Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Unseren frühen Vorfahren in den Kopf (und in die Nase) geschaut

18.08.2011
Der Umbau des Gehirns und der Sinnesorgane dürfte den Erfolg der Wirbeltiere, eines der grossen Rätsel der Evolutionsbiologie, erklären – schreibt ein internationales Forscherteam im Wissenschaftsjournal Nature.

Die Forschenden konnten das Rätsel durch Untersuchungen des Gehirns eines 400 Millionen Jahre alten versteinerten kieferlosen Fisches aus der Klasse der Galeaspida lösen – eines evolutionären Bindeglieds zwischen den heute lebenden kiefertragenden Wirbeltieren und den Kieferlosen. Statt die Versteinerung zu zerschneiden, untersuchten die Forschenden sie mit hochenergetischem Röntgenlicht aus der Synchrotron Lichtquelle Schweiz SLS des Paul Scherrer Instituts.


Künstlerische Darstellung des untersuchten kieferlosen Fisches (Mitte). Aussen: vier Ansichten der tomografischen Rekonstruktion der Hirnschale (dunkelgelb) und der Sinnesorgane (blau, violett) des Fisches. Grafik: Philip Donoghue, University of Bristol

Die Untersuchung wurde gemeinsam von Paläontologen und Physikern der University of Bristol, England, des Instituts für Paläontologie der Wirbeltiere und Paläoanthropologie IVPP, China, des Muséum national d’Histoire naturelle Paris, Frankreich und des Paul Scherrer Instituts durchgeführt.

Der Erstautor der Studie, Gai Zhi-kun von der University of Bristol und des IVPP, sagt dazu: „Wir konnten den Verlauf der Venen, Nerven und Arterien, die das Gehirn dieser faszinierenden Fossilien durchdrangen, sehen. Sie hatten Gehirne, die sehr denen heutiger Haie ähneln – aber keine Kiefer.“

Die Entstehung von Kiefern und Zähnen ist einer der grössten Schritte unserer Evolutionsgeschichte. Bisher hatten Fossilien keine Informationen zu deren Entwicklung geliefert.

Min Zhu, Professor am IVPP erläutert: „Mit diesen Untersuchungen konnten wir erstmals die Schritte aufzeigen, die zur evolutionären Entstehung von Kiefern geführt haben. Das untersuchte Fossil liefert dabei felsenfeste Beweise.“ Zhi-kun ergänzt: „Wir konnten nachweisen, dass sich die Gehirnstruktur der Wirbeltiere vor der Entstehung der Kiefer verändert hat.“

Philip Donoghue, Professor an der Fakultät für Erdwissenschaft der University of Bristol und Ko-Autor des Artikels fügt hinzu: „Während der embryonalen Entwicklung heutiger Wirbeltiere entwickeln sich die Kiefer aus Stammzellen, die zunächst aus dem Hinterhirn nach vorne und dann zwischen den sich entwickelnden Nasenöffnungen nach unten wandern. Eine entsprechende Entwicklung ist bei heute lebenden kieferlosen Wirbeltieren nicht möglich, da sie nur ein einzelnes Nasenorgan haben, das einfach im Weg wäre.“

Philppe Janvier, Professor am Muséum national d’Histoire naturelle in Paris betont: „Diese Forschung musste Jahrzehnte warten bis eine Technologie entwickelt wurde, mit der wir in das Innere des Fossils schauen konnten ohne es zu zerstören. Ohne die ungewöhnliche Kooperation zwischen Paläontologen und Physikern wären diese Arbeiten nicht möglich gewesen.“

Marco Stampanoni, Forscher am Paul Scherrer Institut und Professor an der ETH Zürich, erklärt: „Wir haben die Messungen an der Synchrotron Lichtquelle Schweiz SLS des PSI durchgeführt. Mit einem tomografischen Mikroskopie-Verfahren, haben wir zerstörungsfrei dreidimensionale Bilder des untersuchten Objekts erzeugt. So haben wir ein perfektes Computermodell des Fossils erstellt, das wir virtuell beliebig zerschneiden können – ganz ohne es zu beschädigen. Sonst hätten wir ja nie die Erlaubnis bekommen, das Fossil zu untersuchen!“

Das Projekt wurde durch die Royal Society, das Natural Environment Research Council (beide Grossbritannien), die Chinesische Akademie der Wissenschaften, die Chinesische Stiftung für die Naturwissenschaften, das Siebte EU-Rahmenprogramm und das Paul Scherrer Institut unterstützt.

Die beteiligten Forscher:
Zhi-Kun Gai ist Doktorand an der Fakultät für Erdwissenschaften (School of Earth Sciences) der University of Bristol und Forscher am Institut für Paläontologie der Wirbeltiere und Paläoanthropologie, Peking (China).

Prof. Philip Donoghue ist Professor für Paläobiologie an der Fakultät für Erdwissenschaften (School of Earth Sciences) an der University of Bristol, Grossbritannien.

Prof. Min Zhu ist Professor am Institut für Paläontologie der Wirbeltiere und Paläoanthropologie, Peking, China.

Prof. Philippe Janvier ist leitender Wissenschaftler der französischen Forschungsoganisation CNRS und arbeitet am Muséum national d’Histoire naturelle in Paris, Frankreich.

Prof. Marco Stampanoni leitet die Synchrotrontomografiegruppe am Paul Scherrer Institut und ist Professor am Institut für Biomedizinische Technik der Universität und ETH Zürich.

Text:
Pressestelle der University of Bristol
Über das PSI
Das Paul Scherrer Institut entwickelt, baut und betreibt grosse und komplexe Forschungsanlagen und stellt sie der nationalen und internationalen Forschungsgemeinde zur Verfügung. Eigene Forschungsschwerpunkte sind Festkörperforschung und Materialwissenschaften, Elementarteilchenphysik, Biologie und Medizin, Energie- und Umweltforschung. Mit 1400 Mitarbeitenden und einem Jahresbudget von rund 300 Mio. CHF ist es das grösste Forschungsinstitut der Schweiz.
Originalveröffentlichung:
Fossil jawless fish from China foreshadows early jawed vertebrate anatomy
Gai, Z-k., Donoghue, P. C. J., Zhu, M., Janvier, P. and Stampanoni, M.;
Nature 18 August 2011; doi:10.1038/nature10276
Kontakt:
Prof. Philip Donoghue, School of Earth Sciences, Wills Memorial Building, Queen's Road, Clifton, Bristol, BS8 1RJ, Grossbritannien

E-Mail: Phil.Donoghue@bristol.ac.uk; Telefon: +44 117 954 5440 [Englisch]

Prof. Marco Stampanoni, Labor für Makromoleküle und Bioimaging am Paul Scherrer Institut und Institut für Biomedizinische Technik der Universität und ETH Zürich, 5232 Villigen PSI, Schweiz

Telefon: +41 (0)56 310 4724; E-Mail: marco.stampanoni@psi.ch [Deutsch, Englisch, Italienisch, Französisch]

Dagmar Baroke | idw
Weitere Informationen:
http://www.psi.ch/

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Wie Reize auf dem Weg ins Bewusstsein versickern
22.09.2017 | Rheinische Friedrich-Wilhelms-Universität Bonn

nachricht Lebendiges Gewebe aus dem Drucker
22.09.2017 | Universitätsklinikum Freiburg

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: The pyrenoid is a carbon-fixing liquid droplet

Plants and algae use the enzyme Rubisco to fix carbon dioxide, removing it from the atmosphere and converting it into biomass. Algae have figured out a way to increase the efficiency of carbon fixation. They gather most of their Rubisco into a ball-shaped microcompartment called the pyrenoid, which they flood with a high local concentration of carbon dioxide. A team of scientists at Princeton University, the Carnegie Institution for Science, Stanford University and the Max Plank Institute of Biochemistry have unravelled the mysteries of how the pyrenoid is assembled. These insights can help to engineer crops that remove more carbon dioxide from the atmosphere while producing more food.

A warming planet

Im Focus: Hochpräzise Verschaltung in der Hirnrinde

Es ist noch immer weitgehend unbekannt, wie die komplexen neuronalen Netzwerke im Gehirn aufgebaut sind. Insbesondere in der Hirnrinde der Säugetiere, wo Sehen, Denken und Orientierung berechnet werden, sind die Regeln, nach denen die Nervenzellen miteinander verschaltet sind, nur unzureichend erforscht. Wissenschaftler um Moritz Helmstaedter vom Max-Planck-Institut für Hirnforschung in Frankfurt am Main und Helene Schmidt vom Bernstein-Zentrum der Humboldt-Universität in Berlin haben nun in dem Teil der Großhirnrinde, der für die räumliche Orientierung zuständig ist, ein überraschend präzises Verschaltungsmuster der Nervenzellen entdeckt.

Wie die Forscher in Nature berichten (Schmidt et al., 2017. Axonal synapse sorting in medial entorhinal cortex, DOI: 10.1038/nature24005), haben die...

Im Focus: Highly precise wiring in the Cerebral Cortex

Our brains house extremely complex neuronal circuits, whose detailed structures are still largely unknown. This is especially true for the so-called cerebral cortex of mammals, where among other things vision, thoughts or spatial orientation are being computed. Here the rules by which nerve cells are connected to each other are only partly understood. A team of scientists around Moritz Helmstaedter at the Frankfiurt Max Planck Institute for Brain Research and Helene Schmidt (Humboldt University in Berlin) have now discovered a surprisingly precise nerve cell connectivity pattern in the part of the cerebral cortex that is responsible for orienting the individual animal or human in space.

The researchers report online in Nature (Schmidt et al., 2017. Axonal synapse sorting in medial entorhinal cortex, DOI: 10.1038/nature24005) that synapses in...

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,...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

11. BusinessForum21-Kongress „Aktives Schadenmanagement"

22.09.2017 | Veranstaltungen

Internationale Konferenz zum Biomining ab Sonntag in Freiberg

22.09.2017 | Veranstaltungen

Die Erde und ihre Bestandteile im Fokus

21.09.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

11. BusinessForum21-Kongress „Aktives Schadenmanagement"

22.09.2017 | Veranstaltungsnachrichten

DFG bewilligt drei neue Forschergruppen und eine neue Klinische Forschergruppe

22.09.2017 | Förderungen Preise

Lebendiges Gewebe aus dem Drucker

22.09.2017 | Biowissenschaften Chemie