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Geheimnisse des Lebens im Ozean gelöst

20.11.2008
Wissenschaftler haben herausgefunden, wie die einfachsten Augen der Tierwelt funktionieren

Der Ozean hält immer noch viele Geheimnisse für uns bereit. Eines davon ist die größte Wanderungsbewegung auf der Erde: Unzählige, im Meer schwebende Kleinstlebewesen schwimmen angezogen vom Licht an die Meeresoberfläche.


Larve des Ringelwurms Platynereis
Gáspár Jékely


Der Ringelwurm Platynereis dumerilii
Litographie von Friedrich Hempelmann (1911)

Wissenschaftler vom European Molecular Biology Laboratory (Heidelberg) und vom Max-Planck-Institut für Entwicklungsbiologie (Tübingen) haben jetzt gezeigt, wie die Larven wirbelloser Meeresbewohner zum Licht hin navigieren. Ein Ringelwurm, dessen Larve zwei einfache Augenflecke sowie einen Wimpernkranz zur Fortbewegung besitzt, diente den Forschern dabei als Modellorganismus.

Sobald die Wissenschaftler einen der beiden Augenflecke der Larve beleuchteten, änderten die ihn umgebenden Wimpern ihre Schlagfrequenz und die Larve schwamm auf die Lichtquelle zu. Dies wird durch einen Nervenstrang möglich, der die Augenzellen mit den Wimpernzellen verbindet. So könnten auch die ersten Augen in der Evolutionsgeschichte funktioniert haben. (Nature, 20. November 2008)

Die Larven wirbelloser Meerestiere, wie Krebse, Schwämme und Seesterne, haben die einfachsten Augen der Tierwelt. Diese so genannten Augenflecken bestehen nur aus zwei Zellen: einem Photorezeptor, der das Licht einfängt, und einer Pigmentzelle, die den Photorezeptor zu einer Seite hin abschirmt. Diesen Augentyp hat schon Charles Darwin als Ur-Augen beschrieben, als die ersten Augen in der Evolutionsgeschichte. Mit ihren Augenflecken können die Tiere keine Objekte erkennen, sehr wohl aber die Einfallsrichtung des Lichts. Diese Fähigkeit ist für die Phototaxis, das Schwimmen zum Licht hin, essentiell. Die vertikale Wanderungsbewegung der Planktonorganismen ist der größte Biomassetransport auf der Erde.

"Bislang war völlig unklar, wie die Tiere mit ihren einfachen Augen und Nervenzellen überhaupt zielgerichtet zum Licht hin schwimmen können", sagte Detlev Arendt, der das Projekt am European Molecular Research Laboratory initiiert hat. "Wir vermuten, dass die ersten Augen im Tierreich genau zu diesem Zweck entstanden sind. Die Erkenntnisse über die Phototaxis erlaubt uns, die ersten Schritte der Augenentwicklung nachzuvollziehen."

Der Modellorganismus der Wissenschaftler ist der Ringelwurm Platynereis dumerilii. Seine Larven besitzen je zwei Augenflecke und einen Wimpernkranz, mit dem sie sich fortbewegen. Die Wissenschaftler um Detlev Arendt und Gáspár Jékely haben nun erstmals beschrieben, wie die Augenflecke die Bewegung der Larven regulieren. Wird ein Augenfleck angestrahlt, so sendet die Photorezeptorzelle das Signal über einen Nervenstrang an die umgebenden Wimpern. Diese ändern daraufhin ihre Schlagfrequenz. Der Wasserstrom um die Larve ändert sich. Die Larven, die sich in Form einer Helix schraubenförmig vorwärts bewegen, werden dadurch in ihrer Richtung umgelenkt und bewegen sich auf das Licht zu.

"Platynereis ist ein lebendes Fossil, er lebt schon seit Millionen von Jahren nahezu unverändert an den Küsten gemäßigter und tropischer Meere", sagte Gáspár Jékely vom Max-Planck-Institut für Entwicklungsbiologie. "Wir vermuten, dass die bei Platynereis gefundene direkte Verbindung zwischen Photorezeptor und Fortbewegungsorgan auch schon in den Ur-Augen der ersten Tiere auftrat."

Originalpublikation:

Gáspár Jékely, Julien Colombelli, Harald Hausen, Keren Guy, Ernst Stelzer, François Nédélec, Detlev Arendt
Mechanism of phototaxis in marine zooplankton
Nature, 20 November 2008.
Ansprechpartner:
Dr. Gáspár Jékely
Max-Planck-Institut für Entwicklungsbiologie
Tel: +49 7071 601-1310
E-Mail: gaspar.jekely@tuebingen.mpg.de
Dr. Detlev Arendt
European Molecular Biology Laboratory
Tel: +49 6221 387- 8624
E-Mail: arendt@embl.de
Dr. Susanne Diederich (Presse- und Öffentlichkeitsabteilung)
Max-Planck-Institut für Entwicklungsbiologie
Tel: +49 7071 601-333
E-Mail: presse@tuebingen.mpg.de
Anna-Lynn Wegener (Presseabteilung)
European Molecular Biology Laboratory
Tel: +49 6221 387- 8452
E-Mail: anna.wegener@embl.de
Das Max-Planck-Institut für Entwicklungsbiologie betreibt Grundlagenforschung auf den Gebieten der Biochemie, Molekularbiologie, Genetik und Evolutionsbiologie. Es beschäftigt rund 325 Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter und hat seinen Sitz auf dem Max-Planck-Campus in Tübingen. Das MPI für Entwicklungsbiologie ist eines der 78 Institute und Forschungseinrichtungen der Max-Planck-Gesellschaft zur Förderung der Wissenschaften e.V.

Dr. Susanne Diederich | idw
Weitere Informationen:
http://www.embl.de
http://www.tuebingen.mpg.de

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