Montag, 27. Januar 2014

Studie zeigt: "Wir haben vier Gliedmaßen, weil wir einen Bauch haben"


Neuaugen- und Stör-Schlüpflinge sowie ein Mausembryo, aufgenommen mit Röntgenmikrotomographie. | Copyright: Brian Metscher

Wien (Österreich) - Alle Wirbeltiere, die über einen Kiefer verfügen, haben auch vier Flossen oder Gliedmaßen - ein Paar vorne und eines hinten. Das war nicht immer so: Im Laufe der Evolution hat sich die Anordnung von Flossen, Flügeln, Armen und Beinen verändert. Trotzdem gaben sich bereits unsere frühesten Vorfahren mit der gleichbleibenden Anordnung von zwei Paar Gliedmaßen zufrieden: Warum? Weil wir einen Bauch haben.

Wie das Forschungsteam um Laura Nuño de la Rosa vom Konrad-Lorenz-Institut und Brian Metscher von der Universität Wien aktuell in der Fachzeitschrift "Evolution & Development" (DOI: 10.1111/ede.12061) berichten, entstanden - wie bei vielen ungeklärten Fragen in der Evolutionsbiologie - im Laufe der Zeit mehrere hypothetische Modelle, um den Ursprung der paarigen Gliedmaßen bei den Kiefermäulern - im Fachjargon Gnathostomata - zu erklären.


Wie die Forscher erläutern, versteht man unter Kiefermäulern alle jene Tiere mit Rückgrat und Kiefer, sowohl die lebenden als auch die ausgestorbenen.


"Ausgenommen davon sind jedoch Neunaugen und Schleimaale. Obwohl diese beiden Fischarten weder über Kiefer noch paarige Flossen verfügen, sind bei ihnen vom Rücken bis zum Schwanz entlang der Mittellinie Rückenflossen vorhanden", erläutert Metscher. Jeder Erklärungsansatz, warum das so ist, müsse also nicht nur die fossilen Belege, sondern auch die Feinheiten der frühen Entwicklung von Flossen und Gliedmaßen berücksichtigen.


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"Wir haben uns für unsere Untersuchung auf zahlreiche Arbeiten der molekularen Embryologie sowie auf Forschungsergebnisse aus der Paläontologie und der klassischen Morphologie gestützt. Es ging uns darum, zu erklären, wieso der Wirbeltier-Embryo Gliedmaßen-Ansätze an jeder Seite bildet, und zwar jeweils ein Paar am Anfang und am Ende der Körperhöhle", erklärt Laura Nuño de la Rosa.


Das neue Modell enthält frühere Forschungsergebnisse - beruhend auf Genexpression und der Interaktionen zwischen verschiedenen Geweben, aus denen sich ein Wirbeltierembryo entwickelt: "In den ersten Wochen seiner Entwicklung trennt sich ein Embryo in drei Zellschichten: Das obere oder erste Keimblatt des Embryoblasten (Ektoderm) - die außen liegende Zellschicht, aus der Haut und Nervensystem entstehen, das innere Keimblatt (Endoderm), das später den Verdauungstrakt bildet, und das mittlere Keimblatt (Mesoderm), das für Muskeln, Knochen und andere Organe verantwortlich ist. Das frühe Mesoderm spaltet sich wiederum in zwei Schichten, wobei die eine Schicht das Innere der Körperhöhle abdichtet und die andere die Außenseite des Darms bildet."


"Wir konnten herausfinden, dass sich Flossen oder Gliedmaßen nur an jenen Stellen entwickeln, wo die beiden mesodermalen Schichten ausreichend voneinander getrennt sind und wo sie mit ektodermalen Gewebe interagieren können. Und das ist an den beiden Enden des Darms - beim Mund und beim After - der Fall. Dazwischen ist für die Entwicklung von Flossen oder Gliedmaßen kein Platz, denn die beiden mesodermalen Schichten verlaufen extrem dicht nebeneinander, da ist nur eine ganz schmale Trennungslinie vorhanden. Wir denken, dass diese beiden Schichten bei der Darm-Entwicklung sogar zusammenspielen", erklärt Metscher.


Nach dem hinteren Ende des Verdauungstraktes, der Analöffnung, treffen die mesodermalen Schichten beim Schwanzansatz zusammen, und dort, wo sich die Körperwand schließt, könn sich eine einzige mittlere Flosse bilden. Vorne in der Mitte, entlang des sich entwickelnden Darms könn sich die Körperwand nicht vollständig schließen. Deshalb, so die Schlussfolgerung, entstehen gepaarte Ansätze für Flossen oder Gliedmaßen links und rechts der Mittellinie anstelle der mittleren Flosse: "Wir verfügen also über vier Gliedmaßen, weil wir einen Bauch haben."


Um Entwicklung und Evolution wirklich erfassen zu können, sei es wichtig, so die Forscher abschließend, die embryonale Zellstrukturierung und die Wechselwirkungen der einzelnen Zellschichten zu verstehen. Es genüge nicht, nur die Gene zu entschlüsseln. "Die wichtigste Funktion eines solchen Modells ist es, einen folgerichtigen Rahmen zu schaffen – für weitere spezifische, darauf aufbauende Hypothesen, die dann mit molekularen und anderen Labormethoden getestet werden können."


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Quellen: univie.ac.at, vetmeduni.ac.at
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