Studium Generale – Die Entstehung komplexer Zellen aus Mikroben

Studium Generale – Die Entstehung komplexer Zellen aus Mikroben

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sehr geehrte damen und herren herzlich willkommen zum zweiten zur zweiten veranstaltung in der vortragsreihe die entstehung des neuen zweite teil das letzte mal haben wir von einer recht wichtigen innovation gelernt gehört der erfindung des geldes die unser gesellschaftliches leben in allen bereichen entscheidend beeinflusst hat im folgenden werden wir uns heute im
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ersten von zwei vorträgen mit der evolution des lebens beschäftigen wie sie alle wissen ist die evolutionstheorie von charles darwin und russel wallace hat unser weltbild entscheidend geprägt seit ungefähr 150 jahren allerdings ist wichtig zu bemerken dass die ursprünglichen vorstellungen von darwin in zwei wesentlichen punkten revidiert werden mussten
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der erste ist dass die evolution eingerichteter prozess ist die richtung erfährt die evolution erst durch äußere einflüsse die man als selektionsdruck bezeichnet die entstehung von komplexität ist der herr nicht folge eines zielgerichteten prozesses sondern eine frage der zeit nämlich wie viele evolutionsschritt der oder mutations schritte die zu höherer komplexität
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führen können möglich sind die als beweis dafür dass darwin noch einen gerichteten evolutionsprozess geglaubt hat ist diese skizze das war die erste diskussion geht sie von charles darwin von einem stammbaum dass es so etwas wie eine ikone der wissenschaftsgeschichte kann man sagen und da ist eben eindeutig diese rote pfeil zeigt es fängt an von niedrigen primitiven formen sagen wir mal von
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amöben oder so was was anderes hat man damals noch nicht so gut gekannt bis hinauf zum menschen als krone der schöpfung heute hat man eine ganz andere vorstellung nämlich die vorstellung eines prozesses dass die evolution sozusagen in verschiedenste richtungen gehen kann und das ist in dieser darstellung der drei reiche der natur zu sehen alles hat begonnen mit dem letzten universellen ahnen des lebens das leben hat sehr viele gemeinsame eigenschaften
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zum beispiel den vererbung durch dna und anderes und diese gemeinsamkeit die deutet einfach darauf hin dass das leben von einer einheitlichen urform entstanden ist dem so genannten luca lars die universal kommen 1 da wobei man nicht ganz genau weiß ob dieser letzte gemeinsame vorfahre schon alle attribute des lebendigen erfüllt und es gibt dann drei große reiche der natur und das ist schon das führte dann schon direkt zum thema des heutigen vortrags über wir haben die bakterien oder heute sagt man
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bakterien die echten bakterien daher oder bakterien und die kunden um die es heute geht und diese drei reiche der natur diese einteilung geht auf den amerikanischen mikrobiologen kann böse hervor diese vorstellung hat eine andere vorstellung abgelöst nämlich die zusammenfassung der primitiven zählen die noch keinen kern haben als protesten und von denen zu unterscheiden
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die varianten jetzt habe ich im falschen knopf gedrückt so jetzt ist es wieder da die zweite vorstellung von von darwin dass nämlich die evolution ein kontinuierlicher prozess ist die musste auch revidiert werden die evolution des lebens erfolgt nämlich impulsen in entwicklungs schüben konrad lorenz hat das figuration genannt also wieder aus
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dem blitz schleudert hat auch die evolution sprünge gemacht allerdings nicht so wie manche gedacht haben dass es dann sozusagen also einem sagen wir mal aus einem assen auf einmal ein mensch wurde oder aus einem bakterium eine grüne pflanze oder was sondern auch das waren viele kleine schritte aber diese kleinen schritte haben in kurzer folge ab kurzer abfolge stattgefunden und da überhaupt ein hauptargument der ta wünschen theorie war ihr mann ihr die missing
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links dass man sehr wenige übergangs formen hat man nimmt heute anders die das fehlen solcher übergangs formen vor allem darauf zurückzuführen ist dass eben diese übergänge sehr schnell erfolgt sind in relativ kleinen populationen zwölf wären sie gar nicht möglich gewesen was löst aber nun diese entwicklungs pulse aus dass ein ganz entscheidender punkt ist sind einflüsse der umwelt und davon werden wir heute hören vor allem das sauerstoffgehalt der atmosphäre
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es können aber auch umweltkatastrophen sein das ist sehr häufig der fall dass nämlich eine eine umweltkatastrophe eine massen auslöschung auslöst und nachher geht sozusagen neu weiter am ende der kreidezeit sind 75 prozent aller arten ausgestorben und das hat dann praktisch das sind die dinosaurier wie sie alle wissen ausgestorben und erst dann haben sich die säugetiere die die säugetiere entwickeln können in ihrer vielfalt wie
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wir sie heute kennen einfach weil die dann die ökologischen nischen besetzen konnten die vorher von den dinosauriern besetzung ist hat allerdings die säugetiere schon über 100 millionen jahre früher gegner also umwelteinflüsse sind entscheidend für solche figurationen und das hat eben dann die ganze evolutionsforschung gibt die vorstellung von der entwicklung des lebens einerseits um gerichtet andererseits sprunghaft sehr wesentlich von der darwinschen vorstellung entschieden
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unterschieden hier habe ich so ein bild gezeigt da haben wir noch einmal so ein schema der repsol entschuldigung von den reichen der natur erwartet hier ist er luca dann haben wir hier die pro konnten hier wie sie als pro karten genannt procar ria das sind also die archea und packt er und das sind dann immer solche konzentrischen kreise die eine höhere eine entwicklung höherer komplexität ermöglichen ganz bewusst so gezeichnet dass das nicht von unten nach oben geht
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und das ist hier die zeit die notwendig war um diese schritte zu erreichen und die höhe der organisation die also nicht immer also die evolution geht nicht immer in der höhe ist eine frage der zeit weil eben für complex reformen eine größere anzahl von evolutionsschritt ein erforderliches und was ganz wesentlich auch noch ist das durch die herausbildung neuer formen die alten
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formen nicht notwendigerweise beseitigt werden wenn wir zum beispiel heute ins flugzeug steigen so steigen wir in ein jumbojet eine boeing 747 und in keine tante ju die älteren unter ihnen kennen noch die tante ju die ju 52 1 3 motorisches flugzeug der firma junkers was sie mehr 1932 entwickelt wurde heute gibt es zwar noch aber solche tante ju sie herum fliegen für touristen aber wir würden nie auf die idee kommen dies mit
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seiner tante ju nach amerika zu fliegen in der biologie ist es anders auch heute sind die meisten organismen immer noch bakterien trotzdem glauben wir natürlich dass es in der evolution komplexere formen geht und das führt mich über zum vortrag von helmut plattner helm und plattner studierte an der universität innsbruck biologie mit den nebenfächern chemie und physik und hat an der universität innsbruck mit einer experimentellen arbeit auf dem gebiet zerstrahlen biologie promoviert
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aber dann zunächst als post doc an der cornell university für drei jahre dann war er kurzzeitig zurück und in münchen und dann ist er noch einmal nach frankreich als postdoc gegangen bevor er dann 1978 an die universität konstanz berufen wurde als professor für zellbiologie und diese tätigkeit hat er bis 2006 bis zu sein regierung ausgeführt er ist aber auch heute noch sehr aktiv und hat einige
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forschungsprojekte die von der deutschen forschungsgemeinschaft gefördert werden und hat eine interessante transdisziplinäre kooperationen mit klinischen biomediziner weil er sich mit einzelligen tieren beschäftigt und die sind auch wichtig als pathogene als krankheitserreger und das sind zum beispiel die erreger von malaria und toxoplasmose und diese spezialisten für
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diese krankheiten interessiert sich sehr für die zellbiologie und da es helmut platten ein idealer ratgeber und außerdem hat er sich sehr intensiv mit der reiz leitung von parametern also von pantoffeltierchen beschäftigt und deswegen ist auch in enger kooperation mit neurobiologen die sich also mit der signalübertragung beschäftigen ist herausgeber mehrerer wissenschaftlicher bücher hat ein buch über zellbiologie geschrieben welches schon in der vierten
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auflage erschienen ist und dieses buch ist auch in mehrere sprachen damit den titel sehen sie hier und ich darf ich bitten die behälter in dem vortrag zu bieten meine damen und herren hier ein stich aus der zeit 1805 als alles noch klar war bis durch die zunehmenden kenntnisse in der zellbiologie alles wieder sehr viel wärmer und unübersichtlich war wie üblich
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also dass hier zeigt zum beispiel dass auch spontan gebildet werden können irgendwelchen unrat hier irgendwelche niedernwöhren ungeziefer ohnehin davon ist mir nicht sehr viel von diesem zeug das man jederzeit für sich bilden aber es gab dann einen wissenschaftler der die welt eines besseren belehrt dass jede zelle nämlich von einer zelle abstand und ich glaube bevor ich in die evolution hinein geben möchte ich ein paar voraussetzungen klären damit sie
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wissen wovon überhaupt die regel ist was das normale ist wie ein bakterium aussieht wie eine eukaryoten zelle aussieht als schön und gut calyon ist verkehr also die die einem ökologisch plant kern haben das fängt an hier mit einzelligen eukaryoten hier eine alge mit geiseln kann sich bewegen ihren koran auf lager ab das ist ein pärchen das sich genau anschauen sollen sie alle stammen von dem ab das ist nämlich eine basis form die derzeit sehr genau
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molekularbiologisch untersucht wird sie hat die signaltransduktion die wir haben den fonds folierung für die experten bis hin zu krebs zur phänomen ziel des ions moleküle die in der weiteren folge für gewebe bildung sehr wichtig sind und dann ist sie ein anderes produktion als auch nur beispiele und dann geht das ganze über in die vielseitigkeit hier ist eine sage dir lieber und da haben wir angefärbt die idee nahe als
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informationsträger also das genom und zusehen dass sie es in toto im zellkern in einem sehr die stinken zellkern gespeichert hier eine zelle hier verkehren und so weiter über dieser zelluläre bau dasselbe haben wir bei pflanzlichen zellen hier eine wurzel wie ist nicht grün also im schnitt sehen wir hier viele kerne in verschiedenen aktivitäts stadien diese unscheinbar aussehenden sind synthese aktiv und die hier sind
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teilung aktiv die haben die sogenannten chromosomen austräger des erbmaterials kondensiert damit sie dann auf die tochterzellen verteilen können und hier noch eine ungefährdete lebende zelle von einem dünnen blatt da sehen sie auch eine zelle mit vielen chloroplasten mit dem chlorophyll für die photosynthese leistung den zellkern alkohol und zweiter also insgesamt hat der mensch ungefähr zehn hoch 14
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ich habe sie nicht genau nachgezählt also das kann plusminus schöner sein dann ist es diese tal hier aber müsse ausschreibt bei den säugetieren haben wir muss malte definition dazu sagen 240 verschiedene zelltypen bei blütenpflanzen ca 70 alle haben dasselbe genommen überall im ganzen körper aber eine differenzielle expression nur ganz bestimmte proteine
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werden gemacht und bestimmte leistungen zu vollführen die sind natürlich gewebe spezifisch eine hirnzellen arbeitet anders als der muskelzelle und weiter jetzt vergleichen wir mal den ausgangspunkt ein bakterium ich differenziere jetzt nicht nach ecke und packten ich zeige ihnen einfach wie sie alle mehr oder weniger ausschauen alle haben eine zellmembran walter sieber soll nicht ganz die sting und dann sind sie mehr oder weniger diffus hier hier vor ideen technisch etwas
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manipuliert in der front gehen eingepflanzt das kann man vergessen man verwendet sie in der biotechnologie dafür hier ist zum beispiel ein bereich wo die dna angereichert ist kein morphologisch distinct uhr zellkern einfach ein gewirr von dna hier drinnen ein nukleus das ähnlich und hier jetzt vergleichen sie mit dem maßstab hier hier ist die zelle angedeutet in der größeren 00 ein tausendstel millimeter
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und die hütte oder oder eukaryoten zelle die hat nun die stinken feldherrn und vieler interner membran systeme welche eine hohe dynamik vollführen und sie haben zum beispiel originellen wie die mitochondrien hier welche ihrerseits drinnen einen faltungen haben das wird sehr wichtig sein ich komme darauf zurück punktuell es sind real gesagt die kraftwerke der zelle hier finden probleme sind hilfeleistungen statt hier werde golgi apparat als
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verschiebebahnhof und verschiedene neu synthetisierte komponenten an verschiedenen stellen der zelle zu bringen alles dies musste die zelle lernen im laufe der evolution und wir werden uns vor augen führen welches die mechanismen waren das hier so ein komplexes system entstehen konnte in dieser größe ist noch eine geißel dran und zu schwimmen es gibt auch wieder summen die für die intrazelluläre
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verdauung da sieht die stoffe haben einen dauernden umsatz werden neu sind das ihre zum teil abgebaut und das ganze bei laufendem betrieb also geschlossen wegen umbau das gibt es nicht weder in der evolution noch in der einzel entwicklung einer zeit da ist noch das raue endoplasmatischen retikulum angegeben mit diesem bündchen wir schauen uns jetzt mal eine elektronik vor kaffee dann gleich an vorher aber was sich angedeutet habe
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die begrenzung jeder zelle auch der bakterienzelle durch eine zellmembran so was sind die allgemeinen kriterien für alle zellen diese begrenzung so dass die zelle ein komplexes in das milieu herstellen oder aufrechterhalten kann als ihre umgebung und dazu braucht es eine barriere das sind so wie seifenblasen sie haben eine ähnliche struktur nämlich das gebiet moleküle so in einer
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doppelschicht angeordnet sind ganz von selber self assembly selbst zusammenbaut ganz spontan es sind auch noch proteine eingelagert für verschiedene funktionen und dadurch kann man sagen wir sind immer wieder hier so was wie eintrittspforten und schleusen um etwas abzugeben was auch zunehmend in die zellmembranen eingebaut schon beim bak treffen das ganze ist als dynamisch das hieße ein system ein offenes system im fließgewässer in putbus als aufnahme
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abgabe von informationen und stoffen zählen haben den stoffwechsel mit atp adenosintriphosphat aus energieträger molekül sie können das jetzt als einheitswährung betrachten alle zellen haben das so sie haben dna desoxyribonukleinsäure alles informationsspeicher rna ribonukleinsäure als informationsträger und proteine zur umsetzung der information sie haben die fähigkeit der identischen
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replikation dna macht wiedergegeben werden repliziert aber es wird denen auch in boden oder messenger rna abgelesen und nach der wären dann proteine stufe für stufe - aminosäuren aufgebaut die dann dienen der herstellung der zellfunktion und der zellen struktur auf das hdb wollen wir doch einen blick bach hier also das ist
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mit tripolis ein zug kommen drei phosphat fest wichtig ist nur das einfache fahrt fest hier leicht abgetrennt wird und übertragen wird davon anderes molekül zb ein protein dieses glücklichen hier soll ein problem sein und wenn es fonds verliert wird das postamt übertragen wird verändert ist eine konfirmation und das ist arbeit also das steckt dahinter in der
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energetischen zuge von zellulären aktivitäten dass ein beispiel dass radwege spalten wird wasser übertragen wird die konformation ändert sich und dadurch der aktivitäts zustand auch ein muskel ist es so natürlich mit vielen molekülen das andere ist die dna hier das ist ein präparat mit blanka dna also nur das molekül dna ohne etwas dran und sie sind es ein bierbike neue wo man überhaupt nichts erkennen kann
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es wurden aufgeklärt dass sie aus einer doppelhelix besteht und ich kann nicht weiter darauf eingehen aus was hier basen fried sind die dann jeweils ein eine aminosäure kodieren das wäre dann umgelegt import und dass es verhinderung ist also alles rein physikalisch zu erklären so in unserem zelt kempa eukaryoten zelle da ist die sache ein bisschen komplizierter jetzt möchte ich ihnen
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zunächst einmal zeigen was meinen sie wie viel dna so eine zelle hat jede uns erzählt reale größe 26 meter in einem zellkern von 5 mikrometer 5 x 1000 meter jetzt bringen sie als auch unter ohne dass es verknallt und sich verheddert das ist ein logistisches problem in der evolution der zelle sie hatte das gelöst der erste ansatz ist dass man auf spult ja so hier das
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sieht diese moleküle proteine und da wird aufgespalten wird das ganze schon sehr viel dichter seit noch weiter verzögert und im endeffekt hat mit mikroskop dann diese chromosomen die ich ihnen an diesem pflanzlichen gewebe gezeigt hatte ja also so etwas auf gezwirbelt ihren die doppelhelix ist nur zweimal ein resource ein millionstel millimeter dick sein am 11
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jetzt kann man die chromosomen des menschen zum beispiel isolieren so glaubt das cabrio gramm das natürlich für die pathologie auch interessant irgendwelche stärken chromosomen anomalien bei kinder und so weiter selektiv an gefärbte einfachen paare man schneidet sie noch ihr jetzt elektronisch haus und hat an den see paare hier nur die zwei xy da haben wir eine sexuelle zwiefalter richtig dass mein ändern nämlich xy bei
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man und xx bei der frau also jeder zelle hat diesen stempel und alle anderen die sind entwickelter zahl vorhaben übermenschen 46 chromosomen 22 paare gesamtlänge habe ich ihnen schon gesagt ist enorm jetzt wenn wir die bakterien anschauen erinnern sich an das elektronenmikroskop ische bild da war dieses nuklide sehr willig eindrucksvoll das ist einfach
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ringförmiger irgendwie im bakterium herumliegende den sie sehr viel kürzer hat keine historie dieser proteine nicht und dasselbe finden wir in der kargen zelle auch in zwei original nämlich bei tierischen zellen in den mitochondrien den kraftwerken der zelle und bei der grünen pflanzenzelle in den chloroplasten und jeder mit orangen dienten diese hat sie auch also kurze
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ringförmige thema ohne protein das deutet schon ein erbe an dass man bakterien aufgenommen hat während der evolution in die höhere zelle damit sie dann eben stoffwechsel intensivieren die energieversorgung verbessern wir schauen uns hier mal eine leberzelle im elektronenmikroskop an also das feld ihrer projektion jetzt einige hunderttausend oder millionenfach also sehen hier den kern mit einer
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doppelmembran das sind poren drinnen tempo sodass ein zwiegespräch zwischen kern und zytoplasma stattfinden hier drinnen liegen als riese chromosomen sehr wolkig aufgelockert nicht sehr eindrucksvoll nur bei der teilung konzentrieren sie sich hier ist dass vw-boss home und auch sitzen die machen probleme sind felser dann haben wir mit hunden und ich habe ein gewalt diese ringförmige dna moleküle sieht man es normalerweise
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nicht hier teilt sich gerade 1 dann ein park sie so darauf einmal auch zu sprechen kommen was das soll wir haben also originelle einfacher membran wie das peroxisomen mit doppelmembran wiederkehren und wird mit doch handeln der rest ist sowohl mit sietas kg jetzt schauen wir mal wie viel der dna gehalt pro zelle ist die krone der schöpfung ist ja viel mehr haben nicht mehr sind es auch komplexe gebaut als irgendein unkraut oder ein einzeller und
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das ist schon mal die erste große überraschung werden vergleiche machen auguste rodins denker hat gar nicht so viel weniger als hal amanda und die ackerschmalwand als ein unkraut als beispiel blütenpflanzen bei der variabilität einzeller ebenfalls und die frage ist was das sollen einander halt viel mehr ja man ist draufgekommen dass sehr oft chromosomen verdoppelungen stattfanden
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ganz wichtig bei der kultur vom geteilt zum beispiel also beim weizen können das verfolgen einfach häuser das heißt doppelter physiologischer chromosoms hat der mitglieder verdoppelt wieder verdoppelt und so weiter also das bringt aber eigentlich keine innovation weil einfach dasselbe informationsmaterial dieselbe dna verdoppelt wird aber es kommt in der weiteren folge zu mutationen zur selektion also hier läuft
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es dann weiter im laufe der zeit und vieles wird auch eliminiert von dem was vorher verdoppelt wurde recht komplex dieser also das was hier an geschrieben steht als quintessenz wenn wir also ungefähr soviel genen nur haben wir irgendein kleines um kräutlein dann müssen wir uns schon fragen warum sind wir so komplex irgendwie sind sie doch komplexer ja und da ist mal ein schrieb er man hat die dna die kann die
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dahinter platziert werden die kann auch abgelesen werden zu boten-rna essent währung hammer erwähnt aber bei uns hat diese boten rna in thrones das sind bereiche die gehören eigentlich nicht hinein das sind ursprünglich transport songs gewesen fremdes dna material das in die zelle sich eingeschlichen hat teilweise wieder rausgeworfen wird teilweise ihnen bleibt teilweise zu echten neuen genen werden
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kann und was wir jetzt sehen es wird herausgeschnitten damit dann die echte reife messenger rna durch die kernbohrung rauskam und umgeschrieben wird an einem ribosom zu einem protein hier ist der chor der wirtin die boten-rna übersetzt und hier findet dann die produktion von proteinen statt nun kann dieser schnitt aber wenn mehr infos vorliegen mal so mal so abfolgen so dass
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alternativ gespeist wird und es dadurch schon einmal mehrere formen gibt die aus einem gehen hervorgehen blätter mahnmal und schlagen die neueste literatur auf so hier ist sie 29 die altersstufe hier in millionen in millionen jahren und die zahl das blasformen wir haben wir 4 das ist also prozent unsere zellen haben
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ungefähr vier proteine und aus einem gen pflanzen bakterien haben kein alternatives preisen produktionen selten und asiaten geht das dadurch auf von ungefähr 23.000 gene auf das vierfache ungefähr 100000 game produkte durch diesen trick also hier erklären die einen teil dieser komplex i hrung im laufe der evolution jetzt gehen wir zurück in die
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elektronenmikroskopie wieder eine sage dir lieber und das handelsvolumen machen proteinsynthese wie geht das hier habe ich einen blau eine messenger rna ein gemalt man kann zeigen eine messenger rna wird am fließband abgelesen durch viele ribosomen die der reihe nach aufspringen auf einem essen djerba und das hin stetig länger werden der protein ketten bis die sich abschnüren und
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irgendwo in die zelle gebracht werden ja hier also auch wer das schema das ablesen müssen die wachsende protein kette und es gibt jetzt zwei möglichkeiten an nicht mehr daran gebunden über summen waren vor den 14 soll zellkern und bei andere gemacht und an membran auf sitzenden ribosomen wird das protein entweder ganz hinein geschoben oder bleibt er mit frauen sitzen und von dort weg poliert ein teil
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ab mit diesen proteinen und wird am golf verteilt wird entweder sekrete siegel inklusive auch neurotransmitter risiko für neuronale aktivität es gibt einen komplexen de siecle verkehr mit selektiver zielgerichteter anforderung anlieferungen jedes protein hat sozusagen die etwas in sich in form von einem kurzen abschnitt des proteins
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der sagt g ist lisas oma gehirn zweiter ich sagte ihnen wir hätten 240 ungefähr zelltypen in unserem körper und jetzt ist dazu zur gänze jeder zelltyp nach unterschiedliche genexpression im durchschnitt 10.000 protein arten pro zelle und pro originelle diese unterteilungen innerhalb der zelle 300 bis über tausend proteine jeweils und
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wir müssen alle zielgerichtet angeliefert werden sodass schaut jetzt nach hause so wie ich nicht mehr über evolution sprecher aber es hat relevanz was ich ihnen jetzt zeige für die evolution die sagte dass die proteine richtig angeliefert werden an die richtige adresse zum beispiel es gibt dann störungen natur experimente wie hier riefen harkins mit amyotropher lateralsklerose sehr offen gelebt und deshalb kann das
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zeigen und überwindet hier ist eine super oxid izmit haase die eine form geht das heute an die mieter handeln und die hat die aufgabe sauerstoffradikale die in aller munde erzählt zu entgiften nämlich durch verbindung mit protonen hat zurzeit zu machen das seinerseits wieder entgiftet werden muss aber das syndrom rls entsteht dann wenn diese
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super oxid ist daher eine form hier nicht hin geht der andere dort nicht alle highlights formen sind so zu erklären aber das ist die standard erklären für die meisten formen dann gibt es noch die notwendigkeit katalase spezifischen die peroxisomen einzubringen die baut dann herzls hart dazu gibt es nur ein baby bild weil die mit zwei jahren stern also wichtig die zelle nicht nur dass sie komplexe welt sondern dass sie ihre proteine an die
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richtige stelle bringt damit dort der gesamtzusammenhang mit anderen zielen zusammen richtig gearbeitet werden kann und er ist nur das haus nicht im detail ein ein paar beispiele aus der literatur zusammengefasst dass sich vielfach im normalen stoffwechsel auch sauerstoffradikale bilden also das ist nicht irgendwas exotisches und das muss ein gift nicht bei uns sonst gibt es diese störungen zum beispiel mit motorischen bereich bei der
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1 aber jetzt komme ich auf die evolution zurück und auf den sauerstoff solche radikale haben sich in einer ozon feinen frühen atmosphäre sicherlich sehr viel gebildet also energiereiches uv card suv das macht immer noch solche störungen bis hin zu hautkrebs und zwei darüber geredet und früher als es noch kein ozon gab weil es noch wenig sauerstoff in der
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atmosphäre ab da war es ein viel größeres problem und die kleinen genome die es damals gab die waren besonders empfindlich wenn es so gepfeffert werden wie die uv-strahlung deshalb gehen wir jetzt zur evolution über das wäre hier die situation in der frühzeit und wir haben jetzt die revolutionszeit angegeben hier als er die jetztzeit vor viereinhalb milliarden jahre als wissen haben schon etwas
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gehört darüber die ersten zellen ungefähr und 3 5 milliarden jahre das wäre das alte hier und dann steigt hier in diesem zeitraum hier zwischen 3 und 2 milliarden jahren der sauerstoff stetig an das sind natürlich nur schätzungen aber die ältesten zellen interessanterweise eukaryoten zellen die entstehen in dem zeitpunkt sehr viel hin und her
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es sind sicherlich die bakterien die vielleicht schon verschmolzen sind mit bakterien das max kienzer angedeutet hat diese 2 angenommen in tandem ob es eine friedliche übernahme oder feindlicher übernahme fahrer darüber gestritten aber immerhin und vorher gab's eben durch die verschiedenen bakterien also hier haben wir einen anstieg des ozons gürtel der exponentiell weitergeht und die ersten
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komplexen eukaryoten zeilen würden hier entstanden sein da kann man sehr viel zurück extrapolieren aus dem molekulargenetischen daten und es in verbindung bringen auch mit mikrofon sie liehen mehrzellige organismen bilden sich dann hier ob eine reale das ist der clou also dass steige der sauerstoffgehalt aus der produktion von cyanobakterien trivial blaualgen genannt das sind die ältesten die kann man immer
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noch sehen in verschiedenen uferbereichen tropischer mehrere als stromatolithen gibt es immer noch und damals schon hat sie es gegeben die haben dann sauerstoff freigesetzt durch die photosynthese die sie betreiben und dadurch erreicht höchste sauerstoff mal druck sicher werte es kommt zur bildung von entwicklungs enzymen was ich ihnen gesagt habe aber die zelle hat diesen nachteil des
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sauerstoffs umgelegt in einen vorteil und das werden wir uns dann gleich ansehen indem sie atmungsaktive also sauerstoff für arbeit und die bakterien in sich aufgenommen hat und zur miete honda umgestaltet hat etwas ähnliches hat auch mit den chloroplasten stattgefunden durch die aufnahmen entstehende höhere fan von solchen bakterien also zur ex entgiftungs enzyme
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oder umwandlung zum vorteil und wenn ich mehr energie ich zur verfügung habe dann kann ich natürlich wieder mehr luxus leisten komplexe infrastruktur unterzogen gürtel steigt immer weiter an und das ganze wird immer stabiler als aus dna schäden durch uv reduziert werden und das ganze kann sich so entfalten wie hier angegeben mit dem zune in den sauerstoffgehalt also die vorstellung ist die das
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zunächst von einem bakterium hybriden die dna abgeschirmt wurde durch ein stülpt sich die doppelte kern gebildet hätte sich proteine angelagert haben dieses chromosom lina visiert wurde und in der nächsten stufe wären europas als sauerstoff verbrauchen das bakterium aufgenommen wurden hat auch seine kleine dynamit und bleibt dann als endl
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symbiont in der zelle drinnen und wird mehr und mehr zum wiederum umgestaltet die ender symbiose hypothese inzwischen kann man schon sagen theorie die überwiegend von lynn margulis betrieben wurde die dame ist kürzlich als vor zwei jahren gestorben die hat das ganze wieder in schwung gebracht diese hypothese nachdem sie 100 jahre ziemlich belächelt wurde da könnte man viel zu zeigen aber jetzt dass man es nur so stehen und dann hat
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die zelle die möglichkeit natürlich mit der besseren energieversorgung sehr viel mehr an innenstruktur zu entwickeln komplexer zu werden und im endeffekt an zum vielzelligen organismus zu wählen so jetzt ein bisschen kompliziert mit dem mieter haben wir versucht es einfach darzustellen zunächst haben wir hier mal mit honda um außenmembran ist naturgemäß die eingestellte zellberg war ja und das andere werde es von diesem maroden mittwoch in rom mit vielen ein faltungen
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da sehen sie hier mal in zürich christen lernen kann so ein bisschen damit die kotiert aber höchstens ein prozent der mieter handeln eigenen proteine bei uns sie exportiert aber diese struktur mit orangen adp also das geld das sie produziert und den rest in 91% der proteine die importiert sie ist also ein
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objekt oder subjekt mit extrem negativen bilanz und das ganze läuft auf eine zentralisierung hinaus dass die mit reifen gene mehr an den kern abgegeben werden das ganze besser kontrollieren zu können hier ist es nun so wenn wir jetzt mal glukose nehmen als betriebsstoffe wir aufnehmen mit der nahrung abgebaut und im ziel soll durch die gärung je größer werden
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zweimal viele atb gebildet netto aber das büro wird hier eingeschleust und hier entstehen dann 16 mal zusätzlich atp das ist ein enormer enormer zuwachs an energiegewinnung also dass hp macht die ganze arbeit egal ob johnen kanäle aktivieren oder muskelkontraktionen verdauung alle diese dinge denken natürlich ja wie kommt das zustande dazu braucht es den sauerstoff der wurde
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umfunktioniert in etwas was für die energie konservierung wichtig ist arten gelungene blutgefäßes haus die fusion zu atmen die von dir hier rein und wird dann verbraucht wie wird er den verbraucht ganz kurz gefasst die zellatmung hier die glukose sauerstoff und trivial zu sagen wasser so was bildet sich aus co2 das hört und wieder ausgeatmet 34 atp so und jetzt haben wir
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noch zu erklären dass es hier mit dem wasser hat sich hat hier geht was rein wirkung noch mehr wasser aus stahl aber jetzt geschieht das geschieht nämlich so dass zwei protonen mit zwei elektronen zusammen gehen sein halo 2 dann haben wir uns aus stoff also verbraucht und diese reaktion hier bloß ein halber 2 das geht zusammen mit zwei protonen die
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sogenannte knallgasexplosion unseres im labor machen makroskopisch aber die zelle macht es eben stufenweise in einzelnen schritten über die membran dieser christe hierhin weg da laufen zunächst einmal die elektronen protonen gleich und tanga membran und die protonen werden hier hinein in die christa räume saniert wogegen die elektronen wieder zurück schlüpfen kann hier raus ist dieser soll aber die protonen können nicht zurück die können sehr wohl zurück über eine
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art von turbinen wir müssen uns das jetzt vorstellen hier ist jeweils ein kleiner stausee hier sind die turbinen und nur daraus kann können die motoren abfließen und betreiben eine turbine das zeige ich ihnen gleich noch einmal zur erinnerung htb einheitswährung aller zellen pro jetzt diese turbine in der in der membran der mitochondrien ist hier der
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basis teilt der rotiert da kann sich drehen also ein rotor wie bei einer turbine dann hat ein verbindungsstück und hier oben setzt der sogenannte katalytische fsf 1 teilhaben die sind hochkomplex und g15 untereinheiten und die sache ist nun die der basis teil kann rotieren wellen protonen hierdurch strömen aus dem christa hierdurch dann rotiert dieser
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teil und beim rotieren gibt es eine konstellation wie adp diagnosen wie phosphat plus phosphat vernetzt werden zu lassen sind rief phosphat das atp also unsere geldstücke die entstehen soll noch ein da sind einige hundert pro sekunde und sie haben einige hundert solcher turbinen in einem mit der konsum
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sie haben in einer leberzelle ungefähr 1000 meter handeln und sie haben zehn hoch 14 10 in ihrem körper das können sie ausrechnen celle unser organismus müsste reich sein ein atp er ist ja auch aber es reicht nur für ca zwei minuten dann ist das ganze geld schon ausgegeben für alle funktionen wie wir machen das rein so wie sie jetzt mich anschauen könnte ich
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jetzt sage jedes ungefähr 100 watt birne an energie außer es geht schon einmal zeit wird ein drittel ungefähr drauf um die ionen bilanz für die aktivität im gehirn aufrecht zu erhalten es muss dauernd interessiert dass er dauernd verbraucht für alle möglich stoffwechselleistung das hdb wird exportiert okay nun zurück also wie kam das sie haben hier vorläufer bakterien aus
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der gruppe topakteure die haben eine zellmembran mit diesen kleinen turbinen am rand diese sanieren auch protonen hier diesen kleinen spalt an der oberfläche und die protonen können wieder zurücklaufen und abb signalisieren und die wurden nun aufgenommen und damit auch anderen transformiert sowie das wiederfinden und ähnlich ist es bei den chloroplasten wo wir formen haben welche auch schon ein
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faltungen haben die einen erinnern an das was man in den chloroplasten im elektronenmikroskop sieht also die symbiose hypothese für diese beiden originelle die beide im endeffekt eine doppelmembran haben durch die einschleusung von bakterien jetzt werden sie vielleicht sagen ja ist ja ganz schön man kann spekulieren kann auch mehr oder weniger hochgradig wahrscheinlich machen dass es so war aber was hat das jetzt für eine relevanz nun es gibt mit der homöopathie zum
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beispiel aber abgesehen davon hat mir jetzt vor ein paar jahren in diesen parasiten in viele leute interessieren plasma plasmodium hat man jetzt ein weiteres risiko gefunden mit einer eigenen dem sogenannten pico plast davon wusste man vorher nichts hat auch ein stückchen dna diese dna sehr klein ist relevant für die synthese von lipiden die nur diese
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originelle hier machen kann wenn das nicht funktioniert dann scherben diese parasiten wäre ja schön nicht also dadurch hat man jetzt hier ein tageweise zielstruktur für therapeutische ansätze leider sind die in unseren körperzellen nicht vorkommen das ist natürlich in mein großer vorteil etwas was unsere zellen nicht haben kann selektiv angreifen jetzt wollte hier mal
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zusammen passen sollte das hier also wir hatten eine nur poka yoke mit einschluss von einem akt der mitbeteiligung sequestrierung des zellkerns dann hätten wir die einschleusung über ende sind wir an die mitochondrien ausgebildet und erst hinterher würden ciano bakterien eingespeist und chloroplasten zu bilden das schema impliziert dass die höhere pflanzen zeller jünger ist als unsere
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zellen und wir haben auch sehr viel mehr noch an dna in den chloroplasten und machen sehr viel mehr proteine für diese organellen als unsere mieter kann also das ist die abfolge mit der energetischen konsequenz dass wir hier glukose und zuladung um photosynthese soziale bakterien haben und hier haben wir nur die kulisse hotel atmung bei den tierischen zellen jetzt ist etwas ganz eigenartiges so in
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letzten zehn jahren zutage gekommen nämlich schauen wir mal wie viel basenpaare hinter dna programm vorhanden viele bakterien naja eine million oder etwas ganz schönes dickes buch liegt vor allem an information um seine back der betrieb zu halten und dabei ist von der dna 90 prozent damit befasst etwas zu kodieren nur wenig zwischenraum zwischen
47:49
leichteren gegner und jetzt gehen wir mal zum extrem beim menschen da kodieren nur 12 prozent im zellkern für bestimmte proteine was macht der reißt das ist wirklich sehr überraschend und man war der meinung dass es alles ab erwärmt der evolution angefallen ist das mag zum teil seien da wird sehr viel hin und her diskutiert
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das können wir auch machen aber die linie zu erhalten jetzt würde ich mal sagen also hat sich herausgebildet die ansicht dass diese nicht codierenden gene wichtig sind für noch einmal zurück für steuerfunktionen also es ist nicht allein die zunahme von genen und dann durch das blasen die zunahme von proteinen es braucht sehr viel betriebsanleitung
48:51
und das sind die nicht protein codierenden gene die höhe in der evolution umso mehr überhand nehmen also ein forschungsgebiet das jetzt serien schwung gekommen ist zusammen mit nicht der codierten regulationsmechanismen die epigenetik einfällt jetzt eine neue generation zählt biologen und genetiker natürlich also wenn wir das jetzt uns mal vor augen führen wir haben zwecks genom
49:27
verdoppelungen die trassierung der dedizierten gene viel wird aber weggeworfen wir waren beteiligt an seinem genome project und in drei phasen wurde das gesamte grund verdoppelt und der ersten phase ist nicht mehr sehr viel übrig oder es wird dauernd weiter prozessiert gene umgestaltet neo funktionalisierung eliminierung und so weiter dann kommt eben noch mutation und selektion dazu aber es werden in der evolution auch
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transposons gebildet was der einzelne gene von oben nach unten kürzlich gezeigt von unten nach oben haben wir schon festgestellt von den bakterien her gebe die noch will uns die spuren hinterlassen hat na und dann hat man uns immer früher beim studium gesagt das kann es nicht sein im elektronische bauteile gibbs in einer schachtel und rüttelten schau mal ob ein radio oder so was rauskommt das geht natürlich nicht und schon die
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grundüberlegung der einwand ist eigentlich falsch weil die zellen die bei null anfängt während der evolution sondern immer ab einem gewissen niveau weiter arbeitet und da möchte ich ihnen ein beispiel zeigt also hier nur mal die transport fonds eingestellt sein fremdgehen von einer dna sequenz von bakterium zum beispiel und anders bakterium dass es dann an anderer stelle dann verwendet wird ein transport hat nun diese domänen struktur hier ist das
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schema eines immunglobulin molekül ist mit dieser idee schleifen ige domänen und wenn wir uns anschauen verschiedene proteine da gibt es viele dieser idee domänen als modulare einheit übernommen haben und verwenden also nicht nur vom neu zusammen gebastelt da wäre zum beispiel eines das in der gruppe lehrstuhl von den stürmen jetzt aufgeklärt wird
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ein sogenanntes zeller diesem regionalen bereich oder verschiedene rezeptoren oder core rezeptoren für antikörper und so weiter also immer wieder solche modulare elemente werden verwendet aktuelle aspekte bezug auf transport und es wird sehr viel über resistenzen bei pflanzen jetzt geredet also gerade was jetzt von gewissen us-firmen in die welt gesetzt wird und die resistenzen die man
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da im unkraut produziert das sind jetzt hinter die dann differenzieren können und einfach diese gegenüber spielen die man immer neu entwickelten die immer weiter getrieben wird beim menschen diskutierten gemütlichen system antikörper vielfalt und andere dinge die zurückgehend auf transport aber dann die übernahme von bestimmten genen die im roten bereich dann eine bessere eine
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vermehrte funktion übernehmen das ihm beispiele zytoskelett man sagt immer bakterien haben das licht stimmt nicht es gibt vorläufer von aktien von poly und das wurde irgendwann mal doch übertragen auf die eukaryoten fälle jetzt schauen wir mal hinein in einem bereich immer wieder so aussieht soll es so trocken hier haben wir ein motorrad rückenmark solche zitiert elemente nico muhly
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neurotransmitter vesikel die vom zellkörper an die peripherie gehen dort werden sie freigesetzten bewirken die aktivierung einer nachfolgenden zeller als 1 euro hier dasselbe im bereich von einer neuromuskulären kontaktzone hier muskelzelle ja und diese kleine riesig und die können mit der zellmembran verschmelzen und den inhalt freigeben oder sieht man sie anfassen hier im
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schnitt da ist ein kanal gebildetes kontroverser ebenso partie vollends hier und lehre als halb voll ihn zum beispiel und hier also die sind durchwegs verschieden in der chemie aber der ablauf ist dasselbe und diese vesikel werden gebildet zunächst einmal im raum dr da bekommen sie die proteine die siege gegen abgehen zum gold und dort werden dann sekret musiker als mittlere sie gebildet und
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verschifft transportiert irgendwohin wo für sie die adresse angegeben haben in molekularer form verschlüsselt sondern wollte ich jetzt etwas zeigen denn an dieser stelle stand 2002 jim rossmann und hat über seine ersten ergebnisse für die molekularbiologie dieser neurotransmitter ausschleusung vorgefahren er war eingeladen hier von uns deutschen die tagung das sind die sogenannten snow
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proteine das geht ja reißverschluss die werden hier die musiker werden hier festgehalten eng an gepresst aber dann braucht es halt sich gehalt nämlich kalzium damit hier depression stattfinden kann jetzt lassen das calcium er einspringen das muss alles genau dort dann ansetzen damit die fusion stattfinden kann es ist relativ komplex und viel mitgekriegt haben dass der letzte nobelpreis heben an jim ross mann und
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zwei weitere gingen und da spielen diese dinge eine rolle es wird den vielleicht vertraut da sein werde ich ihnen jetzt ein anderes ding teil nämlich zunächst einmal die zahl der keim binde proteine ist bakterium gering und bei uns freien alpen sind verschiedene proteine ganz spezifisch an dieser oder jener stelle dann zum einsatz kommt muss alles genau stimmen die lokalisierung die kinetik die
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affinität und so weiter also hier würde dann ein molekül sitzen senat admin dass das calcium bahn nimmt dann als kann die fusion aufspüren aber dieses näher fehlt ihnen mehr bekannt aufgrund von botox botulinumtoxin ja also auf die oberlippe fältchen sind nicht sehr beliebt und da kann man eben infotags infizieren oder man lässt sich ein paar tricks ja und hier wird natürlich dann geschnitten in
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dem bereich die novelle in aktivierter durch und darf das ganze geglättet weil es keine euro transmission an diese muskeln in der obere bemerke das ist genau das so und jetzt an dem punkt wo wir eigentlich nur das ganze zusammen fassen können also ableitung der höheren zelle von bakterien vergrößerung des genoms stabilisierung aber alles gehört ciano bakterien nehmen sein zumal wenn
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es heuer stoffe in die atmosphäre frei ist bildet sich an ozonschicht der wirt intense wird im lauterer zeit und dadurch wird der schädliche strahlung abgeschirmt und gleichzeitig werden toxische sauerstoffradikale durch enzyme inaktiviert aber der sauerstoff auch eingespannt in die energiegewinnung durch die bildung von mitteln aus endo symbiotisch aufgenommen oxidativen bakterien dadurch wird die
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energieversorgung der zelle sehr viel besser erst später entwickelt sich die höhere pflanzenzelle als endo symbiotischer integration von cyanobakterien und hier das ist später gekommen der zentralismus ist hier noch nicht so ausgebildet dann kommt sie immer wieder zum verdoppelungen des genoms differenzierung zu rollen genen auch den transfers bakterien transposons deren integration im genom
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und dann auch verwendung modularer reinheit die zahlen der protein codierenden gene steigt vom einzeller nur etwa auf das doppelte aber es werden bei uns die us preis varianten gemacht und dazu kommen noch verschiedene chemische modifikation also dadurch wird das ganze nochmal komplexer und vielzelligen tiere entstanden aus kleinow flagge lathen sind diese
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einzeller mit einem fragil um ein geisel mit dem sie bitte an sie schwimmen können und das ist im moment wirklich auch im fokus zum beispiel bei überlegungen wie diese innere komplexität entstanden ist und die signaltransduktion die haben schon sehr viele elemente oder calcium signaltransduktion wie sie wieder beiden aromen findet als als die stamm form
58:52
vielzähliger tiere und dann kommt noch das eigenartige phänomen dazu dass der überwiegende teil der kern dna nicht proteine kodiert sondern bei uns eben überwiegend nicht proteine kodiert sondern wahrscheinlich regulatorische funktionen übernimmt also die vorstellung dass die zelle so viel abfall mit sich schleppt die waren nicht einleuchtend aber die vorstellung dass
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hier halt noch regulativ elemente drin stecken die wird mehr und mehr verhärtet vergibt es jede menge verschiedene typen von rna moleküle die keine botschaft überbringen im sinne der proteinsynthese sondern der regulatorisch eingreifen sich pan mit anderen transkripte die dann abgebaut werden und solche dinge also eine wissenschaft für sich ist das geworden aber zum schluss wollen dann noch mal schauen was die eukaryoten zelle alles so an
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technischen fähigkeiten entwickelt hat wir wollen so ein bisschen in relation setzen zu unseren technischen vorstellungen und da ist er so wir haben hier die höchste informationsdichte eben zellkern auf diesen kleinen raum licht dann die identische reputation der information beliebiger häufig wird hier umgeschrieben vermehrt selektive aktivierung von informationen hier oder dort dazu gegriffen wird aktiviert franz
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krepiert proteine gebildet immer ganz spezifische je nach zelltyp und jeder funktions stadion dann die modifikation von information doch alternatives blasen und zwei fische modifikationen die energieausbeute die photosynthese die hat ungefähr jetzt den gleichen wirkungsgrad wie photovoltaik er hat einige zeit gebraucht stellen sie
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sich mal so ein pflänzchen vor das riesen gestellt bis da ihre foto zeiten aufgebaut haben nicht nur das auf struktur einheit und legt dann ist halt die natur wohl auch wieder besser dran dann gezielte transportprozesse mikrometerbereich innerhalb einer zelle werden die komponenten die originellen die proteine zielgenau angeliefert wenn dieses nicht stimmt dann ergibt sich ein
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pathologisches bild die zelle ist ein vier die mensa rates passend mit zeitvariable zusammenbau bassener bauteile und dann dasselbe wieder in komplexen zelleigene karten wir sehen auf eine modulare bauweise sowie man seinerzeit radio kits bauer konnte radio sich zusammenbauen aus verschiedenen modulen die man beziehen konnte und so ähnlich ist es hier das fließband wurde
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auch vom die proteinsynthese wo viele ribosomen ich an eine messenger rna anlagern und dann jedes macht dasselbe huskies band die in der autoindustrie ist also richtig gehende fließbandproduktion ein protein entlang eines jahren mit vielen kleinen ribosomen jedes für sich so ungefähr pro 2 sekunden wieder eine aminosäure dazu dann die die produkte wächst wie sie abgestoßen wird und sich faltet und dann dorthin geht wo sie
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sinnvoll gebraucht wird signaltransduktion im kleinsten bereich mit geringstem energieaufwand mit calcium zum beispiel das muss ganz genau also weit im sud mikrometerbereich muss das kalt zum sitzen damit es zum beispiel diese freisetzung von neurotransmittern sich richtig macht sonst geht das nicht also ist hier eine hohe präzision erforderlich die turbine der schaufelrad wurde von
01:03:08
den bakterien übernommen aber dann weiter differenziert für die energie sind die seekarte besen griffin damit auch anderen und die chloroplasten haben etwas ähnliches photosynthese an der technischen nachbildung wird gearbeitet das künstliche blatt man greift wieder zurück auf komponenten wie was ist das bloß 15 bis das taxi also das ist das häufigste protein in der natur dass das co2 anbindet damit an
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glykol so entsteht nicht und das machen wir jetzt alles nach und greift auf die enzyme zurück wenn man das in vitro jetzt machen will ist ein großes projekt das man von einem bakterium geholt hat weil das ganz optimal arbeitet also jetzt versucht man vieles künstlich zu machen wie bauteilen immer aus der natur holt wo sie schon optimiert wurden ja dann das schnelle geld das schnelle geld hatte bmw mit
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sehr viel effizienz auch ungefähr 30 40 prozent wirkungsgrad schnitt für die atb sind ist das heißt also wir haben hier schnellste geld präge maschine die synthese mit höchster effizienz und das ist notwendig weil die zelle sehr hohen energiebedarf hat um diese unwahrscheinliche situation aufrechtzuerhalten komplexer zu sein als ihre umgebung zur strukturierung der
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zellen für die funktionsabläufe und so weiter ja das war ungefähr war sicheren erzählen wollte 100

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