Schalenbildung innovativ für Evolution

Vor über 540 Millionen Jahren entstand aus einer Gesellschaft vergleichsweise einheitlicher Vorfahren mit weichen Körpern komplexes tierisches Leben. Die evolutionäre Innovation bestand darin, dass die Tiere mineralisierte Hartteile wie Schalen, Stacheln, Nadeln und Außenskelette ausbildeten.

Harte Stützelemente für Muskeln erlaubten eine effektivere Fortbewegung der Tiere und die Ausbildung von Zähnen das Jagen einer Vielzahl von Beutetieren, welche sich wiederum mit Schalen und Stacheln gegen diese Räuber und andere schädliche Umwelteinflüsse schützten.

All diese Spielarten der Biomineralisation ermöglichten die Erschließung neuer ökologischer Nischen und begünstigten die Entfaltung tierischen Lebens auf der Erde. Forscher der Universität Göttingen haben jetzt herausgefunden, wie ein verhältnismäßig einfach strukturiertes Tier den Abbau eigener Zellen zur Herstellung von Biomineralen und damit zum Skelettbau nutzt. Die Ergebnisse sind in der Fachzeitschrift Autophagy erschienen.

„Der marine Schwamm Astrosclera willeyana stellt sein Skelett aus Kalziumkarbonat her und bedient sich dafür anscheinend einer reich vorhandenen Vielfalt intrazellulärer Bakterien“, sagt Prof. Dr. Daniel Jackson vom Courant Forschungszentrum Geobiologie der Universität Göttingen, Leiter und Erstautor der Studie.

Mittels verschiedener molekularer Techniken konnten die Forscher demonstrieren, dass der Schwamm zunächst einen Teil dieser bakteriellen Gesellschaft über einen Mechanismus abbaut, der als Autophagie – Abbau eigener Zellbestandteile – bekannt ist. Die bakteriellen Abbauprodukte dienen dann als organisches Gerüst, an dem der Skelettbau stattfindet.

Autophagie spielt in vielfältigen biologischen Prozessen, wie Altern, Krebsentstehung, Hunger, Immunität und Energiehaushalt eine Rolle. Die Studie zeigt jedoch erstmals eine Verbindung von Autophagie und Biomineralisation auf. „Bisher wurde die Idee, dass auch andere Tiere mittels Autophagie ihre Skelette ausbilden, noch nicht getestet. Solche Entdeckungen würden eine spannende Gemeinsamkeit aufzeigen, die sich durch die Evolutionsgeschichte der Tierwelt ziehen könnte“, so Prof. Jackson.

Originalveröffentlichung: Daniel Jackson, Gert Wörheide: Symbiophagy and biomineralization in the “living fossil“ Astrosclera willeyana. Autophagy. Doi: dx.doi.org/10.4161/auto.27319.

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Prof. Dr. Daniel Jackson
Georg-August-Universität Göttingen
Fakultät für Geowissenschaften und Geographie
Abteilung Geobiologie – Courant Forschungszentrum Geobiologie
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