Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Schnecken: Weich und hart zugleich

24.01.2011
Österreich-spanisches Team deckt evolutionären Trick dieser Tiere auf

Keineswegs weichlich, vielmehr äußerst widerstandsfähig gegenüber Umweltstress sind Landschnecken. So können sie zum Beispiel giftige Metalle in großen Mengen binden und entgiften. Ein evolutionärer Trick ist einer der Gründe dafür, weshalb die Weichtiere so hart im Nehmen sind. Das hat ein österreichisch-spanisches Forscherteam nun herausgefunden. Die Zeitschrift „BMC Biology“ berichtet darüber in ihrer aktuellen Ausgabe.

Schnecken stammen aus dem Meer. Ihre Form haben sie im Laufe ihrer Entstehung vor 600 Millionen Jahren im Kambrium bis heute nur geringfügig verändert, ihre Lebensweise allerdings sehr wohl. Etwa die Hälfte ihrer rund 43.000 Arten hat sich von Meeres- zu Landbewohnern entwickelt. An Land erfolgreich bestehen konnten sie dank zahlreicher Anpassungen. Eine davon kann man als „evolutionären Trick der Sonderklasse bezeichnen“, sagt A.-Univ.-Prof. Dr. Reinhard Dallinger von der Abteilung Ökophysiologie des Institutes für Zoologie der Universität Innsbruck, der Leiter des Forschungsteams.

Die Anpassung ans Land brachte für Schnecken die Notwendigkeit mit sich, mit erhöhten und variablen Metallkonzentrationen umgehen zu müssen. „Metalle sind ja natürliche Bestandteile der Erdkruste. Bei jedem Regenguss erhöht sich die Verfügbarkeit von Metallionen im Boden sprunghaft. Im Gegensatz zu ihren Verwandten im Meer hatten Landschnecken aber nun nicht mehr ausreichend Wasser zur Verfügung, um unerwünschte Metalle aus ihrem Körper zu spülen. Ihr Organismus passte sich an und entwickelte intrazelluläre Mechanismen, um mit erhöhten und variablen Metallbelastungen umzugehen“, erklärt Dallinger.

Blaublütig & wehrhaft

Schnecken benötigen für zentrale Stoffwechselvorgänge das Spurenelement Kupfer. So enthält z. B. ihr Atmungsprotein Hämocyanin Kupfer und nicht Eisen, wie etwa beim Menschen. Schneckenblut ist daher nicht rot, sondern hellblau. Das für ihren Stoffwechsel so notwendige Kupfer können die Tiere in ihren Zellen festhalten und speichern. Gleichzeitig können sie Überschüsse anderer giftiger Metalle binden und entgiften, ohne dass dies den für die Tiere lebenswichtigen Kupferstoffwechsel beeinträchtigt. Dies gelingt den Weichtieren durch spezielle körpereigene Eiweißstoffe – so genannte „Metallothioneine“. Eiweißstoffe dieser Klasse enthalten besonders viele Aminosäuren mit Schwefelatomen (sogenannte Cysteine), die Metalle binden können.

In Zusammenarbeit mit Genetikern und Biochemikern der Universität Barcelona sowie der Sektion für Genetische Epidemiologie der Medizinischen Universität Innsbruck konnte Dallinger aufklären, wie spezifisch diese Metallbindung bei Schnecken abläuft. „Bei den meisten Tieren binden Metallothioneine relativ unspezifisch Kupfer, Cadmium und Zink gleichzeitig. Dies ist darauf zurückzuführen, dass die Bindung zwischen den Schwefelatomen und gewissen Metallionen in diesen Proteinen wenig selektiv ist“, erklärt der Zoologe. Im Gegensatz dazu ist es den Landschnecken im Lauf der Evolution gelungen, diese geringe chemische Spezifität durch eine Folge von evolutionären Vorgängen derart zu kompensieren, dass daraus Metall-spezifische Isoformen entstanden. Isoformen sind genetische Varianten von Proteinen, die sich voneinander durch den Austausch von einzelnen Aminosäuren unterscheiden.

Ausgangspunkt dieser Entwicklung war ein evolutionärer Vorgang, der als Genduplikation bezeichnet wird. Dabei entstand zunächst eine identische Kopie eines bereits vorhandenen Metallothionein-Gens. Die darauf einsetzende, evolutionäre Abwandlung der beiden Proteinketten hat dazu geführt, dass schließlich eine der Isoformen eine räumliche Konfiguration einnimmt, bei der nur mehr Kupferionen in trigonaler Koordination gebunden werden können, während eine zweite Isoform nur mehr Cadmium in tetragonaler Koordination binden kann. Schnecken regulieren laut dem Ergebnis der Arbeitsgruppe als Resultat dieser erfolgreichen evolutionären Anpassung so ihren Metall-Stoffwechsel. Sie können in ihrer Mitteldarmdrüse, die in Leistung und Funktion in etwa der menschlichen Leber vergleichbar ist, große Mengen giftiger Metalle binden und entgiften, ohne dass dabei der Stoffwechsel des lebensnotwendigen Kupfers beeinträchtigt wird. Dieser Umstand macht diese Tiere besonders widerstandsfähig gegenüber Schwermetallbelastungen.

Metalloproteine – Eiweiße, die Metalle enthalten – sind für zahlreiche physiologische Prozesse lebenswichtig. Ihre Synthese und Metallbindung unterliegen bei allen Organismen denselben chemischen Regeln. Das Ergebnis des österreichisch-spanischen Teams liefert neue Einblicke, wie es durch evolutionäre Mechanismen zur Ausprägung von Metall-Spezifitäten in diesen Proteinen kommen kann. Dallinger und sein Team gelten international als eine weniger Arbeitsgruppen, die Grundlagenforschung im aktuellen Spannungsfeld von Ökologie und Toxikologie leisten. Das mit Jahresende 2010 abgeschlossene Forschungsprojekt wurde vom österreichischen Wissenschaftsfonds (FWF) gefördert.

Publikation: Òscar Palacios, Ayelen Pagani, Sílvia Pérez-Rafael, Margit Egg, Martina Höckner, Anita Brandstätter, Mercè Capdevila, Sílvia Atrian, Reinhard Dallinger. Shaping mechanisms of metal specificity in a family of metazoan Metallothioneins: Evolutionary Differentiation of Mollusc MTs. BMC Biology.

Kontakt:

A.-Univ.-Prof. Dr. Reinhard Dallinger
Institut für Zoologie
Abteilung Ökophysiologie
Technikerstrasse 25, A-6020 Innsbruck
Telefon: +43(0)512 507 6182
Mail: Reinhard.Dallinger@uibk.ac.at
Mag. Gabriele Rampl
Public Relations Abteilung Ökophysiologie
Telefon: +43(0)650/2763351
Mail: office@scinews.at
Web: www.scinews.at

Gabriele Rampl | scinews.at
Weitere Informationen:
http://www.biomedcentral.com/1741-7007/9/4/abstract
http://www.uibk.ac.at/zoology/staff/dallinger/

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Auf der molekularen Streckbank
24.02.2017 | Technische Universität München

nachricht Sicherungskopie im Zentralhirn: Wie Fruchtfliegen ein Ortsgedächtnis bilden
24.02.2017 | Johannes Gutenberg-Universität Mainz

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: „Vernetzte Autonome Systeme“ von acatech und DFKI auf der CeBIT

Auf der IT-Messe CeBIT vom 20. bis 24. März präsentieren acatech – Deutsche Akademie der Technikwissenschaften und das Deutsche Forschungszentrum für Künstliche Intelligenz (DFKI) in Kooperation mit der Deutschen Messe AG vernetzte Autonome Systeme. In Halle 12 am Stand B 63 erwarten die Besucherinnen und Besucher unter anderem Roboter, die Hand in Hand mit Menschen zusammenarbeiten oder die selbstständig gefährliche Umgebungen erkunden.

Auf der IT-Messe CeBIT vom 20. bis 24. März präsentieren acatech – Deutsche Akademie der Technikwissenschaften und das Deutsche Forschungszentrum für...

Im Focus: Kühler Zwerg und die sieben Planeten

Erdgroße Planeten mit gemäßigtem Klima in System mit ungewöhnlich vielen Planeten entdeckt

In einer Entfernung von nur 40 Lichtjahren haben Astronomen ein System aus sieben erdgroßen Planeten entdeckt. Alle Planeten wurden unter Verwendung von boden-...

Im Focus: Mehr Sicherheit für Flugzeuge

Zwei Entwicklungen am Lehrgebiet Rechnerarchitektur der FernUniversität in Hagen können das Fliegen sicherer machen: ein Flugassistenzsystem, das bei einem totalen Triebwerksausfall zum Einsatz kommt, um den Piloten ein sicheres Gleiten zu einem Notlandeplatz zu ermöglichen, und ein Assistenzsystem für Segelflieger, das ihnen das Erreichen größerer Höhen erleichtert. Präsentiert werden sie von Prof. Dr.-Ing. Wolfram Schiffmann auf der Internationalen Fachmesse für Allgemeine Luftfahrt AERO vom 5. bis 8. April in Friedrichshafen.

Zwei Entwicklungen am Lehrgebiet Rechnerarchitektur der FernUniversität in Hagen können das Fliegen sicherer machen: ein Flugassistenzsystem, das bei einem...

Im Focus: HIGH-TOOL unterstützt Verkehrsplanung in Europa

Forschung am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) unterstützt die Europäische Kommission bei der Verkehrsplanung: Anhand des neuen Modells HIGH-TOOL lässt sich bewerten, wie verkehrspolitische Maßnahmen langfristig auf Wirtschaft, Gesellschaft und Umwelt wirken. HIGH-TOOL ist ein frei zugängliches Modell mit Modulen für Demografie, Wirtschaft und Ressourcen, Fahrzeugbestand, Nachfrage im Personen- und Güterverkehr sowie Umwelt und Sicherheit. An dem nun erfolgreich abgeschlossenen EU-Projekt unter der Koordination des KIT waren acht Partner aus fünf Ländern beteiligt.

Forschung am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) unterstützt die Europäische Kommission bei der Verkehrsplanung: Anhand des neuen Modells HIGH-TOOL lässt...

Im Focus: Zinn in der Photodiode: nächster Schritt zur optischen On-Chip-Datenübertragung

Schon lange suchen Wissenschaftler nach einer geeigneten Lösung, um optische Komponenten auf einem Computerchip zu integrieren. Doch Silizium und Germanium allein – die stoffliche Basis der Chip-Produktion – sind als Lichtquelle kaum geeignet. Jülicher Physiker haben nun gemeinsam mit internationalen Partnern eine Diode vorgestellt, die neben Silizium und Germanium zusätzlich Zinn enthält, um die optischen Eigenschaften zu verbessern. Das Besondere daran: Da alle Elemente der vierten Hauptgruppe angehören, sind sie mit der bestehenden Silizium-Technologie voll kompatibel.

Schon lange suchen Wissenschaftler nach einer geeigneten Lösung, um optische Komponenten auf einem Computerchip zu integrieren. Doch Silizium und Germanium...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Aufbruch: Forschungsmethoden in einer personalisierten Medizin

24.02.2017 | Veranstaltungen

Österreich erzeugt erstmals Erdgas aus Sonnen- und Windenergie

24.02.2017 | Veranstaltungen

Big Data Centrum Ostbayern-Südböhmen startet Veranstaltungsreihe

23.02.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Fraunhofer HHI auf dem Mobile World Congress mit VR- und 5G-Technologien

24.02.2017 | Messenachrichten

MWC 2017: 5G-Hauptstadt Berlin

24.02.2017 | Messenachrichten

Auf der molekularen Streckbank

24.02.2017 | Biowissenschaften Chemie