Die dritte Erdatmosphäre und der Letzte seines Stammes

9. Jänner 2011, 18:35
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Trichoplax adhaerens zeigt, wie früh Tiere von Sauerstoff abhängig wurden

Hannover - Tierstämme können zehntausende Arten umfassen wie die Nesseltiere (z.b. Quallen und Korallen) - oder sogar Millionen wie die Gliederfüßer (z.B. Insekten und Krebse). Und dann gibt es da auch einen Stamm wie die Plattentiere (Placozoa), von dem genau ein einziger Vertreter übrig geblieben ist, zumindest soweit bekannt: Trichoplax adhaerens. Diese millimeterkleinen scheibenförmigen Tiere leben in den Gezeitenzonen warmer Meere und sind von ihrem Aufbau die einfachsten aller vielzelligen Tiere; sie bilden nur fünf verschiedene Zellarten aus.

Und doch konnten Forscher aus Oxford und Hannover eine grundlegende Gemeinsamkeit dieser Tiere mit komplexeren Organismen wie uns feststellen: Sie setzen für die überlebenswichtige Messung des Sauerstoffgehaltes die gleichen Mechanismen wie wir Menschen ein, das sogenannte HIF-System ("Hypoxia Induced Factor System"). Dieses wird aktiv, wenn Tiere in Sauerstoffstress geraten. Es ermöglicht uns auch bei niedrigem Sauerstoffniveau oder bei Sauerstoffmangel (Hypoxie) zu überleben. Beim Menschen beispielsweise wird das HIF-System in großen Höhen oder bei körperlicher Anstrengung aktiv.

Abhängig von der neuen Atmosphäre

Denn vielzellig zu sein bedeutet, dass der Sauerstoff auch zu Zellen gelangen muss, die sich nicht an der Oberfläche des Organismus befinden. "Wir denken, das dies der Motor war, der die Vorfahren von Trichoplax adhaerens dazu trieb, ein System zu entwickeln, das einen Mangel an Sauerstoff in jeder Zelle misst und in der Lage ist, darauf zu reagieren", erklärt Chris Schofield von der Oxford University. Trichoplax adhaerens ist eine Art biologischer Zeitreisender: In seinem einfachen Aufbau dürfte er den ersten Formen vielzelligen Tierlebens ähneln, das sich vor etwa 600 bis 550 Millionen Jahren geradezu sprunghaft entwickelte. Das HIF-System ist somit ein Werkzeug, das früh entwickelt und vermutlich von allen Tieren beibehalten wurde.

Grund dafür waren die enorme Veränderungen, die damals kulminierten. Nach einem Gebräu aus Wasserdampf und Kohlendioxid, gefolgt von einer hauptsächlich aus Stickstoff bestehenden Atmosphäre, nahm damals die dritte Erdatmosphäre allmählich ihre endgültige heutige Gestalt an. Diese war im Gegensatz zu ihren Vorgängerinnen von Lebewesen konstruiert: Durch Photosynthese betreibende Organismen stieg der Sauerstoffgehalt über Jahrmilliarden hinweg an - erst sehr langsam, vor einer halben Milliarde Jahre aber schließlich so stark, dass der Sauerstoff zur Lebensgrundlage für komplexere Organismen werden konnte, die mit Anpassungsleistungen wie dem HIF-System ihre Abhängigkeit von dem Element unterstrichen.

Einmal gelernt, für immer gekonnt

"Trichoplax reagiert auf Sauerstoffmangel genau wie Menschen", fand der Erstautor der im Jänner im Fachmagazin "EMBO Reports" veröffentlichten Studie, Christoph Loenarz, heraus. Um das zu beweisen, transferierten die Forscher das Schlüsselenzym des Mechanismus in eine menschliche Zelle - mit dem Ergebnis, dass sie genauso gut wie mit dem menschlichen Enzym funktionierte. Da die Analyse verschiedener Genome zudem ergeben hat, dass der Mechanismus nur bei Vielzellern auftritt, schlussfolgern die Wissenschafter, dass sich das System zur gleichen Zeit wie die frühesten vielzelligen Tiere entwickelt hat.

Bernd Schierwater, Leiter des Instituts für Tierökologie und Zellbiologie der Stiftung Tierärztliche Hochschule Hannover, resümiert: "Für unser Verständnis der Evolution kann diese Entdeckung von großer Bedeutung sein. Wir gehen davon aus, dass vor 550 Millionen Jahren die ersten komplexeren tierischen Lebewesen entstanden sind, zur gleichen Zeit stieg der Gehalt des atmosphärischen Sauerstoffs auf dem Planeten stark an, von drei Prozent auf sein heutiges Niveau von 21 Prozent. Unsere aktuellen Arbeiten können dazu beitragen, den Zusammenhang dieser Ereignisse besser zu verstehen." (red)

  • Als einfachstes aller vielzelligen Tiere kann Trichoplax adhaerens als Modellorganismus in der Evolutionsbiologie eingesetzt werden.
    foto: b. schierwater, tiho

    Als einfachstes aller vielzelligen Tiere kann Trichoplax adhaerens als Modellorganismus in der Evolutionsbiologie eingesetzt werden.

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