Ionenselektivität entwickelte sich zweimal in der Evolutionsgeschichte

Die Biologen Ulrich Technau und Yehu Moran von der Universität Wien fanden nun gemeinsam mit WissenschafterInnen der Tel Aviv University und der Woods Hole Oceanographic Institution (USA) heraus, dass sich spannungsgesteuerte Natriumkanäle, die für Aktionspotentiale in den Nervenzellen von Tieren und damit für die Reizweiterleitung verantwortlich sind, zweifach und unabhängig voneinander sowohl in höheren als auch in niederen Tieren entwickelt haben. Sie publizieren dazu in „Cell Reports“.

Öffnen und Schließen von Ionenkanälen ermöglicht das Einströmen von Ionen in die Nervenzellen, die die Signaltransduktion in allen Nervensystemen begründen. Die Kanäle von niederen Tieren und deren einzelligen Verwandten können nicht zwischen Natrium- und Kalzium-Ionen unterscheiden. Die Kanäle von höheren Tieren sind dagegen auf Natrium spezialisiert, und das macht in einem komplexen Nervensystem schnelle und exakte Signale erst möglich.

Überraschende Befunde in Seeanemonen und Quallen

Die WissenschafterInnen haben herausgefunden, dass eine Gruppe von Tieren mit einfachen Nervennetzen – wie Seeanemonen und Quallen – deutlich unterschiedliche Ionen-Kanäle besitzen, diese aber trotzdem eine klare Selektivität für Natrium-Ionen aufweisen. Da sich Nesseltiere bereits vor 600 Millionen Jahren abgespalten haben, legen diese Ergebnisse nahe, dass sich die Kanäle von Nesseltieren und höheren Tieren unabhängig voneinander entwickelt haben.

Die Evolution von hoch-selektiven Natrium-Kanälen aus nicht-selektiven Ionen-Kanälen war offenbar ein wichtiger Schritt für die Evolution einer schnellen Reizweiterleitung von Neuronen und damit für komplexere Nervensysteme. Die Studie zeigt, dass wichtige Bauteile für das Nervensystem sich zweifach, nämlich in einfachen und in höheren Tieren entwickelt haben, und lässt den Schluss zu, dass komplexere Nervensysteme, die auf Natrium-Ionenkanälen beruhen, ebenso mehrfach unabhängig entstehen könnten.

Publikation in „Cell Reports“:
Convergent evolution of sodium ion selectivity in metazoan neuronal signaling: Maya Gur Barzilai, Adam M. Reitzel, Johanna E.M. Kraus, Dalia Gordon, Ulrich Technau, Michael Gurevitz and Yehu Moran. CELL-REPORTS-D-12-00108R2.

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Univ.-Prof. Dr. Ulrich Technau, Dr. Yehu Moran
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