Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Die gallopierende Evolution des Seepferdchens

15.12.2016

Ein internationales Kooperationsprojekt mit Beteiligung Konstanzer Evolutionsbiologen und Genomforscher hat die kompletten Erbanlagen des Seepferdchens sequenziert und grundlegende Mechanismen der Evolution erforscht

Zu Darwins „Endless forms most beautiful“ (etwa „Unendliche Anzahl der schönsten Formen“) zählt zweifellos auch das Seepferdchen. Seine Körperform ist einzigartig. Es besitzt weder Schwanz- noch Bauchflossen, es schwimmt vertikal, sein gesamter Körper ist mit Knochenplatten verstärkt, und es hat keine Zähne, was bei Fischen selten ist. Dazu kommt ein ganz besonderes Merkmal: Bei den Seepferdchen werden die Männchen schwanger.


Barbour`s Seepferd (Hippocampus barbouri).

Foto: Ralf Schneider

In einem internationalen Kooperationsprojekt haben sechs Konstanzer Evolutionsbiologen aus dem Lehrstuhl von Prof. Dr. Axel Meyer, zusammen mit Forschern aus China und Singapur, das Genom des Tigerschwanz-Seepferdchens sequenziert und analysiert und haben neue molekular-evolutionäre Ergebnisse für die Biodiversitätsforschung präsentiert:

Für die rasante Evolutionsgeschwindigkeit des Seepferdchens sind im Genom genauso der Verlust und die Duplikation von Genen verantwortlich wie auch der Verlust von regulativen Elementen. Die Ergebnisse werden als Coverstory im Wissenschaftsjournal „Nature“ vom 15. Dezember 2016 veröffentlicht.

Die hinter den Genom-Sequenzierungen stehende Frage, wie Diversität entsteht und was deren genetische Basis ist, lässt sich am Beispiel des Seepferdchens besonders eindrucksvoll beantworten, weil diese in vergleichsweise kurzer Zeit besonders viele einzigartige Merkmale entwickelten. So fanden die Forscher um den Konstanzer Evolutionsbiologen Axel Meyer für den Verlust der Zähne die Entsprechung auf dem Genom:

Mehrere Gene, die bei anderen Fischen und auch beim Menschen bekanntlich zur Entwicklung der Zähne beitragen, sind beim Seepferdchen verlorengegangen. Durch seine spezielle Art der Nahrungsaufnahme braucht das Seepferdchen keine Zähne mehr. Es zerbeißt seine Nahrung nicht, sondern saugt sie mit enormem Unterdruck ein, den es in seiner langen Schnauze erzeugen kann.

Derselbe Verlust betrifft auch Gene, die zum Geruchssinn beitragen: Das Seepferdchen jagt visuell und besitzt einen guten Sehsinn mit zwei unabhängig voneinander sich bewegenden Augen. Der Geruchssinn spielt daher scheinbar eine nur untergeordnete Rolle.

Besonders gravierend ist der Verlust der Bauchflossen. Evolutionär haben diese den gleichen Ursprung wie die menschlichen Hinterbeine. Die dafür zuständigen Gene sind gut erforscht und kommen in nahezu allen Wirbeltieren vor. Ein Gen, tbx4, mit besonders zentraler Rolle für die Bauchflossen fehlt allerdings im Genom des Seepferdchens. Um sicher zu gehen, dass dieses Gen wirklich nicht vorhanden ist, haben die Biologen die Genom-Analyse mit einer funktionellen Analyse gekoppelt. Dazu wurde im Zebrabärbling, einem gut erforschten Modellorganismus, das entsprechende Gen durch die CRISPER-cas-Methode ausgeschaltet. Das Ergebnis war, dass sich Fische ohne Bauchflossen entwickelten. Dies stellt einen funktionellen Beleg für die Wichtigkeit dieses Gens in der Entwicklung der Bauchflossen dar.

Neben dem Gen-Verlust konnten die Biologen auch Gen-Duplikationen im Laufe der Evolution des Seepferdchens feststellen. Werden Gene dupliziert, kann eine Kopie eine neue Funktion übernehmen. Beim Seepferdchen ermöglicht ein Teil der so entstandenen neuen Gene vermutlich die Schwangerschaft der Männchen. Diese Gene regulieren wahrscheinlich die Schwangerschaft, zum Beispiel indem sie das Schlüpfen der Embryonen innerhalb der Bruttasche des Männchens koordinieren. Ist der Embryo ausgetragen, kommen die zusätzlichen Gene zum Einsatz. Die Biologen vermuten, dass sie dabei helfen, dass die Baby-Fische den Brutbeutel des Männchens verlassen.

Die Studie zeigt zudem, dass Modifikation nicht nur in Genen, sondern auch in regulativen Elementen (Gen-Schalter) eine wichtige Rolle in der Evolution spielen. Regulative Elemente sind DNA-Abschnitte, auf denen kein Gen liegt. Manche von ihnen verändern sich im Laufe der Evolution sehr wenig, da sie wichtige regulative Funktionen haben. Viele solcher eigentlich evolutionär sehr konservativen Bereiche fehlen beim Seepferdchen – gerade auch in solchen Elementen, die bei anderen Fischen und auch beim Menschen für das Skelett zuständig sind. Tatsächlich ist beim Seepferdchen das Skelett stark modifiziert: Es hat zum Beispiel keine Rippen mehr. Stattdessen ist der Körper mit harten Knochenplatten verstärkt. So ist es vor Fressfeinden besser geschützt und kann sich mit seinem Ringelschwanz an Seegras oder Korallen festhalten und tarnen. Die Wissenschaftler gehen davon aus, dass der Verlust der entsprechenden regulativen Sequenz zu dieser Verknöcherung geführt hat.

Aufgrund seiner besonderen morphologischen Merkmale illustriert das Seepferdchen hervorragend, wie genetische Veränderungen zu evolutionären Merkmalsveränderungen führen können – und damit zum besseren Verständnis der genetischen Basis äußerlicher Merkmale.

Originalpublikation:
Lin et al.: The seahorse genome and the evolution of its specialized morphology. Nature, 15. Dezember 2016. Band 540, Nr. 7633.
DOI: doi:10.1038/nature20595

Faktenübersicht:
• Insgesamt nahmen 34 Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler von der Universität Konstanz sowie aus Singapur und China an dem Kooperationsprojekt teil.

Hinweis an die Redaktionen:
Ein Foto kann im Folgenden heruntergeladen werden:
https://cms.uni-konstanz.de/fileadmin/pi/fileserver/2016/Seahorse-Uni-KN-2016.jp...
Bildunterschrift:
Barbour`s Seepferd (Hippocampus barbouri).
Foto: Ralf Schneider

Kontakt:
Universität Konstanz
Kommunikation und Marketing
Telefon: + 49 7531 88-3603
E-Mail: kum@uni-konstanz.de

Julia Wandt | idw - Informationsdienst Wissenschaft

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Schweiss auf Knopfdruck beseitigen
19.11.2018 | Empa - Eidgenössische Materialprüfungs- und Forschungsanstalt

nachricht Gen-Radiergummi: Neuer Behandlungsansatz bei chronischen Erkrankungen
19.11.2018 | Universitätsmedizin Göttingen - Georg-August-Universität

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: InSight: Touchdown auf dem Mars

Am 26. November landet die NASA-Sonde InSight auf dem Mars. Erstmals wird sie die Stärke und Häufigkeit von Marsbeben messen.

Monatelanger Flug durchs All, flammender Abstieg durch die Reibungshitze der Atmosphäre und sanftes Aufsetzen auf der Oberfläche – siebenmal ist das Kunststück...

Im Focus: Weltweit erstmals Entstehung von chemischen Bindungen in Echtzeit beobachtet und simuliert

Einem Team von Physikern unter der Leitung von Prof. Dr. Wolf Gero Schmidt, Universität Paderborn, und Prof. Dr. Martin Wolf, Fritz-Haber-Institut Berlin, ist ein entscheidender Durchbruch gelungen: Sie haben weltweit zum ersten Mal und „in Echtzeit“ die Änderung der Elektronenstruktur während einer chemischen Reaktion beobachtet. Mithilfe umfangreicher Computersimulationen haben die Wissenschaftler die Ursachen und Mechanismen der Elektronenumverteilung aufgeklärt und visualisiert. Ihre Ergebnisse wurden nun in der renommierten, interdisziplinären Fachzeitschrift „Science“ veröffentlicht.

„Chemische Reaktionen sind durch die Bildung bzw. den Bruch chemischer Bindungen zwischen Atomen und den damit verbundenen Änderungen atomarer Abstände...

Im Focus: Rasende Elektronen unter Kontrolle

Die Elektronik zukünftig über Lichtwellen kontrollieren statt Spannungssignalen: Das ist das Ziel von Physikern weltweit. Der Vorteil: Elektromagnetische Wellen des Licht schwingen mit Petahertz-Frequenz. Damit könnten zukünftige Computer eine Million Mal schneller sein als die heutige Generation. Wissenschaftler der Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg (FAU) sind diesem Ziel nun einen Schritt nähergekommen: Ihnen ist es gelungen, Elektronen in Graphen mit ultrakurzen Laserpulsen präzise zu steuern.

Eine Stromregelung in der Elektronik, die millionenfach schneller ist als heutzutage: Davon träumen viele. Schließlich ist die Stromregelung eine der...

Im Focus: UNH scientists help provide first-ever views of elusive energy explosion

Researchers at the University of New Hampshire have captured a difficult-to-view singular event involving "magnetic reconnection"--the process by which sparse particles and energy around Earth collide producing a quick but mighty explosion--in the Earth's magnetotail, the magnetic environment that trails behind the planet.

Magnetic reconnection has remained a bit of a mystery to scientists. They know it exists and have documented the effects that the energy explosions can...

Im Focus: Eine kalte Supererde in unserer Nachbarschaft

Der sechs Lichtjahre entfernte Barnards Stern beherbergt einen Exoplaneten

Einer internationalen Gruppe von Astronomen unter Beteiligung des Max-Planck-Instituts für Astronomie in Heidelberg ist es gelungen, beim nur sechs Lichtjahre...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

Personalisierte Implantologie – 32. Kongress der DGI

19.11.2018 | Veranstaltungen

Internationale Konferenz diskutiert digitale Innovationen für die öffentliche Verwaltung

19.11.2018 | Veranstaltungen

Naturkonstanten als Hauptdarsteller

19.11.2018 | Veranstaltungen

VideoLinks
Wissenschaft & Forschung
Weitere VideoLinks im Überblick >>>
 
Aktuelle Beiträge

Gen-Radiergummi: Neuer Behandlungsansatz bei chronischen Erkrankungen

19.11.2018 | Biowissenschaften Chemie

Mit maschinellen Lernverfahren Anomalien frühzeitig erkennen und Schäden vermeiden

19.11.2018 | Informationstechnologie

Neuer Stall ermöglicht innovative Forschung für tiergerechte Haltungssysteme

19.11.2018 | Agrar- Forstwissenschaften

Weitere B2B-VideoLinks
IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics