Evolution des Gehirns steht Kopf
| 20. Februar 2013
Dieses Bild zeigt das Nervensystem eines Primärpolypen, bei dem alle Neuronen auf das nach der Umwandlung von der Larve in den Polypen nun reduzierte Apikalorgan projizieren (siehe Inlet). (Copyright: F. Rentzsch)
Ausgewachsener Polyp von Nematostella vectensis. (Copyright: Nature, 2005)
Das Bild zeigt eine Larve von Planula (4Tage alt), das Apikalorgan ist besonders gut zu sehen. (Copyright: U. Technau/J. Fritzenwanker)
Hier sieht man eine Planula-Larve mit sich entwickelndem Nervensystem. (Copyright: F. Rentzsch)
Diese Darstellung zeigt eine Doppel-Genexpressionsanalyse für das Masterregulatorgen Six3 (rot) und das davon abhängige Apikalorgangen FGFa2. (Copyright: U. Technau)
Beim Gen-Knockdown von Six3 (Six3/6 MO) geht das Apikalorgan verloren, das hier durch eine Färbung der sensorischen Cilien (rot) sichtbar gemacht ist. (Copyright: U. Technau)
Ulrich Technau von der Universität Wien und einem Team um Fabian Rentzsch vom Sars Centre in Bergen (NO) ist es gelungen, völlig neues Licht auf die Evolutionsgeschichte komplexer Gehirne zu werfen. Dazu publizierten sie im PLoS Biology.
Das Team um Ulrich Technau konnte nachweisen, dass dieselben Gene, die für die Entwicklung des "Fußes" der Schwimmlarven der Seeanemone verantwortlich sind, auch die Entwicklung des Gehirns höher entwickelter Spezies kontrollieren.
Während höher entwickelte Tiere ein komplexes Gehirn besitzen, das meist zusammen mit Sinnesorganen und einem Mund im Kopf angesiedelt ist, verfügen niedere Tiere – beispielsweise Seeanemonen oder Korallen – zwar über ein Nervensystem, weisen aber keine komplexen Gehirnstrukturen auf. Zu dieser Gruppe zählt auch die Seeanemone Nematostella vectensis, die im Fokus einer gemeinsamen Studie von Ulrich Technau vom Department für Molekulare Evolution und Entwicklung der Universität Wien und Fabian Rentsch vom Sars Centre in Bergen, Norwegen, steht.
Nematostellas Verwandlung
Aufbauend auf der Annahme, dass alle Lebewesen über einen ähnlichen Genpool verfügen, analysierten die WissenschafterInnen während der embryonalen Entwicklung der Seeanemone die Funktion von Genen, die für die Entwicklung des Kopfes von höher entwickelten Lebewesen zuständig sind.
Während ihres Larvenstadiums geht Nematostella auf die Reise: Sie schwimmt auf der Suche nach einem passenden Lebensraum durch Wasserläufe nordatlantischer Watten. Sobald sie sich niedergelassen hat, vollzieht sie eine umfassende Metamorphose in einen Polypen, dessen vorderes Ende für die Verankerung am Untergrund zuständig ist; das hintere Ende bildet Tentakel und eine orale Öffnung zur Nahrungsaufnahme aus.
Der Kopfstand der Seeanemonen
Das Team um Technau machte eine sensationelle Entdeckung: Nicht das orale, sondern das aborale – das dem Mund entgegengesetzte – Ende der Larve wird von einer Abfolge von Genen, allen voran das dominierende Gen Six3/6 – kontrolliert. Diese Gene spielen auch in der Gehirnentwicklung von Fliegen, Fischen, Seeigeln, Würmern und sogar des Menschen eine Schlüsselrolle. Das "dem Kopf entgegengesetzte" Larvenende ist somit Träger des wichtigsten Sinnesorgans der Schwimmlarven. "Aufgrund ihres Erscheinungsbildes wurde das vordere Ende der Seeanemone immer als 'Fuß', das hintere als 'Kopf' bezeichnet. In Wirklichkeit ist es aber genau umgekehrt. Die Anemonen stehen quasi auf dem Kopf – oder wir", erklärt Evolutionsbiologe Technau mit einem verschmitzten Lächeln.
Genetischer Bauplan
Seeanemonen teilen sich mit Menschen und anderen höher entwickelten Tieren einen gemeinsamen Bauplan, der vor etwa 600 bis 700 Millionen Jahren ausgebildet wurde. Technau und seine Kollegen liefern mit der neuen Publikation – basierend auf der Entdeckung der "Kopf-Gene" im "Fuß" der Seeanemone – ein neues, interessantes Detail zur Evolutionsgeschichte komplexer Gehirne: Offenbar konnte sich vor rund 600 Millionen Jahren erstmals ein Sinneszentrum in einem (noch gehirnlosen) gemeinsamen Vorfahren entwickeln. (sb)
Die Publikation "The bilaterian head patterning gene six3/6 controls aboral domain development in a cnidarian" (AutorInnen: Chiara Sinigaglia, Henriette Busengdal, Lucas Leclere, Ulrich Technau and Fabian Rentzsch) erschien am 19. Februar 2013 in PLoS Biology.