Wenn Seeanemonen erröten

15. Dezember 2009, 19:24
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Seeanemonen gehören zu den ersten Lebewesen in der Geschichte der Evolution - Wiener Molekularbiologen untersuchen nun die Entwicklung von Muskelzellen

Wenn man die Muskeln der transgenen Seeanemonen, die Ulrich Technau und sein Team gezüchtet haben, unter fluoreszierendem Licht beobachtet, dann werden sie rot. Aber nicht etwa aus Scham: Die Evolutionsbiologen vom Department für Molekulare Evolution und Entwicklung der Uni Wien haben den Nesseltieren ein Markierungsgen eingebaut, das rot fluoreszierende Proteine produziert.

Dem roten Markierungsgen wurde die DNA-Kontrollsequenz des Myosin-Heavy-Chain-Gens, das maßgeblich an der Muskelkontraktion beteiligt ist, vorgeschaltet. Da diese Kontrollsequenz nur in ausgebildeten Muskelzellen aktiviert wird, leuchten im Organismus auch nur diese Muskelzellen rot.

Nesseltiere wie Seeanemonen - oder auch Korallen und Quallen - gehören zu den ersten Lebewesen in der Geschichte der Evolution, die Muskeln entwickelt haben. In den vergangenen Jahren haben sich die Tiere zu einem in der Wissenschaft zunehmend gefragten Modellorganismus entwickelt. So haben frühere Forschungen Technaus gezeigt, dass die Meerestiere mit Menschen näher verwandt sind als etwa Fliegen und beispielsweise verblüffende Ähnlichkeiten bei der Embryonalentwicklung aufweisen.

Nun untersuchen Technau und sein Team, ob diese einfachen Organismen, deren Ursprung vor etwa 600 Millionen Jahren liegt, bereits die molekularen Anlagen für die Entstehung der viel komplexeren Muskulatur von Wirbeltieren in sich tragen. Nach fast zehnjähriger Vorbereitungszeit ist es den Wissenschaftern erstmals gelungen, eine Linie transgener Seeanemonen zu züchten. Noch haben sie keine Genfunktion der Nesseltiere verändert. Die transgenen Tiere sind aber die technische Voraussetzung für tiefergehende Untersuchungen zur Entstehung der Muskulatur im Laufe der Evolution. Als ersten Schritt haben die Forscher nun ein Kontrollgen für Muskelkontraktion und ein Leuchtgen eingebaut, die nur in ausgebildeten Muskelzellen aktiv werden. Die Arbeit wurde in der US-Fachzeitschrift Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS) veröffentlicht.

"Nun leuchten die Muskelzellen der transgenen Tiere rot, und wir können ihren Aufbau und die Kontraktion in vivo, also beim lebenden Tier, verfolgen", erklärt Ulrich Technau: "Das erlaubt es uns nicht nur, die embryonale Bildung und Physiologie der Muskelzellen zu studieren, sondern auch, die genetische Kontrolle des Muskelgens Myosin Heavy Chain zu analysieren. Die Analyse könnte Auskunft darüber geben, ob die molekularen Faktoren der Muskelzellentwicklung bei Nesseltieren und viel komplexeren Tieren ähnlich sind."

Evolutionäre Grundlagen

Für koordinierte Bewegungen wird die Muskulatur bei Mensch und Tier in der Regel durch das Nervensystem angeregt. Obwohl die Seeanemonen nur über ein "diffuses" Nervennetz und kein Gehirn verfügen, ist dies auch hier der Fall. Das Team arbeitet nun daran, transgene Seeanemonen mit Nervenzellen und Muskelzellen in unterschiedlichen Farben zu erzeugen. "Es wäre natürlich hochspannend, die Interaktion zwischen Muskel- und Nervenzellen und etwa den Aufbau neuromuskulärer Verbindungen in einem der einfachsten Tiere zu beobachten", sagt Technau.

Mit ihren Experimenten wollen die Forscher unter anderem ihre Vermutung bestätigen, dass die "einfachen" Seeanemonen bereits vor 600 Millionen Jahren die evolutionäre Grundlage für die Entwicklung des Mesoderms, aus dem die Muskelzellen komplexerer Tiere hervorgehen, in sich trugen - und der Sprung zu höheren Tieren auf molekularer Ebene vielleicht gar kein so großer war: "Gene fallen nicht vom Himmel", sagt Ulrich Technau: "Bereits kleinste Veränderungen in der Interaktion zwischen zwei Genen können auf morphologischer Ebene zu großen Veränderungen führen. Das erlaubt uns ein ganz neues Verständnis davon, wie Neuheiten in der Evolution entstehen." (APA, red//DER STANDARD, Printausgabe, 16.12.2009)

 

  • Erstmals ist es gelungen, transgene Seeanemonen mit rotleuchtenden Muskelzellen zu züchten. Oben die acht Rückziehmuskeln, unten ein Querschnitt der Muskulatur.
    foto: universität wien

    Erstmals ist es gelungen, transgene Seeanemonen mit rotleuchtenden Muskelzellen zu züchten. Oben die acht Rückziehmuskeln, unten ein Querschnitt der Muskulatur.

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    foto: universität wien
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