Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Parallelen in der Embryonalentwicklung von Wirbeltieren und Würmern

04.01.2001


Nature-Paper widerspricht der Lehrbuchmeinung

Entgegen einer hundert Jahre alten Lehrbuchmeinung der Biologie zeigen

neueste Untersuchungen Darmstädter und Heidelberger Forscher, dass beim urzeitlichen gemeinsamen Vorfahr von Wirbeltieren und Würmern Mund und Vorderdarm bereits angelegt waren. Bei beiden Gruppen wird die Embryonalentwicklung des Darms von den gleichen Genen reguliert. Dr. Ulrich Technau, Nachwuchswissenschaftler in der Abteilung für molekulare Zellbiologie der TU Darmstadt sowie Dr. Detlev Arendt und Dr. Jochen Wittbrodt vom international hochrenommierten European Molecular Biology Laboratory (EMBL) in Heidelberg veröffentlichen ihre Ergebnisse in der heutigen Ausgabe von Nature (Detlev Arendt, Ulrich Technau and Jochen Wittbrodt: Evolution of the bilaterian larval foregut, Nature 409, 4. Februar 2001, S. 81).

Andere Arbeiten hatten gezeigt, dass dieser Vorfahr vor mehr als 550 Millionen Jahren auch mit einem Nervensystem und einem Ausscheidungsorgan ausgestattet war und somit bereits einen erstaunlichen Komplexitätsgrad hatte. Die Resultate von Technau, Arendt und Wittbrodt stützen diese These, dass so verschiedene Tiergruppen wie Würmer und Wirbeltiere ähnlicher sind als bisher angenommen. Erst vor kurzem hatten in einer ebenfalls bemerkenswerten Arbeit aus der gleichen Abteilung Molekulare Zellbiologie der TUD Prof. Dr. Thomas Holstein und Dr. Bert Hobmayer gezeigt, dass der Süßwasserpolyp Hydra bereits Gene zur Bildung seiner Körperachse einsetzt, die bei Wirbeltieren ebenfalls dazu benutzt werden (Nature 407, 14. September 2000, S. 186). Diese Forschungen zeigen, dass schon die ersten und primitivsten Tiere vor 700 Millionen Jahren über ein ganz ähnliches genetisches Entwicklungsprogramm verfügten wie wir Menschen.

Seit Charles Darwin seine Theorie zur Evolution des Lebens auf der Erde formuliert hat, sind Forscher davon fasziniert, den Ursprung des Menschen und der Tiere zu rekonstruieren. Dahinter steht die Frage, wie sich tierisches Leben auf der Erde entwickelt hat und wie unsere Vorfahren in der Urzeit aussahen. Fossilien aus der jüngsten Vergangenheit können uns darüber Auskunft geben, wie unsere Vorfahren aussahen und über welche Zwischenstufen sich die Evolution zum Menschen vollzog. Wie aber haben unsere tierischen Vorfahren vor über 550 Millionen Jahren in der vorkambrischen Urzeit ausgesehen, die aufgrund ihrer skelettlosen Beschaffenheit keine Fossilien bilden konnten? Darüber finden sich in den biologischen Lehrbüchern nur Hypothesen, die aus Vergleichen ihrer Körperbaupläne aufgestellt wurden. Eine Überprüfung war bisher allerdings fast nie möglich. Noch weniger vermochte man zu sagen, wie sich unsere ersten Vorfahren denn von der befruchteten Eizelle bis zum ausgewachsenen Organismus entwickelt hatten.

Das erste Organ, dass sich in den Larven primitiver Organismen gewöhnlich bildet, ist der Darm, der durch eine Einstülpung, den Urmund, des noch hohlkugelförmigen Embryos angelegt wird. Gerade aufgrund der unterschiedlichen Entstehung des Darms werden die meisten heute lebenden Tiere in zwei große Gruppen unterteilt: solche, wie die Würmer und Insekten (Protostomia), die aus ihrem Urmund (Blastoporus) auch den späteren Mund entwickeln und solche wie die Menschen, Wirbeltiere und Seeigel (Deuterostomia), die ihren Urmund zum After entwickeln und den eigentlichen Mund dafür an anderer Stelle neu anlegen. In den Lehrbüchern findet sich deshalb bis heute die Auffassung, dass der Mund und Vorderdarm beim Menschen und bei den Insekten in der Evolution jeweils unabhängig entstanden ist.

Technau, Arendt, Wittbrodt haben nun das sogenannte Brachyury-Gen, das die Embryonalentwicklung reguliert, im Ringelwurm Platynereis dumerilii, einem Protostomier, identifiziert. Es ist im Urmund des frühen Embryos und im weiteren Verlauf auch während der Bildung des Vorder- und Enddarms aktiviert.

Dies war für die Forscher eine große Überraschung, da das gleiche Gen in den Larven von Seesternen, die zu den Deuterostomia gehören, im Vorder- und Enddarm aktiviert war. Damit war die Hypothese geboren, dass der Darm in der Wurm- und der Seeigellarve auf gleiche Weise gebildet wird, was sich am besten dadurch erklären lässt, dass im gemeinsamen Vorfahr in der Urzeit ebenfalls der Darm auf diese Weise gebildet wurde. Zusätzliche Untersuchungen mit zwei weiteren regulatorischen Genen, die an der Ausprägung des Mundbereichs in beiden Organismen beteiligt sind, bestätigten die Hypothese, dass auch Mund und Vorderdarm in Larven des gemeinsamen Vorfahren von Menschen und Insekten bereits angelegt waren.

Die Arbeiten von Arendt, Technau und Wittbrodt haben offenbart, dass sich durch den Genvergleich zwischen heute lebenden Organismen die Evolution bis weit in die Urzeit rekonstruieren lässt. Ulrich Technau fand das Brachyury-Gen sogar in dem noch primitiveren Polypen Hydra, der einen blind endenden Darm und deshalb nur einen Urmund besitzt, der zugleich After ist. Auch hier ist Brachyury im Urmund aktiviert, was bestätigt, dass Mund und After der höheren Tiere aus ein und derselben Struktur, nämlich des Urmundes hervorgegangen sind.

Dr. Ulrich Technau ist Leiter einer Nachwuchsgruppe in der Arbeitsgruppe von Prof. Dr. Thomas Holstein, Molekulare Zellbiologie, Institut für Zoologie, TU Darmstadt. Sein Arbeitsgebiet ist die Evolution von Entwicklungsmechanismen, dem Ursprung des dritten Keimblatts (Mesoderm) sowie des Nervensystems bei der Embryonalentwicklung. Dr. Detlev Arendt ist Wissenschaftler (Postdoc) in der Nachwuchsgruppe von Dr. Jochen Wittbrodt am internationalen Forschungsinstitut EMBL in Heidelberg.

Kontakt: Dr. Ulrich Technau, Molekulare Zellbiologie, Fachbereich Biologie der TUD, Tel.: 06151/16-6244 oder -4805, Fax: -6077, E-Mail: technau@bio.tu-darmstadt.de

Diplom-Volkswirtin Sabine Gerbaulet | idw

Weitere Berichte zu: Darm Embryonalentwicklung Gen Wirbeltier Wurm

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Eine Karte der Zellkraftwerke
18.08.2017 | Albert-Ludwigs-Universität Freiburg im Breisgau

nachricht Chronische Infektionen aushebeln: Ein neuer Wirkstoff auf dem Weg in die Entwicklung
18.08.2017 | Deutsches Zentrum für Infektionsforschung

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: Unterwasserroboter soll nach einem Jahr in der arktischen Tiefsee auftauchen

Am Dienstag, den 22. August wird das Forschungsschiff Polarstern im norwegischen Tromsø zu einer besonderen Expedition in die Arktis starten: Der autonome Unterwasserroboter TRAMPER soll nach einem Jahr Einsatzzeit am arktischen Tiefseeboden auftauchen. Dieses Gerät und weitere robotische Systeme, die Tiefsee- und Weltraumforscher im Rahmen der Helmholtz-Allianz ROBEX gemeinsam entwickelt haben, werden nun knapp drei Wochen lang unter Realbedingungen getestet. ROBEX hat das Ziel, neue Technologien für die Erkundung schwer erreichbarer Gebiete mit extremen Umweltbedingungen zu entwickeln.

„Auftauchen wird der TRAMPER“, sagt Dr. Frank Wenzhöfer vom Alfred-Wegener-Institut, Helmholtz-Zentrum für Polar- und Meeresforschung (AWI) selbstbewusst. Der...

Im Focus: Mit Barcodes der Zellentwicklung auf der Spur

Darüber, wie sich Blutzellen entwickeln, existieren verschiedene Auffassungen – sie basieren jedoch fast ausschließlich auf Experimenten, die lediglich Momentaufnahmen widerspiegeln. Wissenschaftler des Deutschen Krebsforschungszentrums stellen nun im Fachjournal Nature eine neue Technik vor, mit der sich das Geschehen dynamisch erfassen lässt: Mithilfe eines „Zufallsgenerators“ versehen sie Blutstammzellen mit genetischen Barcodes und können so verfolgen, welche Zelltypen aus der Stammzelle hervorgehen. Diese Technik erlaubt künftig völlig neue Einblicke in die Entwicklung unterschiedlicher Gewebe sowie in die Krebsentstehung.

Wie entsteht die Vielzahl verschiedener Zelltypen im Blut? Diese Frage beschäftigt Wissenschaftler schon lange. Nach der klassischen Vorstellung fächern sich...

Im Focus: Fizzy soda water could be key to clean manufacture of flat wonder material: Graphene

Whether you call it effervescent, fizzy, or sparkling, carbonated water is making a comeback as a beverage. Aside from quenching thirst, researchers at the University of Illinois at Urbana-Champaign have discovered a new use for these "bubbly" concoctions that will have major impact on the manufacturer of the world's thinnest, flattest, and one most useful materials -- graphene.

As graphene's popularity grows as an advanced "wonder" material, the speed and quality at which it can be manufactured will be paramount. With that in mind,...

Im Focus: Forscher entwickeln maisförmigen Arzneimittel-Transporter zum Inhalieren

Er sieht aus wie ein Maiskolben, ist winzig wie ein Bakterium und kann einen Wirkstoff direkt in die Lungenzellen liefern: Das zylinderförmige Vehikel für Arzneistoffe, das Pharmazeuten der Universität des Saarlandes entwickelt haben, kann inhaliert werden. Professor Marc Schneider und sein Team machen sich dabei die körpereigene Abwehr zunutze: Makrophagen, die Fresszellen des Immunsystems, fressen den gesundheitlich unbedenklichen „Nano-Mais“ und setzen dabei den in ihm enthaltenen Wirkstoff frei. Bei ihrer Forschung arbeiteten die Pharmazeuten mit Forschern der Medizinischen Fakultät der Saar-Uni, des Leibniz-Instituts für Neue Materialien und der Universität Marburg zusammen Ihre Forschungsergebnisse veröffentlichten die Wissenschaftler in der Fachzeitschrift Advanced Healthcare Materials. DOI: 10.1002/adhm.201700478

Ein Medikament wirkt nur, wenn es dort ankommt, wo es wirken soll. Wird ein Mittel inhaliert, muss der Wirkstoff in der Lunge zuerst die Hindernisse...

Im Focus: Exotische Quantenzustände: Physiker erzeugen erstmals optische „Töpfe" für ein Super-Photon

Physikern der Universität Bonn ist es gelungen, optische Mulden und komplexere Muster zu erzeugen, in die das Licht eines Bose-Einstein-Kondensates fließt. Die Herstellung solch sehr verlustarmer Strukturen für Licht ist eine Voraussetzung für komplexe Schaltkreise für Licht, beispielsweise für die Quanteninformationsverarbeitung einer neuen Computergeneration. Die Wissenschaftler stellen nun ihre Ergebnisse im Fachjournal „Nature Photonics“ vor.

Lichtteilchen (Photonen) kommen als winzige, unteilbare Portionen vor. Viele Tausend dieser Licht-Portionen lassen sich zu einem einzigen Super-Photon...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

European Conference on Eye Movements: Internationale Tagung an der Bergischen Universität Wuppertal

18.08.2017 | Veranstaltungen

Einblicke ins menschliche Denken

17.08.2017 | Veranstaltungen

Eröffnung der INC.worX-Erlebniswelt während der Technologie- und Innovationsmanagement-Tagung 2017

16.08.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Eine Karte der Zellkraftwerke

18.08.2017 | Biowissenschaften Chemie

Chronische Infektionen aushebeln: Ein neuer Wirkstoff auf dem Weg in die Entwicklung

18.08.2017 | Biowissenschaften Chemie

Computer mit Köpfchen

18.08.2017 | Informationstechnologie