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Evolutionsforschung Die Entwicklung startet im Bauch

| Redakteur: Dipl.-Chem. Marc Platthaus

Alle Wirbeltiere, die über einen Kiefer verfügen, haben auch vier Flossen oder Gliedmaßen. Ein Forschungsteam der Universität Wien und des Konrad-Lorenz-Instituts hat herausgefunden, warum sich unsere frühesten Vorfahren mit der gleichbleibenden Anordnung von zwei Paar Gliedmaßen zufrieden gaben.

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Neuaugen- und Stör-Schlüpflinge sowie ein Mausembryo, aufgenommen mit Röntgenmikrotomographie.
Neuaugen- und Stör-Schlüpflinge sowie ein Mausembryo, aufgenommen mit Röntgenmikrotomographie.
(Bild: Brian Metscher)

Wien/Österreich – Im Laufe der Evolution hat sich die Anordnung von Flossen, Flügeln, Armen und Beinen verändert. Um den Ursprung der paarigen Gliedmaßen bei den Kiefermäulern zu erklären, entstanden – wie bei vielen ungeklärten Fragen in der Evolutionsbiologie – mehrere hypothetische Modelle. Kiefermäuler – im Fachjargon Gnathostomata – sind alle Tiere mit Rückgrat und Kiefer, sowohl die lebenden als auch die ausgestorbenen.

„Ausgenommen davon sind Neunaugen und Schleimaale. Obwohl diese beiden Fischarten weder über Kiefer noch paarige Flossen verfügen, sind bei ihnen vom Rücken bis zum Schwanz entlang der Mittellinie Rückenflossen vorhanden“, sagt Brian Metscher vom Department für Theoretische Biologie der Universität Wien. Jeder Erklärungsansatz, warum das so ist, muss nicht nur die fossilen Belege berücksichtigen, sondern auch die Feinheiten der frühen Entwicklung von Flossen und Gliedmaßen.

Gliedmaßen am Anfang und am Ende

„Wir haben uns für unsere Untersuchung auf zahlreiche Arbeiten der molekularen Embryologie sowie auf Forschungsergebnisse aus der Paläontologie und der klassischen Morphologie gestützt. Es ging uns darum zu erklären, wieso der Wirbeltier-Embryo Gliedmaßen-Ansätze an jeder Seite bildet, und zwar jeweils ein Paar am Anfang und am Ende der Körperhöhle“, erklärt Laura Nuño de la Rosa, Hauptautorin der Studie und Postdoc am Konrad-Lorenz-Institut in Altenberg.

Embryo teilt sich in drei Zellschichten

Das neue Modell enthält frühere Forschungsergebnisse. Beruhend auf Genexpression und der Interaktionen zwischen verschiedenen Geweben, aus denen sich ein Wirbeltierembryo entwickelt. In den ersten Wochen seiner Entwicklung trennt sich ein Embryo in drei Zellschichten: Das obere oder erste Keimblatt des Embryoblasten (Ektoderm) – die außen liegende Zellschicht, aus der Haut und Nervensystem entstehen, das innere Keimblatt (Endoderm), das später den Verdauungstrakt bildet, und das mittlere Keimblatt (Mesoderm), das für Muskeln, Knochen und andere Organe verantwortlich ist. Das frühe Mesoderm spaltet sich wiederum in zwei Schichten, wobei die eine Schicht das Innere der Körperhöhle abdichtet und die andere die Außenseite des Darms bildet.

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