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 Forscherteam der Universität Bremen untersucht Korallenbleiche
24.04.2017 | Universität Bremen

nachricht Feinste organische Partikel in der Atmosphäre sind häufiger glasartig als flüssige Öltröpfchen
21.04.2017 | Max-Planck-Institut für Chemie

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: Leichtbau serientauglich machen

Immer mehr Autobauer setzen auf Karosserieteile aus kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff (CFK). Dennoch müssen Fertigungs- und Reparaturkosten weiter gesenkt werden, um CFK kostengünstig nutzbar zu machen. Das Laser Zentrum Hannover e.V. (LZH) hat daher zusammen mit der Volkswagen AG und fünf weiteren Partnern im Projekt HolQueSt 3D Laserprozesse zum automatisierten Besäumen, Bohren und Reparieren von dreidimensionalen Bauteilen entwickelt.

Automatisiert ablaufende Bearbeitungsprozesse sind die Grundlage, um CFK-Bauteile endgültig in die Serienproduktion zu bringen. Ausgerichtet an einem...

Im Focus: Making lightweight construction suitable for series production

More and more automobile companies are focusing on body parts made of carbon fiber reinforced plastics (CFRP). However, manufacturing and repair costs must be further reduced in order to make CFRP more economical in use. Together with the Volkswagen AG and five other partners in the project HolQueSt 3D, the Laser Zentrum Hannover e.V. (LZH) has developed laser processes for the automatic trimming, drilling and repair of three-dimensional components.

Automated manufacturing processes are the basis for ultimately establishing the series production of CFRP components. In the project HolQueSt 3D, the LZH has...

Im Focus: Wonder material? Novel nanotube structure strengthens thin films for flexible electronics

Reflecting the structure of composites found in nature and the ancient world, researchers at the University of Illinois at Urbana-Champaign have synthesized thin carbon nanotube (CNT) textiles that exhibit both high electrical conductivity and a level of toughness that is about fifty times higher than copper films, currently used in electronics.

"The structural robustness of thin metal films has significant importance for the reliable operation of smart skin and flexible electronics including...

Im Focus: Immunzellen helfen bei elektrischer Reizleitung im Herzen

Erstmals elektrische Kopplung von Muskelzellen und Makrophagen im Herzen nachgewiesen / Erkenntnisse könnten neue Therapieansätze bei Herzinfarkt und Herzrhythmus-Störungen ermöglichen / Publikation am 20. April 2017 in Cell

Makrophagen, auch Fresszellen genannt, sind Teil des Immunsystems und spielen eine wesentliche Rolle in der Abwehr von Krankheitserregern und bei der...

Im Focus: Tief im Inneren von M87

Die Galaxie M87 enthält ein supermassereiches Schwarzes Loch von sechs Milliarden Sonnenmassen im Zentrum. Ihr leuchtkräftiger Jet dominiert das beobachtete Spektrum über einen Frequenzbereich von 10 Größenordnungen. Aufgrund ihrer Nähe, des ausgeprägten Jets und des sehr massereichen Schwarzen Lochs stellt M87 ein ideales Laboratorium dar, um die Entstehung, Beschleunigung und Bündelung der Materie in relativistischen Jets zu erforschen. Ein Forscherteam unter der Leitung von Silke Britzen vom MPIfR Bonn liefert Hinweise für die Verbindung von Akkretionsscheibe und Jet von M87 durch turbulente Prozesse und damit neue Erkenntnisse für das Problem des Ursprungs von astrophysikalischen Jets.

Supermassereiche Schwarze Löcher in den Zentren von Galaxien sind eines der rätselhaftesten Phänomene in der modernen Astrophysik. Ihr gewaltiger...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

3. Bionik-Kongress Baden-Württemberg

24.04.2017 | Veranstaltungen

Smart-Data-Forschung auf dem Weg in die wirtschaftliche Praxis

21.04.2017 | Veranstaltungen

Baukultur: Mehr Qualität durch Gestaltungsbeiräte

21.04.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Fraunhofer HHI mit neuesten VR-Technologien auf der NAB in Las Vegas

24.04.2017 | Messenachrichten

Leichtbau serientauglich machen

24.04.2017 | Maschinenbau

Daten vom Kühlgerät in die Cloud

24.04.2017 | HANNOVER MESSE