Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Bewegung ohne Muskeln

12.05.2011
Zoologen der Universität Jena sind der Evolution von Körperkontraktion auf der Spur

Alle Tiere bewegen sich – Geparden schneller, Schnecken langsamer. Grundlage aller Bewegungen sind Muskelkontraktionen, lautet zumindest die landläufige Meinung. Es gibt jedoch auch Tiergruppen, die keine Muskeln besitzen, da sie sich in der Entwicklungsgeschichte vor der eigentlichen evolutionären Entstehung von Muskelzellen abzweigten. Diese Tiergruppen, etwa die Schwämme der Weltmeere und Seen, sind jedoch nicht unbeweglich. Schwämme sind in der Lage, sich ohne Muskeln zusammenzuziehen. Diese Kontraktion kannten schon Schwammtaucher im antiken Griechenland, wie bereits Aristoteles 350 vor Christus beschrieben hat.


Die Schwammart "Tethya wilhelma" (hier eine Kolonie im Aquarium) ist inzwischen Modellorganismus für viele evolutionäre Fragestellungen und wesentliches Untersuchungsobjekt in der aktuellen Studie von PD Dr. Michael Nickel von der Universität Jena. Foto: Michael Nickel/FSU

Wie Bewegung ohne Muskeln funktioniert, untersucht eine Forschergruppe um Privatdozent Dr. Michael Nickel von der Friedrich-Schiller-Universität Jena. Die Forscher vom Institut für Spezielle Zoologie und Evolutionsbiologie interessiert vor allem der evolutionäre Aspekt, genauer die Frage: Aus welchen evolutionären Vorläufern entstanden Muskelzellen?

In einer aktuellen Studie, die im Journal of Experimental Biology (Band 214, doi: 10.1242/jeb.049148) am 15. Mai 2011 veröffentlicht wird, geben die Evolutionsbiologen aktuelle Antworten auf die Frage, welche Zellen in Schwämmen kontrahieren. Die Forscher stützen sich dabei auf 3-dimensionale (3D) Aufnahmen, die sie mittels Synchrotron-strahlungsbasierter Röntgen-Mikrotomographie angefertigt haben. Damit konnten die Jenaer Forscher in Kooperation mit dem Helmholtz-Zentrum Gesthacht am Deutschen Elektronen Synchrotron Hamburg die 3D-Struktur von kontrahierten und expandierten Schwämmen vergleichen und visualisieren.

„Das Besondere an unserer Herangehensweise ist jedoch, dass wir die 3D-Daten nutzen, um Volumen- und Oberflächenmessungen in unseren Schwämmen durchführen“, so Nickel. „Diese 3D-Volumetrie-Methode ist zwar in den technischen Wissenschaften weit verbreitet, wird in der Zoologie jedoch bisher – trotz ihres enormen Informationspotenzials – kaum genutzt“. Auf diese Weise konnte Nickels Team zeigen, dass die inneren und äußeren Oberflächen und damit die Epithelienzellen, sogenannte Pinacozyten, die starken Körperkontraktionen der Schwämme verursachen. Dadurch können die Jenaer Wissenschaftler auch eine über Hundert Jahre währende Kontroverse über die zelluläre Kontraktionsursache entscheiden. Als kontraktile Kandidaten waren bisher sowohl spindelförmige Zellen im Gewebe der Schwämme gehandelt worden, als auch die Epithelzellen – die Jenaer Forscher haben jetzt den Verursacher eindeutig identifiziert.

Die aktuellen Ergebnisse der Jenaer Forscher ermöglichen neue Denkansätze zur evolutionären Entstehung von Muskelatur. „Die frühe Evolution von Muskeln ist bisher völlig unverstanden. Muskelzellen scheinen in der Evolution – nach aktueller Datenlage – nahezu aus dem Nichts aufgetaucht zu sein“, so Nickel. „Es muss jedoch evolutionäre Vorläufersysteme gegeben haben, die bisher unerkannt geblieben waren.“ Die Schwamm-Epithelzellen rücken nun als heiße Kandidaten für die weitere Erforschung der Zusammenhänge in den Mittelpunkt des Interesses der Evolutionsbiologen. „Es spricht vieles dafür, dass Schwamm-Epithelien und die Muskelzellen der übrigen Tiere evolutionär auf einen gemeinsamen kontraktionsfähigen Zellvorfahren zurückgehen“. Dies soll in Zukunft in internationalen Kooperationen, auch unter Nutzung von Genom- und Genexpressionsdaten, geprüft werden.

Michael Nickel feiert mit dieser Veröffentlichung auch einen kleinen Geburtstag. Vor exakt zehn Jahren beschrieb der Jenaer Forscher – damals noch Doktorand an der Universität Stuttgart – die im dortigen Zoologisch-Botanischen Garten Wilhelma entdeckte Schwammart Tethya wilhelma. Dieser Schwamm ist noch immer das ‚Haustier’ in Nickels Arbeitsgruppe – heute gezüchtet in Meerwasseraquarien am Institut in Jena – und wesentliches Untersuchungsobjekt in der aktuellen Studie. Als möglicher Modellorganismus für evolutionäre Fragestellungen hat der kleine weiße Schwamm im letzten Jahrzehnt regelmäßig Eingang in Forschungsprojekte gefunden und dient als Forschungsobjekt für immer mehr Arbeitsgruppen auf der ganzen Welt.

Filmmaterial unter: http://spongetube.porifera.net.

Original-Publikation:
Michael Nickel et al.: „The contractile sponge epithelium sensu lato – body contraction of the demosponge Tethya wilhelma is mediated by the pinacoderm”, Journal of Experimental Biology, Band 214, doi: 10.1242/jeb.049148.
Kontakt:
PD Dr. Michael Nickel
Institut für Spezielle Zoologie und Evolutionsbiologie mit Phyletischem Museum
Friedrich-Schiller-Universität Jena
Erbertstr. 1, 07743 Jena
Tel.: 03641 / 949174
E-Mail: m.nickel[at]uni-jena.de

Axel Burchardt | Uni Jena
Weitere Informationen:
http://www.porifera.net
http://www.uni-jena.de

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Neue Materialchemie für Hochleistungsbatterien
19.09.2017 | Technische Universität Berlin

nachricht Zentraler Schalter der Immunabwehr gefunden
19.09.2017 | Medizinische Hochschule Hannover

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: Wundermaterial Graphen: Gewölbt wie das Polster eines Chesterfield-Sofas

Graphen besitzt extreme Eigenschaften und ist vielseitig verwendbar. Mit einem Trick lassen sich sogar die Spins im Graphen kontrollieren. Dies gelang einem HZB-Team schon vor einiger Zeit: Die Physiker haben dafür eine Lage Graphen auf einem Nickelsubstrat aufgebracht und Goldatome dazwischen eingeschleust. Im Fachblatt 2D Materials zeigen sie nun, warum dies sich derartig stark auf die Spins auswirkt. Graphen kommt so auch als Material für künftige Informationstechnologien infrage, die auf der Verarbeitung von Spins als Informationseinheiten basieren.

Graphen ist wohl die exotischste Form von Kohlenstoff: Alle Atome sind untereinander nur in der Ebene verbunden und bilden ein Netz mit sechseckigen Maschen,...

Im Focus: Hochautomatisiertes Fahren bei Schnee und Regen: Robuste Warnehmung dank intelligentem Sensormix

Schlechte Sichtverhältnisse bei Regen oder Schnellfall sind für Menschen und hochautomatisierte Fahrzeuge eine große Herausforderung. Im europäischen Projekt RobustSENSE haben die Forscher von Fraunhofer FOKUS mit 14 Partnern, darunter die Daimler AG und die Robert Bosch GmbH, in den vergangenen zwei Jahren eine Softwareplattform entwickelt, auf der verschiedene Sensordaten von Kamera, Laser, Radar und weitere Informationen wie Wetterdaten kombiniert werden. Ziel ist, eine robuste und zuverlässige Wahrnehmung der Straßensituation unabhängig von der Komplexität und der Sichtverhältnisse zu gewährleisten. Nach der virtuellen Erprobung des Systems erfolgt nun der Praxistest, unter anderem auf dem Berliner Testfeld für hochautomatisiertes Fahren.

Starker Schneefall, ein Ball rollt auf die Fahrbahn: Selbst ein Mensch kann mitunter nicht schnell genug erkennen, ob dies ein gefährlicher Gegenstand oder...

Im Focus: Ultrakurze Momentaufnahmen der Dynamik von Elektronen in Festkörpern

Mit Hilfe ultrakurzer Laser- und Röntgenblitze haben Wissenschaftler am Max-Planck-Institut für Quantenoptik (Garching bei München) Schnappschüsse der bislang kürzesten Bewegung von Elektronen in Festkörpern gemacht. Die Bewegung hielt 750 Attosekunden lang an, bevor sie abklang. Damit stellten die Wissenschaftler einen neuen Rekord auf, ultrakurze Prozesse innerhalb von Festkörpern aufzuzeichnen.

Wenn Röntgenstrahlen auf Festkörpermaterialien oder große Moleküle treffen, wird ein Elektron von seinem angestammten Platz in der Nähe des Atomkerns...

Im Focus: Ultrafast snapshots of relaxing electrons in solids

Using ultrafast flashes of laser and x-ray radiation, scientists at the Max Planck Institute of Quantum Optics (Garching, Germany) took snapshots of the briefest electron motion inside a solid material to date. The electron motion lasted only 750 billionths of the billionth of a second before it fainted, setting a new record of human capability to capture ultrafast processes inside solids!

When x-rays shine onto solid materials or large molecules, an electron is pushed away from its original place near the nucleus of the atom, leaving a hole...

Im Focus: Quantensensoren entschlüsseln magnetische Ordnung in neuartigem Halbleitermaterial

Physiker konnte erstmals eine spiralförmige magnetische Ordnung in einem multiferroischen Material abbilden. Diese gelten als vielversprechende Kandidaten für zukünftige Datenspeicher. Der Nachweis gelang den Forschern mit selbst entwickelten Quantensensoren, die elektromagnetische Felder im Nanometerbereich analysieren können und an der Universität Basel entwickelt wurden. Die Ergebnisse von Wissenschaftlern des Departements Physik und des Swiss Nanoscience Institute der Universität Basel sowie der Universität Montpellier und Forschern der Universität Paris-Saclay wurden in der Zeitschrift «Nature» veröffentlicht.

Multiferroika sind Materialien, die gleichzeitig auf elektrische wie auch auf magnetische Felder reagieren. Die beiden Eigenschaften kommen für gewöhnlich...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

»Laser in Composites Symposium« in Aachen – von der Wissenschaft in die Anwendung

19.09.2017 | Veranstaltungen

Biowissenschaftler tauschen neue Erkenntnisse über molekulare Gen-Schalter aus

19.09.2017 | Veranstaltungen

Zwei Grad wärmer – und dann?

19.09.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

»Laser in Composites Symposium« in Aachen – von der Wissenschaft in die Anwendung

19.09.2017 | Veranstaltungsnachrichten

Zentraler Schalter der Immunabwehr gefunden

19.09.2017 | Biowissenschaften Chemie

Neue Materialchemie für Hochleistungsbatterien

19.09.2017 | Biowissenschaften Chemie