
Knoten
Punkt entlang des Stängels, an dem Blätter, Blüten oder Luftwurzeln entstehen
Parenchymzelle
häufigster Pflanzenzelltyp; im Stamm, in der Wurzel, im Blatt und im Fruchtfleisch gefunden; Ort der Photosynthese und Stärkespeicherung
periderm
äußerste Bedeckung holziger Stängel; besteht aus dem Korkkambium, den Korkzellen und dem Phelloderm
Mark
Grundgewebe, das zum Inneren des Gefäßgewebes in einem Stamm oder einer Wurzel gefunden wird
Primärwachstum
Wachstum, das zu einer Verlängerung des Stammes und der Wurzel führt; verursacht durch Zellteilung im Spross- oder Wurzelspitzenmeristem
Rhizome
modifizierter unterirdischer Stängel, der horizontal zur Bodenoberfläche wächst und Knoten und Internodien aufweist
Läufer
Ausläufer, der über dem Boden verläuft und neue Klonpflanzen an Knoten produziert
Sklerenchymzelle
Pflanzenzelle, die dicke Sekundärwände hat und strukturelle Unterstützung bietet; normalerweise tot bei der Reife
Sekundärwachstum
Wachstum, das zu einer Zunahme der Dicke oder des Umfangs führt; verursacht durch das laterale Meristem und Korkkambium
Siebrohrzelle
Phloemzelle Ende an Ende angeordnet, um ein Siebrohr zu bilden, das organische Substanzen wie Zucker und Aminosäuren transportiert
Ausläufer
modifizierter Stängel, der parallel zum Boden verläuft und an den Knoten neue Pflanzen hervorbringen kann
Ranke
modifizierter Stamm aus schlanken, sich windenden Strängen zum Stützen oder Klettern
Dorn
modifizierter Stängelzweig, der als scharfer Auswuchs erscheint, der die Pflanze schützt
Tracheiden
Xylemzelle mit dicken Sekundärwänden, die den Wassertransport unterstützt
Trichom
haarähnliche Struktur auf der Epidermisoberfläche
Knolle
modifizierter unterirdischer Stiel, der für die Stärkespeicherung geeignet ist; hat viele Adventivknospen
Gefäßelement
Xylemzelle, die kürzer als eine Tracheide ist und dünnere Wände hat

Lipidmetabolische Reprogrammierung in Krebszellen

Viele menschliche Krankheiten, einschließlich Stoffwechsel-, Immun- und Zentralnervensystemstörungen sowie Krebs, sind die Folge einer Veränderung der Fettstoffwechselenzyme und ihrer Stoffwechselwege. Dies veranschaulicht die grundlegende Rolle, die Lipide bei der Aufrechterhaltung der Membranhomöostase und der normalen Funktion in gesunden Zellen spielen. Wir untersuchten die wichtigsten Lipiddysfunktionen, die während der Tumorentwicklung auftreten und anhand systembiologischer Ansätze bestimmt wurden. Darin stellen wir detaillierte Einblick in die wesentlichen Rollen spezifischer Lipide bei der Vermittlung intrazellulärer onkogener Signale, Stress des endoplasmatischen Retikulums und bidirektionalem Crosstalk zwischen Zellen der Tumormikroumgebung und Krebszellen. Schließlich fassen wir die Fortschritte in der laufenden Forschung zusammen, die darauf abzielen, die Abhängigkeit von Krebszellen von Lipiden auszunutzen, um die Tumorprogression zu beseitigen.


Dolan DNA-Lernzentrum

Seit seiner Gründung im Jahr 1988 bietet das DNA Learning Center (DNALC) des Cold Spring Harbor Laboratory eine Umgebung, in der Studenten und die Öffentlichkeit durch Fragen und Experimente etwas über die Wissenschaft lernen können. Das DNALC verfügt über vier Laborräume, einen Computerraum und eine Museumsausstellung.

CSHL-Hauptcampus: 1 Bungtown Road, Cold Spring Harbor, NY 11724
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Pluripotente Stammzellen

Michael J. Shamblott, . John D. Gearhart , in Handbook of Stem Cells (Zweite Ausgabe) , 2013

Embryokörperbildung und -analyse

Embryoid Bodies (Ebs) bilden sich spontan in menschlichen EG-Kulturen. Obwohl dies einen Verlust an pluripotenten EG-Zellen aus der Kultur darstellt, liefern EBs Hinweise auf den pluripotenten Status der Kultur und liefern Zellmaterial für die anschließende Kultur und Experimente (siehe Abschnitt „EBD-Zellen“). Anfänglich lieferten EBs den einzigen direkten Beweis dafür, dass menschliche EG-Kulturen pluripotent waren, da alle Versuche scheiterten, Teratome in Mäusen aus menschlichen EG-Zellen zu bilden. Bis heute gibt es keine Hinweise auf eine Teratombildung aus humanen EG-Zellen oder deren Derivaten.


Yun-Bo Shi, Ph.D.

Dr. Yun-Bo Shi ist leitender Forscher und Leiter der Sektion für molekulare Morphogenese, Labor für Genregulation und Entwicklung, Programm für Zellregulation und Metabolismus am NICHD. Dr. Shi erhielt 1982 seinen BS-Abschluss vom Department of Chemistry, Wuhan University, China, und seinen Ph. D.-Abschluss vom Department of Chemistry, University of California, Berkeley, 1988. Nach einer Postdoc-Ausbildung an der Carnegie Institution, Baltimore, MD, gründete Dr. Shi 1992 seine eigene Forschungsgruppe im Rahmen des intramuralen Forschungsprogramms des NICHD.

Sein Labor hat die molekularen Grundlagen der Schilddrüsenhormonregulation der Wirbeltierentwicklung untersucht, indem er die Xenopus-Metamorphose als Modellsystem verwendet. Dr. Shi hat über 230 Forschungsarbeiten und Rezensionen/Buchkapitel veröffentlicht, drei Bücher herausgegeben und eine Monographie über Amphibienmetamorphose verfasst. Für seine Leistungen hat Dr. Shi viele Auszeichnungen und Anerkennungen erhalten, darunter 2009 den NIH APAO (Asian & Pacific Islander American Organization) Award für herausragende Leistungen in der biomedizinischen Forschung und den 2008 Van Meter Award der American Thyroid Association. die einen Forscher ehrt, der sich um die Erforschung der Schilddrüse verdient gemacht hat. 2012 wurde Dr. Shi zum Fellow der American Association for the Advancement of Science gewählt. Dr. Shi war von 1997 bis 2010 Herausgeber von Cell Research und von 2010 bis 2020 Chefredakteur von Cell and Bioscience. Dr. Shi ist derzeit Herausgeber von Development, Growth, and Differentiation und war auch Vorstandsmitglied vieler Zeitschriften, darunter Thyroid, Endocrinology und Journal of Biological Chemistry.


Adult Stem Cells: Biology and Methods of Analysis (Englisch) Taschenbuch – 26. September 2014

„Die drei Teile dieses Bandes, der erste befasst sich mit der Grundlagenbiologie, der zweite mit der Charakterisierung des Phänotyps adulter Stammzellen und der dritte mit der Regulation der Lebensspanne dieser Zellen, sind alle auf die kritische Bewertung ausgerichtet der Techniken, die wir verwenden, um die Erneuerung von adulten Stammzellen vom Überleben der Zellen zu unterscheiden. . Der Band ist gut geschrieben und gut illustriert. . Gut gemacht!" (Carlo Alberto Redi, European Journal of Histochemistry, Bd. 55, 2011)

Von der Rückseite

Dies ist ein umfassender Überblick über einen wichtigen Bereich der wissenschaftlichen Forschung, der ein breites Themenspektrum abdeckt. Mit Beiträgen einiger der wichtigsten Forscher auf diesem Gebiet bietet Adult Stem Cells: Biology and Methods of Analysis den Lesern eine historische Perspektive sowie einzigartige Einblicke in innovative Gedanken. Der Band kontextualisiert die jüngste Entdeckung von Stamm-/Vorläuferzellpopulationen, die in vielen adulten Geweben und Organen vorkommen. Es stellt sich der Komplexität, mit der Wissenschaftler bei der Validierung dieser Zellen konfrontiert sind, und beschreibt und bewertet auch die derzeit verwendeten Methoden zur Bewertung der Selbsterneuerung von Stammzellen. Die Kapitel versuchen auch, diesen Prozess von anderen Aspekten des Zellüberlebens, wie der Regulierung der Lebensspanne, der Seneszenz und der Immortalisierung auf molekularer Ebene, zu unterscheiden.

Die Monographie beginnt mit einem Abschnitt, der die grundlegende Biologie adulter Stammzellen untersucht, einschließlich Kapiteln über die aufkommende Rolle von microRNAs bei der Regulierung ihres Schicksals und die molekularen Mechanismen, die ihre Selbsterneuerung steuern charakterisieren diese schwer fassbaren Elemente unserer genetischen Ausstattung. Der zweite Abschnitt beschreibt die In-vivo-Abstammungsverfolgung von gewebespezifischen Stammzellen, untersucht das Paradigma der neuralen Stammzellen und betrachtet die Funktion von ABC-Transportern und Aldehyddehydrogenase in der Biologie von adulten Stammzellen. Der letzte Abschnitt verlagert den Fokus auf die Lebensspannenregulierung und Immortalisierung und enthält ein Kapitel über das Paradigma von Krebsstammzellen.

Dies ist ein maßgeblicher Band über einen der Vorreiter der Genforschung und wird nicht nur für etablierte Wissenschaftler, sondern auch für diejenigen, die jetzt in die Stammzellbiologie einsteigen, eine wertvolle Ressource sein.


Inhalt

Die früheste Erforschung des Nervensystems stammt aus dem alten Ägypten. Die Trepanation, die chirurgische Praxis, bei der entweder ein Loch in den Schädel gebohrt oder geschabt wird, um Kopfverletzungen oder psychische Störungen zu heilen oder den Schädeldruck zu lindern, wurde erstmals in der Jungsteinzeit aufgezeichnet. Manuskripte aus dem Jahr 1700 v. Chr. weisen darauf hin, dass die Ägypter einiges Wissen über die Symptome von Hirnschäden hatten. [8]

Frühe Ansichten über die Funktion des Gehirns betrachteten es als eine Art "Cranial Stuffing". In Ägypten wurde ab dem späten Reich der Mitte regelmäßig das Gehirn zur Vorbereitung der Mumifizierung entfernt. Damals glaubte man, das Herz sei der Sitz der Intelligenz. Nach Herodot bestand der erste Schritt der Mumifizierung darin, "ein krummes Stück Eisen zu nehmen und damit das Gehirn durch die Nasenlöcher herauszuziehen und so einen Teil loszuwerden, während der Schädel durch Spülen mit Drogen vom Rest befreit wird. " [9]

Die Ansicht, das Herz sei die Quelle des Bewusstseins, wurde erst zur Zeit des griechischen Arztes Hippokrates in Frage gestellt. Er glaubte, dass das Gehirn nicht nur an der Empfindung beteiligt war – da sich die meisten spezialisierten Organe (z. B. Augen, Ohren, Zunge) im Kopf in der Nähe des Gehirns befinden –, sondern auch der Sitz der Intelligenz war. [10] Platon spekulierte auch, dass das Gehirn der Sitz des rationalen Teils der Seele sei. [11] Aristoteles glaubte jedoch, dass das Herz das Zentrum der Intelligenz ist und dass das Gehirn die Wärmemenge des Herzens reguliert. [12] Diese Ansicht wurde allgemein akzeptiert, bis der römische Arzt Galen, ein Anhänger des Hippokrates und Arzt der römischen Gladiatoren, feststellte, dass seine Patienten ihre geistigen Fähigkeiten verloren, wenn sie ihr Gehirn beschädigt hatten. [13]

Abulcasis, Averroes, Avicenna, Avenzoar und Maimonides, die in der mittelalterlichen muslimischen Welt tätig waren, beschrieben eine Reihe von medizinischen Problemen im Zusammenhang mit dem Gehirn. Im Europa der Renaissance leisteten auch Vesalius (1514–1564), René Descartes (1596–1650), Thomas Willis (1621–1675) und Jan Swammerdam (1637–1680) mehrere Beiträge zur Neurowissenschaft.

Luigi Galvanis bahnbrechende Arbeit im späten 18. Jahrhundert bereitete den Weg für die Erforschung der elektrischen Erregbarkeit von Muskeln und Neuronen. In der ersten Hälfte des 19. Jahrhunderts war Jean Pierre Flourens Pionier der experimentellen Methode zur Durchführung lokalisierter Hirnläsionen bei lebenden Tieren, die deren Auswirkungen auf Motricity, Sensibilität und Verhalten beschrieben. 1843 demonstrierte Emil du Bois-Reymond die elektrische Natur des Nervensignals, [14] dessen Geschwindigkeit Hermann von Helmholtz später maß [15] und Richard Caton fand 1875 elektrische Phänomene in der Gehirnhälfte von Kaninchen und Affen. [16] Adolf Beck veröffentlichte 1890 ähnliche Beobachtungen der spontanen elektrischen Aktivität des Gehirns von Kaninchen und Hunden. [17] Untersuchungen des Gehirns wurden nach der Erfindung des Mikroskops und der Entwicklung eines Färbeverfahrens durch Camillo Golgi in den späten 1890er Jahren immer ausgefeilter. Das Verfahren verwendete ein Silberchromatsalz, um die komplizierten Strukturen einzelner Neuronen aufzudecken. Seine Technik wurde von Santiago Ramón y Cajal verwendet und führte zur Bildung der Neuronenlehre, der Hypothese, dass die funktionelle Einheit des Gehirns das Neuron ist. [18] Golgi und Ramón y Cajal erhielten 1906 den Nobelpreis für Physiologie oder Medizin für ihre umfangreichen Beobachtungen, Beschreibungen und Kategorisierungen von Neuronen im gesamten Gehirn.

Parallel zu dieser Forschung legte die Arbeit von Paul Broca mit hirngeschädigten Patienten nahe, dass bestimmte Regionen des Gehirns für bestimmte Funktionen verantwortlich sind. Brocas Erkenntnisse galten seinerzeit als Bestätigung der Theorie von Franz Joseph Gall, dass Sprache lokalisiert ist und dass bestimmte psychologische Funktionen in bestimmten Bereichen der Großhirnrinde lokalisiert sind. [19] [20] Die Hypothese der Lokalisation der Funktion wurde durch Beobachtungen von Epilepsiepatienten von John Hughlings Jackson unterstützt, der die Organisation des motorischen Kortex korrekt schloss, indem er das Fortschreiten der Anfälle durch den Körper beobachtete. Carl Wernicke entwickelte die Theorie der Spezialisierung bestimmter Hirnstrukturen auf das Sprachverstehen und die Sprachproduktion weiter. Die moderne Forschung durch Neuroimaging-Techniken verwendet immer noch die anatomischen Definitionen der Brodmann-Zerebralen zytoarchitektonischen Karte (in Bezug auf das Studium der Zellstruktur) aus dieser Zeit, um weiterhin zu zeigen, dass verschiedene Bereiche des Kortex bei der Ausführung bestimmter Aufgaben aktiviert werden. [21]

Im 20. Jahrhundert begann die Anerkennung der Neurowissenschaften als eigenständige akademische Disziplin und nicht als Studien des Nervensystems innerhalb anderer Disziplinen. Eric Kandel und Mitarbeiter haben David Rioch, Francis O. Schmitt und Stephen Kuffler als entscheidende Rollen bei der Etablierung des Feldes angeführt. [22] Rioch begründete die Integration der anatomischen und physiologischen Grundlagenforschung mit der klinischen Psychiatrie am Walter Reed Army Institute of Research, beginnend in den 1950er Jahren. Im gleichen Zeitraum baute Schmitt ein neurowissenschaftliches Forschungsprogramm innerhalb der Biologieabteilung des Massachusetts Institute of Technology auf, das Biologie, Chemie, Physik und Mathematik vereint. Die erste freistehende neurowissenschaftliche Abteilung (damals Psychobiology) wurde 1964 an der University of California, Irvine von James L. McGaugh gegründet. [23] Es folgte die 1966 von Stephen Kuffler gegründete Abteilung für Neurobiologie der Harvard Medical School. [24]

Das Verständnis von Neuronen und der Funktion des Nervensystems wurde im 20. Jahrhundert immer präziser und molekularer. 1952 stellten Alan Lloyd Hodgkin und Andrew Huxley beispielsweise ein mathematisches Modell für die Übertragung elektrischer Signale in Neuronen des Riesenaxons eines Tintenfisches vor, das sie "Aktionspotentiale" nannten, und wie sie initiiert und verbreitet werden, bekannt als die Hodgkin-Huxley-Modell. 1961–1962 vereinfachten Richard FitzHugh und J. Nagumo Hodgkin-Huxley im sogenannten FitzHugh-Nagumo-Modell. 1962 modellierte Bernard Katz die Neurotransmission über den Raum zwischen Neuronen, die als Synapsen bekannt sind. Ab 1966 untersuchten Eric Kandel und Mitarbeiter biochemische Veränderungen in Neuronen, die mit Lernen und Gedächtnisspeicherung in Verbindung stehen Aplysia. 1981 kombinierten Catherine Morris und Harold Lecar diese Modelle im Morris-Lecar-Modell. Diese zunehmend quantitative Arbeit führte zu zahlreichen biologischen Neuronenmodellen und Modellen der neuronalen Berechnung.

Infolge des zunehmenden Interesses am Nervensystem wurden im 20. Jahrhundert mehrere prominente neurowissenschaftliche Organisationen gegründet, um allen Neurowissenschaftlern ein Forum zu bieten. So wurde beispielsweise 1961 die International Brain Research Organization gegründet, [25] 1963 die International Society for Neurochemistry, [26] 1968 die European Brain and Behavior Society, [27] und 1969 die Society for Neuroscience. [28] In letzter Zeit hat die Anwendung neurowissenschaftlicher Forschungsergebnisse auch angewandte Disziplinen wie Neuroökonomie, [29] Neuroedukation, [30] Neuroethik [31] und Neurorecht hervorgebracht. [32]

Im Laufe der Zeit hat die Hirnforschung philosophische, experimentelle und theoretische Phasen durchlaufen, wobei die Arbeit an der Gehirnsimulation für die Zukunft von Bedeutung sein wird. [33]

Die wissenschaftliche Erforschung des Nervensystems nahm in der zweiten Hälfte des 20. Jahrhunderts erheblich zu, hauptsächlich aufgrund von Fortschritten in der Molekularbiologie, Elektrophysiologie und Computational Neuroscience. Dies hat es Neurowissenschaftlern ermöglicht, das Nervensystem in all seinen Aspekten zu untersuchen: wie es aufgebaut ist, wie es funktioniert, wie es sich entwickelt, wie es funktioniert und wie es verändert werden kann.

Zum Beispiel ist es möglich geworden, die komplexen Prozesse, die innerhalb eines einzelnen Neurons ablaufen, im Detail zu verstehen. Neuronen sind Zellen, die auf die Kommunikation spezialisiert sind. Sie sind in der Lage, mit Neuronen und anderen Zelltypen über spezialisierte Verbindungen, die Synapsen genannt werden, zu kommunizieren, an denen elektrische oder elektrochemische Signale von einer Zelle zur anderen übertragen werden können. Viele Neuronen extrudieren einen langen dünnen Axoplasmafaden, der als Axon bezeichnet wird, der sich bis zu entfernten Körperteilen erstrecken kann und in der Lage ist, schnell elektrische Signale zu übertragen, die die Aktivität anderer Neuronen, Muskeln oder Drüsen an ihren Endpunkten beeinflussen. Ein nervöses System entsteht aus der Ansammlung von Neuronen, die miteinander verbunden sind.

The vertebrate nervous system can be split into two parts: the central nervous system (defined as the brain and spinal cord), and the peripheral nervous system. In many species — including all vertebrates — the nervous system is the most complex organ system in the body, with most of the complexity residing in the brain. The human brain alone contains around one hundred billion neurons and one hundred trillion synapses it consists of thousands of distinguishable substructures, connected to each other in synaptic networks whose intricacies have only begun to be unraveled. At least one out of three of the approximately 20,000 genes belonging to the human genome is expressed mainly in the brain. [34]

Due to the high degree of plasticity of the human brain, the structure of its synapses and their resulting functions change throughout life. [35]

Making sense of the nervous system's dynamic complexity is a formidable research challenge. Ultimately, neuroscientists would like to understand every aspect of the nervous system, including how it works, how it develops, how it malfunctions, and how it can be altered or repaired. Analysis of the nervous system is therefore performed at multiple levels, ranging from the molecular and cellular levels to the systems and cognitive levels. The specific topics that form the main foci of research change over time, driven by an ever-expanding base of knowledge and the availability of increasingly sophisticated technical methods. Improvements in technology have been the primary drivers of progress. Developments in electron microscopy, computer science, electronics, functional neuroimaging, and genetics and genomics have all been major drivers of progress.

Molecular and cellular neuroscience Edit

Basic questions addressed in molecular neuroscience include the mechanisms by which neurons express and respond to molecular signals and how axons form complex connectivity patterns. At this level, tools from molecular biology and genetics are used to understand how neurons develop and how genetic changes affect biological functions. The morphology, molecular identity, and physiological characteristics of neurons and how they relate to different types of behavior are also of considerable interest.

Questions addressed in cellular neuroscience include the mechanisms of how neurons process signals physiologically and electrochemically. These questions include how signals are processed by neurites and somas and how neurotransmitters and electrical signals are used to process information in a neuron. Neurites are thin extensions from a neuronal cell body, consisting of dendrites (specialized to receive synaptic inputs from other neurons) and axons (specialized to conduct nerve impulses called action potentials). Somas are the cell bodies of the neurons and contain the nucleus.

Another major area of cellular neuroscience is the investigation of the development of the nervous system. Questions include the patterning and regionalization of the nervous system, neural stem cells, differentiation of neurons and glia (neurogenesis and gliogenesis), neuronal migration, axonal and dendritic development, trophic interactions, and synapse formation.

Computational neurogenetic modeling is concerned with the development of dynamic neuronal models for modeling brain functions with respect to genes and dynamic interactions between genes.

Neural circuits and systems Edit

Questions in systems neuroscience include how neural circuits are formed and used anatomically and physiologically to produce functions such as reflexes, multisensory integration, motor coordination, circadian rhythms, emotional responses, learning, and memory. In other words, they address how these neural circuits function in large-scale brain networks, and the mechanisms through which behaviors are generated. For example, systems level analysis addresses questions concerning specific sensory and motor modalities: how does vision work? How do songbirds learn new songs and bats localize with ultrasound? How does the somatosensory system process tactile information? The related fields of neuroethology and neuropsychology address the question of how neural substrates underlie specific animal and human behaviors. Neuroendocrinology and psychoneuroimmunology examine interactions between the nervous system and the endocrine and immune systems, respectively. Despite many advancements, the way that networks of neurons perform complex cognitive processes and behaviors is still poorly understood.

Cognitive and behavioral neuroscience Edit

Cognitive neuroscience addresses the questions of how psychological functions are produced by neural circuitry. The emergence of powerful new measurement techniques such as neuroimaging (e.g., fMRI, PET, SPECT), EEG, MEG, electrophysiology, optogenetics and human genetic analysis combined with sophisticated experimental techniques from cognitive psychology allows neuroscientists and psychologists to address abstract questions such as how cognition and emotion are mapped to specific neural substrates. Although many studies still hold a reductionist stance looking for the neurobiological basis of cognitive phenomena, recent research shows that there is an interesting interplay between neuroscientific findings and conceptual research, soliciting and integrating both perspectives. For example, neuroscience research on empathy solicited an interesting interdisciplinary debate involving philosophy, psychology and psychopathology. [36] Moreover, the neuroscientific identification of multiple memory systems related to different brain areas has challenged the idea of memory as a literal reproduction of the past, supporting a view of memory as a generative, constructive and dynamic process. [37]

Neuroscience is also allied with the social and behavioral sciences, as well as with nascent interdisciplinary fields. Examples of such alliances include neuroeconomics, decision theory, social neuroscience, and neuromarketing to address complex questions about interactions of the brain with its environment. A study into consumer responses for example uses EEG to investigate neural correlates associated with narrative transportation into stories about energy efficiency. [38]

Computational neuroscience Edit

Questions in computational neuroscience can span a wide range of levels of traditional analysis, such as development, structure, and cognitive functions of the brain. Research in this field utilizes mathematical models, theoretical analysis, and computer simulation to describe and verify biologically plausible neurons and nervous systems. For example, biological neuron models are mathematical descriptions of spiking neurons which can be used to describe both the behavior of single neurons as well as the dynamics of neural networks. Computational neuroscience is often referred to as theoretical neuroscience.

Nanoparticles in medicine are versatile in treating neurological disorders showing promising results in mediating drug transport across the blood brain barrier. [39] Implementing nanoparticles in antiepileptic drugs enhances their medical efficacy by increasing bioavailability in the bloodstream, as well as offering a measure of control in release time concentration. [39] Although nanoparticles can assist therapeutic drugs by adjusting physical properties to achieve desirable effects, inadvertent increases in toxicity often occur in preliminary drug trials. [40] Furthermore, production of nanomedicine for drug trials is economically consuming, hindering progress in their implementation. Computational models in nanoneuroscience provide alternatives to study the efficacy of nanotechnology-based medicines in neurological disorders while mitigating potential side effects and development costs. [39]

Nanomaterials often operate at length scales between classical and quantum regimes. [41] Due to the associated uncertainties at the length scales that nanomaterials operate, it is difficult to predict their behavior prior to in vivo studies. [39] Classically, the physical processes which occur throughout neurons are analogous to electrical circuits. Designers focus on such analogies and model brain activity as a neural circuit. [42] Success in computational modeling of neurons have led to the development of stereochemical models that accurately predict acetylcholine receptor-based synapses operating at microsecond time scales. [42]

Ultrafine nanoneedles for cellular manipulations are thinner than the smallest single walled carbon nanotubes. Computational quantum chemistry [43] is used to design ultrafine nanomaterials with highly symmetrical structures to optimize geometry, reactivity and stability. [41]

Behavior of nanomaterials are dominated by long ranged non-bonding interactions. [44] Electrochemical processes that occur throughout the brain generate an electric field which can inadvertently affect the behavior of some nanomaterials. [41] Molecular dynamics simulations can mitigate the development phase of nanomaterials as well as prevent neural toxicity of nanomaterials following in vivo clinical trials. [40] Testing nanomaterials using molecular dynamics optimizes nano characteristics for therapeutic purposes by testing different environment conditions, nanomaterial shape fabrications, nanomaterial surface properties, etc. without the need for in vivo experimentation. [45] Flexibility in molecular dynamic simulations allows medical practitioners to personalize treatment. Nanoparticle related data from translational nanoinformatics links neurological patient specific data to predict treatment response. [44]

Neuroscience and medicine Edit

Neurology, psychiatry, neurosurgery, psychosurgery, anesthesiology and pain medicine, neuropathology, neuroradiology, ophthalmology, otolaryngology, clinical neurophysiology, addiction medicine, and sleep medicine are some medical specialties that specifically address the diseases of the nervous system. These terms also refer to clinical disciplines involving diagnosis and treatment of these diseases.

Neurology works with diseases of the central and peripheral nervous systems, such as amyotrophic lateral sclerosis (ALS) and stroke, and their medical treatment. Psychiatry focuses on affective, behavioral, cognitive, and perceptual disorders. Anesthesiology focuses on perception of pain, and pharmacologic alteration of consciousness. Neuropathology focuses upon the classification and underlying pathogenic mechanisms of central and peripheral nervous system and muscle diseases, with an emphasis on morphologic, microscopic, and chemically observable alterations. Neurosurgery and psychosurgery work primarily with surgical treatment of diseases of the central and peripheral nervous systems.

Translational research Edit

Recently, the boundaries between various specialties have blurred, as they are all influenced by basic research in neuroscience. For example, brain imaging enables objective biological insight into mental illnesses, which can lead to faster diagnosis, more accurate prognosis, and improved monitoring of patient progress over time. [46]

Integrative neuroscience describes the effort to combine models and information from multiple levels of research to develop a coherent model of the nervous system. For example, brain imaging coupled with physiological numerical models and theories of fundamental mechanisms may shed light on psychiatric disorders. [47]

Modern neuroscience education and research activities can be very roughly categorized into the following major branches, based on the subject and scale of the system in examination as well as distinct experimental or curricular approaches. Individual neuroscientists, however, often work on questions that span several distinct subfields.

List of the major branches of neuroscience
Zweig Beschreibung
Affective neuroscience Affective neuroscience is the study of the neural mechanisms involved in emotion, typically through experimentation on animal models. [48]
Behavioral neuroscience Behavioral neuroscience (also known as biological psychology, physiological psychology, biopsychology, or psychobiology) is the application of the principles of biology to the study of genetic, physiological, and developmental mechanisms of behavior in humans and non-human animals.
Cellular neuroscience Cellular neuroscience is the study of neurons at a cellular level including morphology and physiological properties.
Clinical neuroscience The scientific study of the biological mechanisms that underlie the disorders and diseases of the nervous system.
Cognitive neuroscience Cognitive neuroscience is the study of the biological mechanisms underlying cognition.
Computational neuroscience Computational neuroscience is the theoretical study of the nervous system.
Cultural neuroscience Cultural neuroscience is the study of how cultural values, practices and beliefs shape and are shaped by the mind, brain and genes across multiple timescales. [49]
Developmental neuroscience Developmental neuroscience studies the processes that generate, shape, and reshape the nervous system and seeks to describe the cellular basis of neural development to address underlying mechanisms.
Evolutionary neuroscience Evolutionary neuroscience studies the evolution of nervous systems.
Molecular neuroscience Molecular neuroscience studies the nervous system with molecular biology, molecular genetics, protein chemistry, and related methodologies.
Nanoneuroscience An interdisciplinary field that integrates nanotechnology and neuroscience.
Neural engineering Neural engineering uses engineering techniques to interact with, understand, repair, replace, or enhance neural systems.
Neuroanatomy Neuroanatomy is the study of the anatomy of nervous systems.
Neurochemistry Neurochemistry is the study of how neurochemicals interact and influence the function of neurons.
Neuroethology Neuroethology is the study of the neural basis of non-human animals behavior.
Neurogastronomy Neurogastronomy is the study of flavor and how it affects sensation, cognition, and memory. [50]
Neurogenetik Neurogenetics is the study of the genetical basis of the development and function of the nervous system.
Neuroimaging Neuroimaging includes the use of various techniques to either directly or indirectly image the structure and function of the brain.
Neuroimmunology Neuroimmunology is concerned with the interactions between the nervous and the immune system.
Neuroinformatik Neuroinformatics is a discipline within bioinformatics that conducts the organization of neuroscience data and application of computational models and analytical tools.
Neurolinguistics Neurolinguistics is the study of the neural mechanisms in the human brain that control the comprehension, production, and acquisition of language.
Neurophysics Neurophysicsis the branch of biophysics dealing with the development and use of physical methods to gain information about the nervous system.
Neurophysiologie Neurophysiology is the study of the functioning of the nervous system, generally using physiological techniques that include measurement and stimulation with electrodes or optically with ion- or voltage-sensitive dyes or light-sensitive channels.
Neuropsychology Neuropsychology is a discipline that resides under the umbrellas of both psychology and neuroscience, and is involved in activities in the arenas of both basic science and applied science. In psychology, it is most closely associated with biopsychology, clinical psychology, cognitive psychology, and developmental psychology. In neuroscience, it is most closely associated with the cognitive, behavioral, social, and affective neuroscience areas. In the applied and medical domain, it is related to neurology and psychiatry.
Paleoneurobiology Paleoneurobiology is a field which combines techniques used in paleontology and archeology to study brain evolution, especially that of the human brain.
Social neuroscience Social neuroscience is an interdisciplinary field devoted to understanding how biological systems implement social processes and behavior, and to using biological concepts and methods to inform and refine theories of social processes and behavior.
Systems neuroscience Systems neuroscience is the study of the function of neural circuits and systems.

The largest professional neuroscience organization is the Society for Neuroscience (SFN), which is based in the United States but includes many members from other countries. Since its founding in 1969 the SFN has grown steadily: as of 2010 it recorded 40,290 members from 83 different countries. [51] Annual meetings, held each year in a different American city, draw attendance from researchers, postdoctoral fellows, graduate students, and undergraduates, as well as educational institutions, funding agencies, publishers, and hundreds of businesses that supply products used in research.

Other major organizations devoted to neuroscience include the International Brain Research Organization (IBRO), which holds its meetings in a country from a different part of the world each year, and the Federation of European Neuroscience Societies (FENS), which holds a meeting in a different European city every two years. FENS comprises a set of 32 national-level organizations, including the British Neuroscience Association, the German Neuroscience Society (Neurowissenschaftliche Gesellschaft), and the French Société des Neurosciences. The first National Honor Society in Neuroscience, Nu Rho Psi, was founded in 2006. Numerous youth neuroscience societies which support undergraduates, graduates and early career researchers also exist, like Project Encephalon. [52]

In 2013, the BRAIN Initiative was announced in the US. An International Brain Initiative was created in 2017, [53] currently integrated by more than seven national-level brain research initiatives (US, Europe, Allen Institute, Japan, China, Australia, Canada, Korea, Israel) [54] spanning four continents.

Public education and outreach Edit

In addition to conducting traditional research in laboratory settings, neuroscientists have also been involved in the promotion of awareness and knowledge about the nervous system among the general public and government officials. Such promotions have been done by both individual neuroscientists and large organizations. For example, individual neuroscientists have promoted neuroscience education among young students by organizing the International Brain Bee, which is an academic competition for high school or secondary school students worldwide. [55] In the United States, large organizations such as the Society for Neuroscience have promoted neuroscience education by developing a primer called Brain Facts, [56] collaborating with public school teachers to develop Neuroscience Core Concepts for K-12 teachers and students, [57] and cosponsoring a campaign with the Dana Foundation called Brain Awareness Week to increase public awareness about the progress and benefits of brain research. [58] In Canada, the CIHR Canadian National Brain Bee is held annually at McMaster University. [59]

Neuroscience educators formed Faculty for Undergraduate Neuroscience (FUN) in 1992 to share best practices and provide travel awards for undergraduates presenting at Society for Neuroscience meetings. [60]

Finally, neuroscientists have also collaborated with other education experts to study and refine educational techniques to optimize learning among students, an emerging field called educational neuroscience. [61] Federal agencies in the United States, such as the National Institute of Health (NIH) [62] and National Science Foundation (NSF), [63] have also funded research that pertains to best practices in teaching and learning of neuroscience concepts.


Engaging in science practices in classrooms predicts increases in undergraduates' STEM motivation, identity, and achievement: A short-term longitudinal study

Campbell Leaper, Department of Psychology, University of California, Santa Cruz, CA 95064.

Department of Psychology, University of California, Santa Cruz, California

Institute for Scientist & Engineer Educators, University of California, Santa Cruz, California

Department of Ecology and Evolutionary Biology, University of California, Santa Cruz, California

Division of Physical and Biological Sciences, University of California, Santa Cruz, California

Institute for Scientist & Engineer Educators, University of California, Santa Cruz, California

Department of Psychology, University of California, Santa Cruz, California

Campbell Leaper, Department of Psychology, University of California, Santa Cruz, CA 95064.

Abstrakt

Our short-term longitudinal study explored undergraduate students' experiences with performing authentic science practices in the classroom in relation to their science achievement and course grades. In addition, classroom experiences (felt recognition as a scientist and perceived classroom climate) and changes over a 10-week academic term in STEM (science, technology, engineering, and mathematics) identity and motivation were tested as mediators. The sample comprised 1,079 undergraduate students from introductory biology classrooms (65.4% women, 37.6% Asian, 30.2% White, 25.1% Latinx). Using structural equation modeling (SEM), our hypothesized model was confirmed while controlling for class size and GPA. Performing science practices (e.g., hypothesizing or explaining results) positively predicted students' felt recognition as a scientist and felt recognition positively predicted perceived classroom climate. In turn, felt recognition and classroom climate predicted increases over time in students' STEM motivation (expectancy-value beliefs), STEM identity, and STEM career aspirations. Finally, these factors predicted students' course grade. Both recognition as a scientist and positive classroom climate were more strongly related to outcomes among underrepresented minority (URM) students. Findings have implications for why large-format courses that emphasize opportunities for students to learn science practices are related to positive STEM outcomes, as well as why they may prove especially helpful for URM students. Practical implications include the importance of recognition as a scientist from professors, teaching assistants, and classmates in addition to curriculum that engages students in the authentic practices of science.

Anhang S1. Supporting Information.

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Stem modifications

Some plant species have modified stems that are especially suited to a particular habitat and environment ( [link] ). A rhizome is a modified stem that grows horizontally underground and has nodes and internodes. Vertical shoots may arise from the buds on the rhizome of some plants, such as ginger and ferns. Corms are similar to rhizomes, except they are more rounded and fleshy (such as in gladiolus). Corms contain stored food that enables some plants to survive the winter. Stolons are stems that run almost parallel to the ground, or just below the surface, and can give rise to new plants at the nodes. Runners are a type of stolon that runs above the ground and produces new clone plants at nodes at varying intervals: strawberries are an example. Tubers are modified stems that may store starch, as seen in the potato ( Solanum sp.). Tubers arise as swollen ends of stolons, and contain many adventitious or unusual buds (familiar to us as the &ldquoeyes&rdquo on potatoes). A bulb , which functions as an underground storage unit, is a modification of a stem that has the appearance of enlarged fleshy leaves emerging from the stem or surrounding the base of the stem, as seen in the iris.

Stem modifications enable plants to thrive in a variety of environments. Gezeigt sind (a) Ingwer ( Zingiber officinale ) Rhizome, (b) eine Aasblüte ( Amorphophallus titanum ) Knolle (c) Rhodosgras ( Chloris gayana ) Ausläufer, (d) Erdbeere ( Fragaria ananassa ) Läufer, (e) Kartoffel ( Solanum tuberosum ) Knollen und (f) rote Zwiebel ( Lauch ) Glühbirnen. (Kredit a: Änderung der Arbeit von Maja Dumat Kredit c: Änderung der Arbeit von Harry Rose Kredit d: Änderung der Arbeit von Rebecca Siegel Kredit e: Änderung der Arbeit von Scott Bauer, USDA ARS Kredit f: Änderung der Arbeit von Stephen Ausmus, USDA-ARS)


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