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 Einblick ins geschlossene Enzym
26.06.2017 | Universität Konstanz

nachricht 'Fix Me Another Marguerite!'
23.06.2017 | Universität Regensburg

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: Hyperspektrale Bildgebung zur 100%-Inspektion von Oberflächen und Schichten

„Mehr sehen, als das Auge erlaubt“, das ist ein Anspruch, dem die Hyperspektrale Bildgebung (HSI) gerecht wird. Die neue Kameratechnologie ermöglicht, Licht nicht nur ortsaufgelöst, sondern simultan auch spektral aufgelöst aufzuzeichnen. Das bedeutet, dass zur Informationsgewinnung nicht nur herkömmlich drei spektrale Bänder (RGB), sondern bis zu eintausend genutzt werden.

Das Fraunhofer IWS Dresden entwickelt eine integrierte HSI-Lösung, die das Potenzial der HSI-Technologie in zuverlässige Hard- und Software überführt und für...

Im Focus: Can we see monkeys from space? Emerging technologies to map biodiversity

An international team of scientists has proposed a new multi-disciplinary approach in which an array of new technologies will allow us to map biodiversity and the risks that wildlife is facing at the scale of whole landscapes. The findings are published in Nature Ecology and Evolution. This international research is led by the Kunming Institute of Zoology from China, University of East Anglia, University of Leicester and the Leibniz Institute for Zoo and Wildlife Research.

Using a combination of satellite and ground data, the team proposes that it is now possible to map biodiversity with an accuracy that has not been previously...

Im Focus: Klima-Satellit: Mit robuster Lasertechnik Methan auf der Spur

Hitzewellen in der Arktis, längere Vegetationsperioden in Europa, schwere Überschwemmungen in Westafrika – mit Hilfe des deutsch-französischen Satelliten MERLIN wollen Wissenschaftler ab 2021 die Emissionen des Treibhausgases Methan auf der Erde erforschen. Möglich macht das ein neues robustes Lasersystem des Fraunhofer-Instituts für Lasertechnologie ILT in Aachen, das eine bisher unerreichte Messgenauigkeit erzielt.

Methan entsteht unter anderem bei Fäulnisprozessen. Es ist 25-mal wirksamer als das klimaschädliche Kohlendioxid, kommt in der Erdatmosphäre aber lange nicht...

Im Focus: Climate satellite: Tracking methane with robust laser technology

Heatwaves in the Arctic, longer periods of vegetation in Europe, severe floods in West Africa – starting in 2021, scientists want to explore the emissions of the greenhouse gas methane with the German-French satellite MERLIN. This is made possible by a new robust laser system of the Fraunhofer Institute for Laser Technology ILT in Aachen, which achieves unprecedented measurement accuracy.

Methane is primarily the result of the decomposition of organic matter. The gas has a 25 times greater warming potential than carbon dioxide, but is not as...

Im Focus: How protons move through a fuel cell

Hydrogen is regarded as the energy source of the future: It is produced with solar power and can be used to generate heat and electricity in fuel cells. Empa researchers have now succeeded in decoding the movement of hydrogen ions in crystals – a key step towards more efficient energy conversion in the hydrogen industry of tomorrow.

As charge carriers, electrons and ions play the leading role in electrochemical energy storage devices and converters such as batteries and fuel cells. Proton...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Future Security Conference 2017 in Nürnberg - Call for Papers bis 31. Juli

26.06.2017 | Veranstaltungen

Von Batterieforschung bis Optoelektronik

23.06.2017 | Veranstaltungen

10. HDT-Tagung: Elektrische Antriebstechnologie für Hybrid- und Elektrofahrzeuge

22.06.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

„Digital Mobility“– 48 Mio. Euro für die Entwicklung des digitalen Fahrzeuges

26.06.2017 | Förderungen Preise

Fahrerlose Transportfahrzeuge reagieren bald automatisch auf Störungen

26.06.2017 | Verkehr Logistik

Forscher sorgen mit ungewöhnlicher Studie über Edelgase international für Aufmerksamkeit

26.06.2017 | Physik Astronomie