Einfache Planktonorganismen mit Wirbeltier-ähnlichen Lichtsinneszellen

Die Ergebnisse, die in dieser Woche (1. März) online in der Open Access-Zeitschrift EvoDevo publiziert werden, zeigen, dass bereits sehr früh in der Evolution enstandene und für vergleichbare Funktionen eingesetzte Zelltypen innerhalb des Tierreichs wesentlich weiter verbreitet sind, als bisher angenommen wurde. Das Gen, welches die Information für das verwendete Sehpigment – ein spezielles ciliäres Opsin – codiert, ist zudem bereits in sehr frühen Entwicklungsstadien der Brachiopoden aktiv und ermöglicht phototaktisches Verhalten, obwohl diese frühen Stadien noch gar keine Augen besitzen.

Mit Hilfe von elektronenmikroskopischen und Genexpressions-Daten konnte das Forscher-Team die Identität dieser Photorezeptoren mit denen von „Mäusen und Menschen“ belegen. Die Ergebnisse legen nahe, dass der letzte gemeinsame Vorfahre von Brachiopoden und Wirbeltieren denselben Zelltyp für gerichtetes Sehen verwendet hat oder dieser Photorezeptortyp, einmal evolviert, mehrfach unabhängig innerhalb der bilateralsymmetrischen Tiere für gerichtetes Sehen Verwendung fand.

Brachiopoden sind als erwachsene Tiere mit einem Stiel am Untergrund festgewachsen und daher auf ihre Larven als Verbreitungsstadien angewiesen. Die Larven sind daher sehr mobil und schwimmen an die Wasseroberfläche, wo die Intensität des einfallenden Sonnenlichtes stärker ist. Die Forscher konnten zeigen, das sogar die frühesten Larvenstadien, die noch keine Augen besitzen, aktiv zum Licht hin schwimmen und wahrscheinlich das gleiche Sehpigment nutzen wie ihre Augen-tragenden älteren Geschwister. Andreas Hejnol vom SARS International Centre of Marine Molecular Biology meint dazu: „Diese frühen Entwicklungsstadien könnte man als „schwimmende Augen“ bezeichnen, die in der Lage sind, die sonnige Wasseroberfläche zu finden.“

Die elektronenoptischen Untersuchungen der Augenstruktur zeigen, dass die lichtaufnehmende Struktur in den Augen der Brachiopodenlarven ein spezialisiertes sogenanntes Cilium ist, ein Wimperhärchen, dass normalerweise durch gerichtetes Schlagen für den Vortrieb der Larven im Wasser sorgt, ähnlich wie das Schwänzchen eines Spermiums. Alle nach außen gerichteten Körperzellen der Brachiopoden tragen ein solches Cilium. In den Augen jedoch sind die Cilien der beteiligten Zellen in den Körper der Larve eingesenkt und ihre Oberfläche ist stark vergrößert, da in der Cilienmembran das Opsin als Sehpigment in großer Menge eingelagert ist.

Yale Passamaneck, Co-Autor vom Kewalo Marine Laboratory der Universität Hawaii, resümiert: „Unsere Ergebnisse liefern ein neues Modell für das Verständnis der Augenevolution innerhalb des Tierreichs und dafür wie einfache Zellen die Fähigkeit erwerben, auf Licht zu reagieren um schließlich in einem komplexen Organ wie dem Auge miteinander vernetzt zu werden.“

Der Artikel erscheint unter dem Titel „Ciliary photoreceptors in the cerebral eyes of a protostome larva“ am 1. März 2011 im online Open Access journal EvoDevo (http://www.evodevojournal.com/content)

Kontakt:
PD Dr. Carsten Lüter
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