Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Vom Einzeller zum Vielzeller

07.11.2014

Max-Planck-Forscher verfolgen im Labor die Entstehung vielzelliger Lebewesen in Echtzeit

Alle vielzelligen Lebewesen stammen von Einzellern ab. Die Entwicklung vom Ein- zum Vielzeller ist nur möglich, wenn die ursprünglich unabhängigen Zellen miteinander zusammenarbeiten.


In solchen Kulturschalen mit verschiedenen Linien von Pseudomonas fluorescens haben Forscher die Entstehung einfacher fortpflanzungsfähiger Zellverbände aus Einzelzellen beobachtet.

© Gayle Ferguson

Dabei gelten sogenannte Betrügerzellen als ein großes Hindernis – also Zellen, die die Kooperation der anderen zum eigenen Vorteil ausnutzen. Wissenschaftler des Max Planck Instituts für Evolutionsbiologie in Plön haben zusammen mit Forschern aus Neuseeland und den USA beobachtet, wie einfache, fortpflanzungsfähige Zellverbände entstehen können.

In ihren Laborexperimenten hat sich aus Einzelzellen des Bakteriums Pseudomonas fluorescens eine Vorstufe eines vielzelligen Organismus mit einem einfachen Lebenszyklus entwickelt. Eine entscheidende Rolle kam dabei den Betrügerzellen zu.

Sie entwickelten sich zu einer Art Vorläufer von Geschlechtszellen, mit denen sich die Zellverbände vermehren konnten. Die Überlebensfähigkeit der Zellverbände nahm dabei immer mehr zu, die der Einzelzellen jedoch ab – ein Beleg dafür, dass ein neuer Organismus entstanden war.

Die einzelnen Bakterienzellen von Pseudomonas fluorescens leben für gewöhnlich unabhängig voneinander. Mutationen ermöglichen jedoch manchen Zellen, Haftproteine zu produzieren und nach der Zellteilung miteinander verbunden zu bleiben. Dadurch bilden sie zusammenhängende Zellverbände. In diesen Bakterienmatten profitieren die Bakterien von einem höheren Sauerstoff-Angebot. Dies gleicht den Aufwand für die Produktion der Haftproteine aus. „Diese Bakterienverbände oder Matten sind ein möglicher Ursprung der Vielzelligkeit. Allerdings müssen sie einen Weg finden, sich zu vermehren“, erklärt Paul Rainey, Leiter der Studie.

Zellen, die kein Haftprotein mehr bilden, können sich den Aufwand für die Haftproteine sparen und vom hohen Sauerstoffgehalt profitieren, ohne selbst etwas dazu beizutragen. Sammeln sich aber immer mehr dieser Betrügerzellen an, wird irgendwann zu wenig Klebstoff produziert und die Bakterienmatte löst sich auf. Aus bisherigen Ergebnissen haben Wissenschaftler lange Zeit gefolgert, dass die Evolution solche Betrüger eliminieren muss, die wie Trittbrettfahrer die Kooperationsbereitschaft anderer ausnutzen. Nur dann könnten sich vielzellige Organismen entwickeln.

Den Forschern zufolge ist dies nicht der Fall. Vielmehr fördern die Betrügerzellen die Entwicklung und Ausbreitung der Bakterienmatten. Obwohl sie die Matte zerstören, sind sie gleichzeitig ihr „Retter“. Sie könnten also den Ursprung von Keimzellen und spezialisierten Zellen darstellen – und damit den Ursprung der Fortpflanzung vielzelliger Organismen.

In den Experimenten verglichen die Forscher zwei verschiedene Lebenszyklen, die die Evolution der Bakterienmatten beeinflussten. Im ersten Fall entnahmen sie aus jeder Mattengeneration nur Betrügerzellen und züchteten daraus neue Kolonien. Im zweiten Fall entfernten die Wissenschaftler die Betrügerzellen. „Die Überlebenstauglichkeit der so entstanden Bakterienmatten, also ihre biologische Fitness, wuchs in beiden Fällen – unter der Voraussetzung, dass die Matten miteinander konkurrierten“, erklärt Katrin Hammerschmidt vom New Zealand Institute for Advanced Study.

Die Forscher stellten jedoch fest, dass sich in ihren Experimenten die biologische Fitness der Zellverbände von der der einzelnen Zellen abkoppelt, wenn Betrügerzellen Teil des Lebenszyklus sind: Verbände mit hoher Überlebensfähigkeit bestanden aus Zellen mit relativ gesehen geringer individueller Fitness. „Die Einzelzellen haben in diesen Verbänden also zugunsten der Allgemeinheit auf eigene Vorteile verzichtet. Die so entstandenen Bakterienmatten sind also mehr als ein zufälliger Zusammenschluss vieler Zellen. Sie haben sich vielmehr zu einem vielzelligen Organismus entwickelt, dessen biologische Fitness sich nicht mehr aus der Fitness seiner Einzelzellen ergibt, sagt Rainey.

Solche aus zwei Phasen bestehenden Lebenszyklen sind typisch die meisten heute lebenden vielzelligen Organismen. Möglicherweise sind die Zellen der Keimbahn, Ei- und Samenzellen, im Laufe der Evolution aus solchen egoistischen Betrügerzellen hervorgegangen.


Ansprechpartner

Prof. Dr. Paul Rainey
Max-Planck-Institut für Evolutionsbiologie, Plön

E-Mail: rainey@evolbio.mpg.de


Originalpublikation
Katrin Hammerschmidt, Caroline Rose, Ben Kerr and Paul B. Rainey

Life cycles, fitness decoupling and the evolution of multicellularity

Nature 6. November 2014 (doi:10.1038/nature13884)

Prof. Dr. Paul Rainey | Max-Planck-Institut
Weitere Informationen:
http://www.mpg.de/8739365/Rainey_Evolution_Vielzelligkeit_Betruegerzellen

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Lipid-Nanodisks stabilisieren fehlgefaltete Proteine für Untersuchungen
18.12.2017 | Technische Universität München

nachricht Zusammenarbeit von Fraunhofer und Universität in Würzburg bringt Medizinforschung voran
18.12.2017 | Fraunhofer-Institut für Silicatforschung ISC

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: „Carmenes“ findet ersten Planeten

Deutsch-spanisches Forscherteam entwirft, baut und nutzt modernen Spektrografen

Seit Januar 2016 nutzt ein deutsch-spanisches Forscherteam mit Beteiligung der Universität Göttingen den modernen Spektrografen „Carmenes“ für die Suche nach...

Im Focus: Fehlerfrei ins Quantencomputer-Zeitalter

Heute verfügbare Ionenfallen-Technologien eignen sich als Basis für den Bau von großen Quantencomputern. Das zeigen Untersuchungen eines internationalen Forscherteams, deren Ergebnisse nun in der Fachzeitschrift Physical Review X veröffentlicht wurden. Die Wissenschaftler haben für Ionenfallen maßgeschneiderte Protokolle entwickelt, mit denen auftretende Fehler jederzeit entdeckt und korrigiert werden können.

Damit die heute existierenden Prototypen von Quantencomputern ihr volles Potenzial entfalten, müssen sie erstens viel größer werden, d.h. über deutlich mehr...

Im Focus: Error-free into the Quantum Computer Age

A study carried out by an international team of researchers and published in the journal Physical Review X shows that ion-trap technologies available today are suitable for building large-scale quantum computers. The scientists introduce trapped-ion quantum error correction protocols that detect and correct processing errors.

In order to reach their full potential, today’s quantum computer prototypes have to meet specific criteria: First, they have to be made bigger, which means...

Im Focus: Search for planets with Carmenes successful

German and Spanish researchers plan, build and use modern spectrograph

Since 2016, German and Spanish researchers, among them scientists from the University of Göttingen, have been hunting for exoplanets with the “Carmenes”...

Im Focus: Immunsystem - Blutplättchen können mehr als bislang bekannt

LMU-Mediziner zeigen eine wichtige Funktion von Blutplättchen auf: Sie bewegen sich aktiv und interagieren mit Erregern.

Die aktive Rolle von Blutplättchen bei der Immunabwehr wurde bislang unterschätzt: Sie übernehmen mehr Funktionen als bekannt war. Das zeigt eine Studie von...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Neue Konfenzreihe in Berlin: Landscape 2018 - Ernährungssicherheit, Klimawandel, Nachhaltigkeit

18.12.2017 | Veranstaltungen

Call for Contributions: Tagung „Lehren und Lernen mit digitalen Medien“

15.12.2017 | Veranstaltungen

Die Stadt der Zukunft nachhaltig(er) gestalten: inter 3 stellt Projekte auf Konferenz vor

15.12.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Neue Konfenzreihe in Berlin: Landscape 2018 - Ernährungssicherheit, Klimawandel, Nachhaltigkeit

18.12.2017 | Veranstaltungsnachrichten

„Carmenes“ findet ersten Planeten

18.12.2017 | Physik Astronomie

Fehlerfrei ins Quantencomputer-Zeitalter

18.12.2017 | Physik Astronomie