Evolution ist keine Einbahn vom Einfachen zum Komplexen

Zur Evolution von Weichtieren (Mollusken), z.B. Schnecken, Muscheln und Tintenfische, gibt es noch viele offene Fragen. Die Arbeitsgruppe um den Zoologen Andreas Wanninger von der Universität Wien hat – in Zusammenarbeit mit einer Kollegin der Universität Bergen/Norwegen – den Entwicklungszyklus eines einfach gebauten, wurmförmigen Vertreters dieses Tierstammes untersucht. Dabei fanden sie heraus, dass die Larven der zu den Furchenfüßern gehörenden Art Wirenia argentea eine weitaus komplexere Körpermuskulatur besitzen als die erwachsenen Tiere – erst im Laufe der Metamorphose kommt es zu einer Vereinfachung ihres Körperbaus. Dies deutet darauf hin, dass die Tiere von einem komplexer gebauten Vorfahr abstammen. Die Ergebnisse dieses vom FWF geförderten Forschungsprojekts erscheinen aktuell im renommierten Fachjournal Current Biology.

Die Weichtiere (Mollusken) – Schnecken, Muscheln, Tintenfische usw. – stellen mit derzeit ca. 200.000 bekannten Arten eine der artenreichsten Tierstämme dar. "Was sie für evolutionäre Studien besonders interessant macht, ist aber nicht ihr Artenreichtum, sondern vor allem ihre beachtliche morphologische Variabilität", so Andreas Wanninger, Leiter des Departments für Integrative Zoologie der Universität Wien. Um den evolutionären Ursprüngen dieser Tiergruppe auf die Spur zu kommen, konzentrierte sich das Team um Andreas Wanninger auf die unscheinbare Untergruppe der Stachelweichtiere (Aculifera) und nicht auf die oben genannten, bekannten Vertreter. Die Stachelweichtiere untergliedern sich wiederum in Wurmmollusken (Aplacophora, "nicht-schalentragende Weichtiere") und Käferschnecken (Polyplacophora). Vor allem die Erstgenannten werden aufgrund ihrer relativ einfachen Körperarchitektur häufig als die ursprünglichsten Mollusken betrachtet, also als jene Gruppe unter den heute noch lebenden Weichtieren, die in ihrer Morphologie am meisten dem letzten gemeinsamen Vorfahren aller Mollusken ähneln. "Für unsere Untersuchungen haben wir aus Sedimentböden in 200 Meter Tiefe vor der norwegischen Küste Proben mit Wurmmollusken entnommen und damit begonnen, die winzigen Larven – sie messen ca. 0,1-0,3 mm – vor Ort zu züchten", erklärt Christiane Todt, Kooperationspartnerin an der Universität Bergen in Norwegen.

Wirenia argentea: wurmförmiger, mit Kalkstacheln bedeckter Organismus
Die Aplacophoren sind wurmförmige, auf oder im Meeresboden lebende und mit Kalkstacheln bedeckte Organismen, die meist nur einige Millimeter bis wenige Zentimeter groß werden. Als ihre nächst verwandte Schwestergruppe werden oft die Käferschnecken vermutet, die mit ihrem großen Saugfuß, acht Schalenplatten und einer weitaus komplexeren inneren Anatomie, die eine höchst spezialisierte Muskulatur beinhaltet, schon eher an Schnecken und Muscheln erinnern. Daher wird auch häufig angenommen, dass sich Käferschnecken erst nach den Aplacophoren innerhalb der Stammlinie der Mollusken abgespaltet haben.

Larven haben komplexeren Körperaufbau als die erwachsenen Tiere
Die entwicklungsbiologischen Untersuchungen der Arbeitsgruppe von Andreas Wanninger haben gezeigt, dass die Larven der zur Untergruppe der Furchenfüßer (Solenogastres) gehörenden Aplacophorenart Wirenia argentea eine weitaus komplexere Körpermuskulatur besitzen als die erwachsenen (adulten) Tiere. Interessanterweise gleicht diese Larvalmuskulatur bis in winzige Details jener ausgewachsenen Polyplacophoren. Erst im Laufe der Metamorphose von der Larve zum Jungtier werden wesentliche Komponenten dieser Muskulatur bei Wirenia abgebaut und damit ihre Körperorganisation wesentlich simplifiziert. Dies geht so weit, dass bei den ausgewachsenen Tieren neben von der Rücken- auf die Bauchseite hin verlaufende Dorsoventralmuskeln lediglich ein einfacher Hautmuskelschlauch – wie bei vielen anderen wurmförmigen wirbellosen Tieren – übrig bleibt.

"Der Bau der komplexen Muskulatur der Wirenia-Larven und jener adulter Polyplacophoren weist derart viele Gemeinsamkeiten auf, wie sie bei keiner anderen bisher untersuchten Molluskengruppen zu finden sind. Das deutet sehr stark darauf hin, dass beide Tiergruppen von einem gemeinsamen Vorfahren abstammen, welcher ebenfalls eine solch hochdifferenzierte Muskulatur besaß. Dies wiederum legt den Schluss nahe, dass es sich bei den Aplacophoren um sekundär vereinfachte Formen handelt, die eventuell auch im Hinblick anderer Organsysteme aus einer wesentlich komplexer gebauten Stammart hervorgegangen sind", resümiert Andreas Wanninger das Forschungsergebnis.

Fossilfunde bestätigen Hypothese
Diese These wird durch neuere Fossilfunde gestützt, vor allem durch die vor kurzem entdeckte Art Kulindroplax perissokosmos aus dem Silur. Diese gleicht in wesentlichen Merkmalen den heute lebenden Aplacophoren – mit dem Unterschied, dass diese vor 425 Millionen Jahre lebenden Tiere, im Gegensatz zu ihren heutigen Verwandten, nicht "nackt" waren, sondern mit Schalenplatten, ähnlich jener der Polyplacophoren, bestückt waren. "Es sieht also ganz danach aus, dass unsere heute lebenden, einfach gebauten 'Nicht-Schalenträger' von einem schalentragenden Vorfahr mit einer hochkomplexeren Muskulatur abstammen", fasst Wanninger zusammen.

Welche Gene in der Entwicklung des Körperbaus der Aplacophora beteiligt sind und welche Funktionen diese übernehmen, wird derzeit ebenfalls im Rahmen des laufenden FWF-Projektes in der Arbeitsgruppe von Andreas Wanninger untersucht.

Publikation in "Current Biology":
Aplacophoran Molluscs Evolved from Ancestors with Polyplacophoran-like Features. Maik Scherholz, Emanuel Redl, Tim Wollesen, Christiane Todt, Andreas Wanninger. Current Biology, Oktober 2013.
DOI: http://dx.doi.org/10.1016/j.cub.2013.08.056

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