Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Wenn die Pfote einer Flosse ähnelt

10.05.2011
Entwicklungsbiologie

In jahrelanger Knochenarbeit tasten sich Entwicklungsbiologen der Universität Basel an ein umfassendes Verständnis der Prozesse heran, die im Embryo die Bildung der Gliedmassen steuern. Ob Flossen, Flügel oder Beine – das genetische Netzwerk, das deren Wachstum kontrolliert, ist sich im Lauf der Evolution gleich geblieben, wie das Bild von der symmetrischen Vorderpfote eines Mausembryos veranschaulicht.


Der Urfisch in der Maus? Wenn genetische Defekte zum Verlust des Querachsenpols führen, bilden Mausembryos symmetrische, an Flossen erinnernde Vorderpfoten mit zwei Ellbogen und zusätzlichen Fingern aus (rechts). Im Vergleich dazu die Vorderpfote eines normalen Mausembryos (links).
© Departement Biomedizin, Universität Basel/SNF

Wie aus einer einzigen Zelle komplexe Lebewesen hervorgehen, die sich bewegen, ernähren und fortpflanzen können, gehört zu den grossen Wundern und Geheimnissen der Biologie. Geheimnisse, welche die Gruppe um den Entwicklungsbiologen Rolf Zeller an der Universität Basel zu lüften versucht.

Gleiches genetisches Netzwerk für alle Wirbeltiere
Die Forschenden interessieren sich für das genetische Netzwerk, das die Ausformung von Gliedmassen kontrolliert. Dieses hat sich im Lauf der Evolution kaum verändert. Die selben Gene spielen bei verschiedenen Wirbeltieren, von Fischen über Vögel und Reptilien bis zu den Säugetieren, die gleiche Rolle, auch wenn sich die geformten Gliedmassen – Flossen, Flügel oder Beine – klar unterscheiden.

Um diesem genetischen Netzwerk auf den Grund zu gehen, schaut sich das Team um Zeller genetisch veränderte Mäuseembryos genau an. «Wir greifen auf klassische Färbungen zurück, die es schon lange gibt», sagt Zeller. «Die Mittel färben den Knorpel blau und die Knochen rot. So sehen wir auf einen Blick, wie sich Fehler in den Genen auswirken.» Fallen nämlich gewisse Gene (und die Eiweisse, für die sie kodieren) aus, können sich die vermehrenden Zellen nicht mehr aufeinander abstimmen.

Zukünftige Zehenspitzen
In der entstehenden Vorderpfote von Mäusen zum Beispiel orientieren sich die Zellen an zwei verschiedenen Achsen: Die Längsachse unterteilt den wachsenden Zellhaufen in Vorläufer für den Oberschenkel, das Vorderknie, den Unterschenkel, den Fussballen, und die Zehen, während die Querachse zwischen vorne und hinten unterscheidet und somit bestimmt, an welcher Stelle eine Daumen- oder eine Kleinzehe entstehen soll.

Diese zwei Achsen hängen jeweils von einem Pol ab, einer präzis lokalisierten Gruppe von Zellen, die bestimmte Eiweisse herstellen. Diese diffundieren durch den Zellhaufen, so dass ihre Konzentration mit zunehmender Entfernung vom Pol abnimmt. In der Längsachse bilden sich Oberschenkelknochen aus, wo kein Eiweiss des Pols hingelangt, während sich die zukünftigen Zehenspitzen durch den grössten Gehalt an diesen Eiweissen auszeichnen. Die Querachse funktioniert ähnlich.

Wenn sich aufgrund von genetischen Defekten der Pol der Querachse nicht bildet, verlieren die Zellen ihre Orientierung und bilden eine Vorderpfote aus, die symmetrisch ist, wie das Team um Zeller herausgefunden hat. Dass dann zusätzliche Finger entstehen, haben Wissenschaftler auch bei Katzen und Hunden beobachtet. Beim Menschen kommt ungefähr eines von 2000 Neugeborenen mit mehr als fünf Fingern auf einer Hand zur Welt.

Fossile von alten Fischen weisen symmetrische Flossen auf, die Querachse ist deshalb stammesgeschichtlich gesehen jünger. Als während der Evolution ein zusätzlicher Pol und damit die Querachse entstand, boten sich den Lebewesen neue Möglichkeiten an, komplexere und raffiniertere Gliedmassen auszubilden. Das erlaubte den Wirbeltieren, das Wasser zu verlassen, um auch das Land und die Luft zu erobern.

Kontakt:
Prof. Rolf Zeller
Departement Biomedizin
Universität Basel
Mattenstrasse 28
CH - 4058 Basel
Tel.: +41 (0)61 695 30 33
E-Mail: rolf.zeller@unibas.ch

Presse- und Informationsdienst | idw
Weitere Informationen:
http://www.snf.ch
http://www.unibas.ch

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Pfeilgiftfrösche machen auf „Kommando“ Brutpflege für fremde Kaulquappen
20.09.2017 | Veterinärmedizinische Universität Wien

nachricht Molekulare Kraftmesser
20.09.2017 | Max-Planck-Institut für Biochemie

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: Tiny lasers from a gallery of whispers

New technique promises tunable laser devices

Whispering gallery mode (WGM) resonators are used to make tiny micro-lasers, sensors, switches, routers and other devices. These tiny structures rely on a...

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...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Höher - schneller - weiter: Der Faktor Mensch in der Luftfahrt

20.09.2017 | Veranstaltungen

Wälder unter Druck: Internationale Tagung zur Rolle von Wäldern in der Landschaft an der Uni Halle

20.09.2017 | Veranstaltungen

7000 Teilnehmer erwartet: 69. Urologen-Kongress startet heute in Dresden

20.09.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Drohnen sehen auch im Dunkeln

20.09.2017 | Informationstechnologie

Pfeilgiftfrösche machen auf „Kommando“ Brutpflege für fremde Kaulquappen

20.09.2017 | Biowissenschaften Chemie

Frühwarnsystem für gefährliche Gase: TUHH-Forscher erreichen Meilenstein

20.09.2017 | Energie und Elektrotechnik