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Zelldifferenzierung und Gewebe

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Bio-Team
Zelldifferenzierung und Gewebe
lernst du in der Oberstufe 7. Klasse - 8. Klasse - 9. Klasse

Grundlagen zum Thema Zelldifferenzierung und Gewebe

Inhalt

Zelldifferenzierung – Biologie

Hast du schon einmal darüber nachgedacht, dass jeder von uns aus einer einzigen Zelle entstanden ist? Aus der befruchteten Eizelle wird im Laufe unserer Entwicklung ein vielseitiger Körper mit Billionen von Zellen. Doch nicht nur die Zellteilung, auch die Zelldifferenzierung ist entscheidend dafür, dass wir einen solch komplexen Organismus bilden – wir bestehen nämlich nicht nur aus vielen, sondern auch aus unterschiedlichen Zellen. Mit eben dieser Vielfältigkeit von Zellen wollen wir uns im Folgenden beschäftigen.

Zelldifferenzierung am Beispiel Mensch

Bestimmt hast du nun schon eine Idee davon, was die Zelldifferenzierung sein könnte. Für eine konkrete Definition der Zelldifferenzierung wollen wir uns an ein paar grundlegenden Fragen orientieren.

Was ist Zelldifferenzierung?

Ganz allgemein ist Zelldifferenzierung, oder auch Differenzierung, die Entwicklung einer weniger spezialisierten Zelle in eine stärker spezialisierte Zelle. Grundlegend für die Zelldifferenzierung ist die Genregulation, genauer gesagt die Genexpression – diese bestimmt, welche und wie viele Proteine einer Art in einer Zelle gebildet werden. Oft verbindet man die Zelldifferenzierung mit Stammzellen.

Was ist eine Stammzelle?

Stammzellen sind undifferenzierte Körperzellen, aus denen sich differenzierte Körperzellen ausbilden können. Auch die befruchtete Eizelle ist eine Stammzelle, nämlich die allererste. Man bezeichnet die Eizelle daher als totipotent, da aus ihr ein gesamter Organismus ausgebildet werden kann. Während der Embryonalentwicklung (erste bis achte Woche nach Befruchtung) entstehen aus der Eizelle weitere Stammzellen, die als embryonale Stammzellen bezeichnet werden. Diese wiederum bilden über 200 verschiedene Vorgängerzellen aus – embryonale Stammzellen sind somit nicht auf eine einzige Zellart festgelegt und werden als pluripotent bezeichnet.
Die Vorgängerzellen, die auch als somatische oder adulte Stammzellen bezeichnet werden, sind multipotent. So sind sie gewebespezifisch und auf einige wenige ähnliche Zelltypen festgelegt. Während der Embryonalentwicklung bilden adulte Stammzellen eines Typs zum Beispiel Zellen eines einzelnen Organs aus. Adulte Stammzellen bleiben ab der Geburt bis ins hohe Erwachsenenalter in verschiedenen Geweben erhalten – man findet sie zum Beispiel in Knochenmark, Blut, Haut oder Herz. So können Zellen bei Verletzungen oder Krankheiten ersetzt werden.

Was ist eine differenzierte Zelle und warum müssen sich Zellen spezialisieren?

Eine differenzierte Zelle ist eine Zelle, die eine spezielle Funktion im Organismus ausführt. Die Differenzierung in eine spezialisierte Zelle kann bis auf wenige Ausnahmen nicht mehr rückgängig gemacht werden.
Differenzierte Zellen unterscheiden sich nicht nur in ihrer Funktion, sondern auch in Form, Größe und Aufbau. Grundlegend für die Zelldifferenzierung ist die Genregulation, genauer gesagt die Genexpression – diese bestimmt, welche und wie viele Proteine einer Art in einer Zelle gebildet werden.

Aus der Zelldifferenzierung können verschiedene Zelltypen hervorgehen. Beim Menschen sind das zum Beispiel:

  • Geschlechtszellen (Eizellen oder Samenzellen)
  • Drüsenzellen
  • Muskelzellen
  • Schleimhautzellen
  • Nervenzellen

Beispiel für Zelldifferenzierung an menschlichen Zelltypen

Bestimmt verknüpfst du mit den unterschiedlichen Zelltypen schon bestimmte Eigenschaften und Funktionen. Diese werden erst durch die Differenzierung und eine damit einhergehende Spezialisierung von Zellen ermöglicht.
Kommt es zu einer Störung der Zelldifferenzierung, beispielsweise durch Komplikationen während der Schwangerschaft, kann das zu Fehlbildungen von Körperteilen und zu Komplikationen bei der Differenzierung von Organen kommen.

Können sich differenzierte Zellen teilen?

Die meisten differenzierten Zellen können sich nicht teilen – sie werden als postmitotisch bezeichnet. Muskelzellen oder Nervenzellen teilen sich nach der Differenzierung zum Beispiel nicht mehr. Sie gehen also bei Alterung oder Krankheit verloren.

Was ist ein Gewebe?

Ein Gewebe ist eine Anhäufung von vielen gleichen oder gleichartigen Zellen. Außerdem schließt ein Gewebe die extrazelluläre Matrix, also die Substanzen und Fasern zwischen den Zellen, ein.
Die Funktion eines Gewebes ergibt sich aus der Funktion der zugrunde liegenden Zellen – so setzt sich zum Beispiel das Muskelgewebe, das der grundlegende Bestandteil unserer Muskeln ist, aus Muskelzellen zusammen.

Wenn du mehr über Zellen und Organe lernen möchtest, empfehlen wir dir das Video zu den Organisationsstufen.

Zelldifferenzierung am Beispiel Pflanze

Bisher haben wir uns die Zelldifferenzierung am Beispiel Mensch angeschaut. Doch auch in Pflanzen findet die Zelldifferenzierung aus Stammzellen statt. Diese befinden sich in den Wurzel- und Sprossspitzen.
Um eine Vorstellung über die Vielfalt der Zelldifferenzierung in Pflanzen zu bekommen, können wir uns den Aufbau eines Blatts in Erinnerung rufen. Dieses besteht nämlich aus unterschiedlichen Gewebeschichten und setzt sich somit aus Zellen verschiedener Zelltypen zusammen:

  • Die Epidermis bildet das äußerste Gewebe des Blatts. Es schützt somit die innen liegenden Gewebe und ermöglicht den Gas- und Wasseraustausch mit der Umgebung.
  • Das Palisadengewebe enthält viele Zellen mit Chloroplasten, in denen Fotosynthese betrieben werden kann.
  • Das Schwammgewebe ist, ebenso wie die Epidermis, am Gas- und Wasseraustausch beteiligt.
  • In Bündeln verläuft auch das Leitgewebe durch die Blätter. Hier findet der Transport von Wasser und Nährstoffen statt.

Zusammenfassung zur Zelldifferenzierung

Nun wollen wir noch einmal die wichtigsten Erkenntnisse zur Zelldifferenzierung zusammenfassen:

  • Stammzellen können sich zu unterschiedlichen Zelltypen ausdifferenzieren.
  • Differenzierte Zellen erfüllen bestimmte unabänderliche Funktionen in unserem Organismus.
  • Ein Gewebe setzt sich aus vielen Zellen der gleichen Funktion zusammen.

Über das Video Zelldifferenzierung und Gewebe

In diesem Video erhältst du eine Erklärung zur Zelldifferenzierung. Du erfährst, warum sie grundlegend für die Ausbildung verschiedener Zell- und Gewebetypen ist. Außerdem erhältst du Beispiele für menschliche Zelltypen und für pflanzliche Gewebearten. Auch zum Thema Zelldifferenzierung gibt es interaktive Aufgaben und ein Arbeitsblatt – du kannst dein neu gewonnenes Wissen also direkt testen!

Transkript Zelldifferenzierung und Gewebe

Hallo! Hast du dich schon einmal gefragt, warum verschiedene Zellen eine unterschiedliche Form oder Größe haben können? Oder warum manche Zellen auch sehr ähnlich aussehen? Diese Fragen möchte ich dir in diesem Video beantworten. Dabei werde ich darauf eingehen, was die Begriffe „Differenzierung“ und „Gewebe“ bedeuten und sie dir anhand von Beispielen erklären.

Bestimmt hast du schon ganz verschiedene Zellformen gesehen, oder? Denke mal an Nervenzellen oder Muskelzellen beim Menschen. Und an Zellen des Blattgewebes oder Xylemzellen bei Pflanzen. Und sicher fallen dir noch viele andere Zellen ein. Aber warum sehen diese Zellen eigentlich so unterschiedlich aus?

Das liegt daran, dass alle diese Zellen unterschiedliche Aufgaben haben. Beispielsweise ist eine Muskelzelle für die Kontraktion eines Muskels zuständig. Zellen eines Pflanzenblattes können für die Fotosynthese zuständig sein. Aufgrund dieser unterschiedlichen Aufgaben entwickeln sich verschiedene Zellen auch anders und können ganz andere Formen und Strukturen annhemen. Man sagt sie differenzieren sich.

Diese Differenzierung betrifft die Zellform, die Zellgröße, die Genexpression und das Vorkommen bestimmter Inhaltsstoffe oder auch Organellen. Mit zunehmender Komplexität eines Organismus gibt es eine zunehmende Zahl an verschiedenen Zelltypen. Beispielsweise haben Moose viel weniger unterchiedlich differenzierte Zellarten als Farne oder Samenpflanzen.

Den Begriff Differenzierung solltest du nicht mit dem Begriff Spezialisierung verwechseln und gleichsetzen. Spezialisierung meint eher die Anpassung eines ganzen Lebewesens an seine Umwelt. Die Differenzierung fokussiert dagegen Zellen und Gewebetypen. Aber was genau ist eigentlich ein Gewebe?

Findet man nun mehrere Zellen der gleichen Differenzierung in einem Zellverband, so spricht man von einem Gewebe. Die Zellen eines Gewebes haben meist den gleichen Bau und die gleiche Funktion. In einigen Fällen sind in einem Gewebe auch Zellen unterschiedlich differenzierter Zellen zu finden, wie beispielsweise im Leitgewebe der Pflanzen.

Es es ist gut zu sehen, wenn du dir ein Querschnitt der Sprossachse vergrößert anschaust. Dieses Gewebe ist für den Transport von Wasser und Nährstoffen zuständig. Dort findest du die Zellen des Xylems und des Phloems. Oft kommen in den Leitgeweben auch noch Bildungsgewebe, so genannte Meristeme, vor.

In solchen Geweben teilen sich die Zellen fortwährend, so dass immer wieder neue Zellen entstehen. Die Bildungsgewebe der Leitbündel kennst du bestimmt unter dem Begriff Kambium. Meristeme findest du auch an den Spross- oder Wurzelspitzen der Pflanzen. Und bestimmt hast du schon einmal ein Pflanzenblatt im Querschnitt gesehen, oder?

Die äußere Zellschicht an der Blattober- und –unterseite bildet die so genannte Epidermis. Hierbei handelt es sich um ein Abschlussgewebe, das aus nur einer einzigen Zellschicht besteht. Die Aufgabe von Abschlussgeweben besteht in der Regel darin, dass sie die darunter liegenden Gewebeschichten schützen.

Zwischen oberer und unterer Epidermis findest du das Assimilationsgewebe, welches aus Palisadengewebe und Schwammgewebe zusammengesetzt ist. Das Palisadengewebe besteht aus lang gestreckten Zellen mit vielen Chloroplasten und ist der Hauptort der Fotosynthese.

Das Schwammgewebe besteht dagegen aus Zellen mit einer unregelmäßigen Form mit vielen Interzellularräumen und wenigen Chloroplasten. Hier findet hauptsächlich der Gasaustausch des Blattes statt.

Auch beim Menschen gibt es ganz unterschiedliche Zellen und Gewebe. Denke z.B. an die Nervenzellen, die aufgrund ihrer Funktion eine solch charakteristische Form aufweisen. Alle Nervenzellen zusammen bilden das Nervengewebe. An den Zellfortsätzen der Nervenzellen, den Dendriten, nehmen diese Reize von anderen Nervenzellen auf und leiten sie über ihr Soma und das Axon weiter. Über Synapsen erfolgt die Signalweiterleitung zur nächsten Nervenzelle.

Ebenso besitzen auch Muskel- oder Knochengewebe ganz charakteristische Zellen. Muskelzellen besitzen beispielsweise ganz viel Aktin- und Myosinfibrillen, durch die sie die Kontraktion eines Muskels bewirken. Knochenzellen, die Osteozyten, haben charakteristische Zellausstülpungen, über die sie durch die Knochensubstanz hindurch mit Nachbarzellen in Kontakt stehen.

Zusammenfassung

In diesem Video hast du verschiedene Zell- und Gewebetypen von Pflanzen und dem Menschen kennen gelernt. Du hast gesehen, dass sich Zellen im Laufe ihrer Entwicklung differenzieren. Zellen der gleichen Differenzierung in einem Zellverband bilden ein Gewebe. Die Zellen eines Gewebes haben meist den gleichen Bau und die gleiche Funktion.

Du hast hier Beispiele für verschiedene Gewebe kennen gelernt, z.B. das Leit- und das Assimilationsgewebe bei Pflanzen oder das Nerven- und das Knochengewebe beim Menschen. Die Zellen aller Gewebe besitzen bestimmte Funktionen und differenzieren sich daher, so dass sie unterschiedliche Formen, Größen und einen charakteristischen Aufbau haben. Tschüss und bis zum nächsten Mal!

5 Kommentare

5 Kommentare
  1. Hallo Bettinaschumann1,
    es tut uns leid, dass dir dieses Video nicht weiterhelfen konnte. Wir haben noch ein anderes Video zum Thema „Gewebe“. Vielleicht schaust du dir mal das Video „Organisationsstufen – Zelle, Gewebe, Organe“ an. Hier der Link dazu: https://www.sofatutor.com/biologie/videos/organisationsstufen-zelle-gewebe-organe?launchpad=video
    Mit konkreten Aufgaben oder Fragen helfen dir auch gerne unsere Lehrerinnen und Lehrer des Hausaufgabenchats weiter. Der Chat ist von Montag bis Freitag von 17 bis 19 Uhr für dich da.
    Ich hoffe, dass wir dir weiterhelfen können.
    Beste Grüße aus der Redaktion

    Von Tatjana Elbing, vor fast 3 Jahren
  2. Ich habe eine Hausaufgabe über zellgewebe und es hat mir leider nicht geholfen

    Von Bettinaschumann1, vor fast 3 Jahren
  3. Hallo :)
    man unterteilt die Lebewesen nach Grad ihrer Komplexität. Es gibt z.B. Tiere die aus nur wenigen Zelltypen aufgebaut sind (z.B. Schwämme). Diese Lebewesen zeigen natürlich auch ein weniger vielfältiges Verhalten als ein komplexer Organismus wie z.B. ein Hund. Lebewesen zunehmender Organisationsebene besitzen auch einen höheren Grad der Zelldifferenzierung.

    Von Marcel S., vor fast 8 Jahren
  4. Hi ich verstehe die antwort möglichkeit "Mit zunehmender Organisationshöhe eines Lebewesens steigt die Anzahl verschieden differenzierter Zellen in der Regel" nicht.
    Kann mir da einer helfen

    Von T Gabriel1, vor fast 8 Jahren
  5. tolles vid übrigens

    Von T Gabriel1, vor fast 8 Jahren

Zelldifferenzierung und Gewebe Übung

Du möchtest dein gelerntes Wissen anwenden? Mit den Aufgaben zum Video Zelldifferenzierung und Gewebe kannst du es wiederholen und üben.
  • Definiere den Begriff Gewebe.

    Tipps

    Auf dem Bild kannst du mehrere Gewebe erkennen. Das Palisadengewebe beispielsweise besteht aus länglichen Zellen, die viele Chloroplasten enthalten.

    Zellen eines Gewebes besitzen eine ähnliche Funktion und eine ähnliche Struktur.

    Lösung

    Ein Gewebe ist definiert als eine Ansammlung differenzierter Zellen. Diese Zellen haben ähnliche Funktionen und den gleichen Aufbau bzw. die gleiche Struktur.

    Mehrere Gewebe bilden zusammen ein Organ.

    Übrigens lassen sich in höher entwickelten Tieren vier Grundgewebearten erkennen: Epithelgewebe, Binde- und Stützgewebe (z. B. Knochengewebe), Muskelgewebe und Nervengewebe.

    Bei Pflanzen finden wir Bildungsgewebe (Meristeme) und Dauergewebe (unter anderem Parenchym, Epidermis, Xylem und Phloem).

  • Benenne die differenzierten Zellen.

    Tipps

    Hautzellen haben die Form regelmäßiger Sechsecke.

    Drüsenzellen sind sackförmig aufgebaut, können aber auch stark verzweigt aussehen.

    Lösung

    Jeder differenzierte Zelltyp besitzt einen charakteristischen Aufbau, der sich durchaus nach seiner Funktion richtet. So sind Hautzellen in regelmäßigen Sechsecken aufgebaut, Samenzellen besitzen eine Geißel zur Fortbewegung, Nervenzellen sind lang und an den Enden so verzweigt, dass sie mit vielen weiteren Nervenzellen in Verbindung treten können.

  • Charakterisiere einige ausgewählte Gewebe.

    Tipps

    Die Osteologie bezeichnet die Lehre vom Knochen bzw. dem Skelettsystem.

    Lösung

    Die verschiedenen Gewebetypen sind, jeder auf seine Weise, ganz charakteristisch aufgebaut.

    Das Leitgewebe bei Pflanzen setzt sich aus den beiden Geweben Xylem und Phloem zusammen und dient allgemein dem Wasser- und Nährstofftransport. Der Holzteil Xylem (griech. Holz) transportiert vor allem Wasser, übernimmt aber auch eine Stützfunktionen. Charakteristische Zellen, die wir hier finden, sind Tracheiden (längliche Zellen mit verholzten Zellwänden und Tüpfeln). Spezielle Tracheiden sind Tracheen und Holzfasern (Sklerenchym). Der Siebteil Phloem (griech. Bast) transportiert Assimilationsprodukte wie Zucker von den Produktionsorten (vor allem Laubblätter) zu den Verbrauchsorten (z. B. Speicherorgane). Auch das Phloem ist aus verschiedenen Zelltypen aufgebaut. Zu nennen wären hier die Siebröhren, längliche Zellen, welche sich durch das Fehlen einiger Zellorganelle (u. a. Zellkern und Vakuole) auszeichnen. Ihre Zellwände sind nicht verdickt.

    Das Nervengewebe besteht aus netzartig verbundenen Nervenzellen (Neuronen). Dazwischen liegen Gliazellen (z. B. Schwannsche Zellen) und Blutkapillaren. In unserem Körper ist Nervengewebe vor allem im Gehirn und Rückenmark, aber auch z. B. im Darm und in der Netzhaut des Auges vorhanden. Über die Nervenzellen werden Impulse transportiert. Das Nervengewebe schickt so unzählige Erregungen auf sogenannten Nervenbahnen durch den Körper. In einer Nervenzelle wird ein Reiz folgendermaßen bearbeitet: Aufnahme über Dendriten, Weiterleitung über Soma und Axon, Signalübertragung über Synapsen.

    Auch das Muskelgewebe besitzt ganz charakteristische Zellen. So enthalten Muskelzellen viele Aktin- und Myosinfilamente. Diese sind je nach Muskulatur regelmäßig (quergestreifte Muskulatur, lässt sich bewusst steuern) oder unregelmäßig (glatte Muskulatur, lässt sich nicht bewusst steuern) angeordnet.

    206 Knochen bilden beim Menschen das Knochengewebe, ein hartes Stützgewebe, das alle Wirbeltiere besitzen. Knochenzellen (Osteozyten) sind miteinander und dem Blutgefäßsystem verbunden. Sie liegen in der Knochenmatrix.

  • Analysiere den Zusammenhang zwischen Struktur und Funktion.

    Tipps

    Palisaden sind Holzpfähle, aus denen früher Befestigungen zum Schutz vor Übergriffen gebaut wurden. Sie sind ganz regelmäßig angeordnet.

    Lösung

    Nervenzellen sind in ihrem Aufbau lang gestreckt und verfügen über sehr viele Anknüpfungspunkte zu anderen Nervenzellen, die Dendriten und die synaptischen Endknöpfchen, die wiederum mit Dendriten der nächsten Nervenzelle über den synaptischen Spalt in Verbindung stehen. So ist es möglich, Informationen schnell zu verbreiten.

    Aufgrund des hohen Energieverbrauchs sind Nervenzellen reich an Mitochondrien, den sogenannten „Kraftwerken“ der Zelle. Auch Muskelzellen enthalten viele Mitochondrien, da auch hier viel Energie bereitgestellt werden muss.

    Schaut man sich den Querschnitt eines Sonnenblattes durch das Mikroskop an, werden die verschiedenen Gewebe schnell deutlich. Es ist verblüffend, wie jeder Struktur ein „Sinn“ gegeben werden kann, wenn man sie im Zusammenhang zur Funktion betrachtet. So ist die Epidermis einschichtig, um viel Licht durchzulassen. Die Zellwände sind dicker, um die Aufgaben Stabilität und Schutz vor Außeneinflüssen gut umsetzen zu können. Das Palisadengewebe besteht aus langgestreckten Zellen, die regelmäßig angeordnet und reich an Chloroplasten sind. Deshalb ist es nicht verwunderlich, dass hier der Hauptort der Fotosynthese ist. Umso wichtiger, dass die darüber liegende Epidermis so viel Licht wie möglich durchlässt. Das Schwammgewebe enthält wesentlich weniger Chloroplasten als das Palisadengewebe, denn die Hauptfunktion dieses Gewebes ist der Gasaustausch. Deshalb sind die Lücken zwischen den Zellen größer. Die sich so bildenden Interzellularräume („Atemhöhlen“) geben dem Schwammgewebe seinen Namen und sorgen über die Spaltöffnungen auf der Blattunterseite für den Gasaustausch. Die Spaltöffnungen werden durch bohnenförmige Schließzellen gebildet. Je nach Innendruck dieser Zellen (und aufgrund der unterschiedlich beschaffenen Zellwände) ist der Spalt entweder geöffnet oder geschlossen.

  • Beschrifte den allgemeinen Aufbau eines Laubblattes im Querschnitt.

    Tipps

    Die Abbildung zeigt den Aufbau eines Sonnenblattes.

    Die Abbildung zeigt den Aufbau eines Schattenblattes.

    Lösung

    Die erste Schicht bildet die obere Epidermis. Oft, aber nicht immer, liegt darüber die wasserundurchlässige Cuticula. Unter der Epidermis liegt das Palisadengewebe, der Hauptort der Fotosynthese. Das Schwammgewebe ist für den Gasaustausch zuständig, deshalb enthält es viele Interzellularräume. Leitbündel befinden sich ebenfalls in diesen Geweben, können aber nicht allgemein an eine bestimmt Stelle verortet werden. Auf der Blattunterseite liegt die untere Epidermis, in die zumeist Spaltöffnungen eingelassen sind.

  • Erläutere die Differenzierungsvorgänge während der Interphase des Zellzyklus.

    Tipps

    G steht für gap, also Lücke.

    S steht für Synthese.

    Um sich zu differenzieren, verlässt die Zelle den Zellzyklus.

    Lösung

    Nach der Mitose und der anschließenden Zellteilung haben die Tochterzellen Zellmasse verloren und verfügen nur noch über die Hälfte der Zellorganellen.

    Deshalb wird in der $G_1$-Phase (G: gap, Lücke), dem ersten Abschnitt der Interphase, Energie in das Zellwachstum und die Bildung neuer Organellen gesteckt.

    Erreicht eine Zelle die $G_0$-Phase, hat sie den Zellzyklus verlassen. Diese Ruhephase ist reversibel, solange noch keine Differenzierung erfolgt ist. So verbringen Stammzellen viel Zeit in der $G_0$-Phase, bevor sie wieder in den Zellzyklus zurückkehren.

    Erfolgt allerdings eine Differenzierung (z. B. zur Nervenzelle), ist die Rückkehr in den Zellzyklus nicht mehr möglich – die Zelle kann sich also nicht mehr teilen.

    Aus der $G_1$-Phase geht die Zelle in die $S$-Phase (Synthese) über. Da nach der Mitose das Erbgut „halbiert“ aus 1-Chromatid-Chromosomen besteht, wird in der $S$-Phase durch DNA-Replikation das Erbgut verdoppelt, sodass am Ende der Phase 2-Chromatid-Chromosomen vorliegen.

    Der letzte Abschnitt der Interphase ist die $G_2$-Phase. Sie erfolgt ähnlich wie die $G_1$-Phase. Zusätzlich wird überprüft, ob die Replikation vollständig und ohne Fehler erfolgt ist.

    Dann schließt sich die Mitose an und der Zellzyklus startet von Neuem.

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