Seeigel sehen besser als gedacht: Kalkskelett mit Lichtsinneszellen funktioniert als „Komplexauge“

Ihren Fund, den sie als „laufendes Komplexauge“ bezeichnen, haben sie jetzt in der Fachzeitschrift PNAS (Proceedings of the National Academy of Science) beschrieben.

„Die Photorezeptoren des purpurnen Seeigels (Strongylocentrotus purpuratus) sind nicht diffus über den ganzen Körper der Tiere verteilt, wie bislang vermutet, sondern in kleinen Einbuchtungen des runden Kalkskeletts konzentriert“, erklärt Esther Ullrich-Lüter von der Universität Bonn die Forschungsergebnisse der europäischen Wissenschaftler. Sie fanden heraus, dass Seeigel das eigene Skelett zur gezielten Lichtabschirmung ihrer Photorezeptoren nutzen und dadurch als eine Art „laufendes Komplexauge“ funktionieren.

Obwohl Lichtreaktionen bei den ausschließlich im Meer vorkommenden, wirbellosen Seeigeln seit langem bekannt sind, konnten die verantwortlichen Rezeptoren und Mechanismen erst durch eine Kombination aus Genexpressions-Studien und morphologischen Untersuchungen aufgeklärt werden. Die Wissenschaftler legten ihren Fokus zunächst auf die Expression eines so genannten rhabdomerischen Opsins, eines funktionell essentiellen Moleküls von Lichtrezeptoren wie sie in vielen wirbellosen Tieren vorkommen. „Durch den spezifischen Nachweis dieses Opsins in den Füßchen der Seeigel konnten wir erstmals Lichtsinneszellen bei Seeigeln lokalisieren, die keine „Augen“ im klassischen Sinne besitzen“, sagt Maria Ina Arnone, von der Stazione Zoologica in Neapel.

Die Genexpressionsdaten belegen in Kombination mit elektronenmikroskopischen Untersuchungen und Immunfärbungen, dass Seeigel ähnlich wie Insekten und Krebstiere einen für Facettenaugen typischen Lichtrezeptor zum Richtungssehen benutzen, im Unterschied zu ihren nahen Verwandten, den Wirbeltieren. Bei diesem Photorezeptortyp erfolgt die Einlagerung des Sehpigmentes in Ausstülpungen der nach außen gerichteten Zelloberfläche. Die Wirbeltiere sehen dagegen mit Photorezeptoren, bei denen das Sehpigment in die Oberfläche eines Wimperhärchens eingelagert ist. „Diese Art des Sehens scheint demnach evolutiv neuer zu sein, als bislang angenommen“, resümiert Harald Hausen vom SARS International Centre of Marine Molecular Biology.

Internetartiges Nervensystem

Zusätzliche Röntgen-microtomographische Untersuchungen (μCT) gaben Aufschluss über die spezielle Skelettmorphologie der untersuchten Seeigel, mit deren Hilfe eine Lichtabschirmung der einzelnen Lichtrezeptorgruppen von bis zu 272 Grad erfolgt. Die Verteilung der Lichtsinneszellen über den runden Körper der Tiere in Kombination mit einem im Tierreich einmaligen, internetartig dezentral Daten verarbeitenden Nervensystem, erlaubt den Tieren Informationen aus über 1.500 solcher Lichtrezeptorgruppen zu verarbeiten und sich gerichtet von einer wahrgenommenen Lichtquelle weg zu bewegen.

Neben der Universität Bonn waren Forscher des SARS International Centre of Marine Molecular Biology der Universität Bergen, Norwegen, zusammen mit Kollegen der Stazione Zoologica Anton Dohrn in Neapel, Italien und des Sven Lovén Centre for Marine Science der Universität Göteborg in Schweden an der Studie beteiligt.

A Unique System of Photoreceptors in Sea Urchin Tube Feet
Proceedings of the National Academy of Sciences
Onlineveröffentlichung: http://www.pnas.org/content/early/recent
doi:10.1073/pnas.1018495108
Kontakt:
Esther Ullrich-Lüter
Institut für Evolutionsbiologie und Ökologie der Universität Bonn
Tel.: 0177-7952512
E-Mail: eullrich@evolution.uni-bonn.de