Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Entstanden Knochen zuerst in der Haut?

07.03.2008
Die Isolierung von bestimmten Genen aus den Hautzähnen des Katzenhais legt diese Vermutung nahe

"Was verbindet den Menschen mit einem Lanzettfischchen, dem Schleimaal und dem Katzenhai?" Dieser Frage sind Wissenschaftler des Max-Planck-Instituts für molekulare Genetik und ihre Kollegen aus Berlin, Hamburg und Tübingen nachgegangen.

Sie untersuchten anhand wichtiger Vertreter der Chorda-Tiere, zu denen auch die Wirbeltiere gehören, die phylogenetischen Ursprünge von Knorpeln, Knochen, Zähnen und Skelett. Dabei nahmen sie auf molekularer Ebene bestimmte Entwicklungsgene (Runx 1-3) unter die Lupe, die eine Schlüsselrolle in der Skelettentwicklung spielen.

Die Ergebnisse verblüfften die Forscher: Denn die Aktivitäten dieser Gene ließen sich mehrere hundert Millionen Jahre zurückverfolgen. Runx-Gene waren sowohl im Kiemendarm von Lanzettfischchen, im Knorpel von Schleimaalen sowie im Knorpel und den zahn-ähnlichen Hautschuppen des Katzenhais aktiv. Letzteres lässt auf eine gemeinsame Vorläuferstruktur von Knochen und den zahn-ähnlichen Hautschuppen beim Hai schließen. (PLoS Genetics, 6. März 2008)

Die Skelettentwicklung ist in der Stammesgeschichte der Wirbeltiere von großer Bedeutung, jedoch ist über die molekulare Entstehung des Skeletts noch wenig bekannt. Bei den Säugetieren werden sogenannte Runx-Gene (Runx 1-3) beschrieben, die eine wichtige Rolle bei der Blutbildung (Hämatopoese) spielen oder für die Skelettentwicklung unerlässlich sind. Sie beeinflussen die Knochenbildung und Zahnentwicklung, die Reifung von Knorpelzellen und regulieren direkt das "Indian hedgehog"-Gen (Ihh), ein weiteres essentielles Gen für die Knorpel- und Knochenentwicklung.

Die Säugetiere gehören - evolutionsgeschichtlich - zur Klasse der Wirbeltiere. Die Wirbeltiere (Vertebraten) werden wiederum mit den stammesgeschichtlich viel älteren Manteltieren (Tunicata) und Schädellosen (Acrania) zu den Chordatieren zusammengefasst. Diese tragen ein im Rückenbereich liegendes elastisches Achsenskelett (Chorda dorsalis), das Rumpf und Bewegungssystem zusammenhält. Bei den Wirbeltieren bildete sich die Chorda zugunsten der Wirbelsäule stark zurück. Die Reste der Chorda finden sich beim Menschen noch in der Bandscheibe wieder.

Jochen Hecht und Volkhard Seitz, beide Wissenschaftler am Max-Planck-Institut für molekulare Genetik in Berlin, haben die Anzahl und Expression von Runx-Gene und ihre Interaktion mit Hedgehog-Genen an Lanzettfischchen, Schleimaalen und Katzenhaien untersucht. Ihr Ziel war es mithilfe dieser Organismen, die unterschiedliche evolutionäre Epochen repräsentieren, einen Zusammenhang zwischen Genentwicklung und Skelettentwicklung herzustellen. Die zentrale Frage dabei: Wann entstand in der Evolution das Skelett, aus welchen Strukturen entwickelte es sich?

Lanzettfischchen (Branchiostoma lanceolatum) sind sehr ursprüngliche Chordatiere ohne Schädel (Acrania). Sie leben an den Küsten der Meere, meist halb eingegraben in Sand oder Schlamm und filtern dort Plankton und kleine organische Partikel als Nahrung aus dem Wasser. "Bei diesem sehr nahen, lebenden Verwandten der Wirbeltiere konnten wir lediglich ein einzelnes Runx-Gen nachweisen", sagt Jochen Hecht. "Es findet sich in ihrem Kiemenbereich, der durch zellfreie knorpelartige Spangen stabilisiert wird". Zusammen mit dem Runx-Gen wird ein Hedgehog-Gen exprimiert, desssen Aktivität bereits - wie bei den Säugetieren - durch das Runx-Gen beeinflusst wird.

Anders beim Schleimaal (Myxine glutinosa): Dieses sehr ursprüngliche Wirbeltier, das noch keine Kiefer besitzt (Agnatha), ist vorwiegend ein Aasfresser. Es lebt weltweit in den Meeren in Wassertiefen bis über tausend Metern. Schleimaale besitzen zwei Knorpeltypen - eine weiche und eine härtere Form. Darin isolierten die Wissenschaftler zwei Runx-Gene. In der härteren Knorpelform war vor allem ein Gen sehr aktiv. "Dies lässt auf eine sehr wichtige Rolle dieses Gens bei der Knorpel- und Knochenentwicklung schließen", sagt Hecht.

In den Hautzähnen (Placoidschuppen) des kleingefleckten Katzenhais (Scyliorhinus canicula), die die Haihaut rauh und äußerst widerstandsfähig machen, konnten die Wissenschaftler eine hohe Aktivität aller drei Runx-Gene feststellen. Da Haifische stammesgeschichtlich sehr alt sind und als Knorpelfische keinen Knochen besitzen, könnte dies darauf hindeuten, dass Knochen während der Evolution zuerst in der Haut entstanden sind und erst später zur Verstärkung des Skeletts benutzt wurden. Möglich wäre es allerdings auch, dass Katzenhaie einmal Knochen besaßen, diese aber sekundär wieder reduziert haben.

Originalveröffentlichung:

J. Hecht, S. Stricker, U. Wiecha, A. Stiege, G. Panopoulou, L. Podsiadlowski, A.J. Proustka, C. Dieterich, S. Ehrich, J. Suvorova, S. Mundlos, V. Seitz
Evolution of a Core Gene Network für Skeletogenesis in Chordates
PLoS Genetics, 6. März 2008

Dr. Bernd Wirsing | Max-Planck-Gesellschaft
Weitere Informationen:
http://www.mpg.de

Weitere Berichte zu: Chorda Gen Skelettentwicklung Säugetier Wirbeltier

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Proteinforschung: Der Computer als Mikroskop
16.01.2017 | Ruhr-Universität Bochum

nachricht Nervenkrankheit ALS: Mehr als nur ein Motor-Problem im Gehirn?
16.01.2017 | Leibniz-Institut für Neurobiologie

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Biowissenschaften Chemie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Mit solaren Gebäudehüllen Architektur gestalten

Solarthermie ist in der breiten Öffentlichkeit derzeit durch dunkelblaue, rechteckige Kollektoren auf Hausdächern besetzt. Für ästhetisch hochwertige Architektur werden Technologien benötigt, die dem Architekten mehr Gestaltungsspielraum für Niedrigst- und Plusenergiegebäude geben. Im Projekt »ArKol« entwickeln Forscher des Fraunhofer ISE gemeinsam mit Partnern aktuell zwei Fassadenkollektoren für solare Wärmeerzeugung, die ein hohes Maß an Designflexibilität erlauben: einen Streifenkollektor für opake sowie eine solarthermische Jalousie für transparente Fassadenanteile. Der aktuelle Stand der beiden Entwicklungen wird auf der BAU 2017 vorgestellt.

Im Projekt »ArKol – Entwicklung von architektonisch hoch integrierten Fassadekollektoren mit Heat Pipes« entwickelt das Fraunhofer ISE gemeinsam mit Partnern...

Im Focus: Designing Architecture with Solar Building Envelopes

Among the general public, solar thermal energy is currently associated with dark blue, rectangular collectors on building roofs. Technologies are needed for aesthetically high quality architecture which offer the architect more room for manoeuvre when it comes to low- and plus-energy buildings. With the “ArKol” project, researchers at Fraunhofer ISE together with partners are currently developing two façade collectors for solar thermal energy generation, which permit a high degree of design flexibility: a strip collector for opaque façade sections and a solar thermal blind for transparent sections. The current state of the two developments will be presented at the BAU 2017 trade fair.

As part of the “ArKol – development of architecturally highly integrated façade collectors with heat pipes” project, Fraunhofer ISE together with its partners...

Im Focus: Mit Bindfaden und Schere - die Chromosomenverteilung in der Meiose

Was einmal fest verbunden war sollte nicht getrennt werden? Nicht so in der Meiose, der Zellteilung in der Gameten, Spermien und Eizellen entstehen. Am Anfang der Meiose hält der ringförmige Proteinkomplex Kohäsin die Chromosomenstränge, auf denen die Bauanleitung des Körpers gespeichert ist, zusammen wie ein Bindfaden. Damit am Ende jede Eizelle und jedes Spermium nur einen Chromosomensatz erhält, müssen die Bindfäden aufgeschnitten werden. Forscher vom Max-Planck-Institut für Biochemie zeigen in der Bäckerhefe wie ein auch im Menschen vorkommendes Kinase-Enzym das Aufschneiden der Kohäsinringe kontrolliert und mit dem Austritt aus der Meiose und der Gametenbildung koordiniert.

Warum sehen Kinder eigentlich ihren Eltern ähnlich? Die meisten Zellen unseres Körpers sind diploid, d.h. sie besitzen zwei Kopien von jedem Chromosom – eine...

Im Focus: Der Klang des Ozeans

Umfassende Langzeitstudie zur Geräuschkulisse im Südpolarmeer veröffentlicht

Fast drei Jahre lang haben AWI-Wissenschaftler mit Unterwasser-Mikrofonen in das Südpolarmeer hineingehorcht und einen „Chor“ aus Walen und Robben vernommen....

Im Focus: Wie man eine 80t schwere Betonschale aufbläst

An der TU Wien wurde eine Alternative zu teuren und aufwendigen Schalungen für Kuppelbauten entwickelt, die nun in einem Testbauwerk für die ÖBB-Infrastruktur umgesetzt wird.

Die Schalung für Kuppelbauten aus Beton ist normalerweise aufwändig und teuer. Eine mögliche kostengünstige und ressourcenschonende Alternative bietet die an...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

Aquakulturen und Fangquoten – was hilft gegen Überfischung?

16.01.2017 | Veranstaltungen

14. BF21-Jahrestagung „Mobilität & Kfz-Versicherung im Fokus“

12.01.2017 | Veranstaltungen

Leipziger Biogas-Fachgespräch lädt zum "Branchengespräch Biogas2020+" nach Nossen

11.01.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Weltweit erste Solarstraße in Frankreich eingeweiht

16.01.2017 | Energie und Elektrotechnik

Proteinforschung: Der Computer als Mikroskop

16.01.2017 | Biowissenschaften Chemie

Vermeintlich junger Stern entpuppt sich als galaktischer Greis

16.01.2017 | Physik Astronomie