Die Evolution des Auges

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Max-Planck-Institut für Entwicklungsbiologie

Was löst der Lichtreiz aus?

„Durch Verhaltensexperimente haben wir nachgewiesen, dass der Lichtreiz die Rumpfmuskulatur aktiviert und sich die Larven dadurch vom Licht abwenden“, sagt Nadine Randel, Erstautorin der Studie. Dazu beleuchteten die Forscher ein durchsichtiges Gefäß mit drei Tage alte Larven. In der Folge krümmten sich die Tiere, sodass sie um die Kurve schwammen – weg vom Licht. Blockierten die Forscher die Nervenbahnen zwischen Lichtsinneszellen und Muskeln biochemisch, schwammen die Larven normal weiter, jedoch völlig unbeeindruckt von der Lichtquelle.

Die Nervenzellverbindungen zwischen den Augen beider Körperhälften ermöglichen das räumliche Sehen. Außerdem haben die Max-Planck-Forscher Neurone identifiziert, die die jeweils gegenüberliegenden Sehorgane hemmen. „Das verstärkt den Kontrast zwischen hell und dunkel und verbessert so die Orientierung und das gezieltere Schwimmen vom Licht weg“, erklärt Randel.

Den Tübinger Entwicklungsbiologen ist es mit dieser Arbeit erstmals gelungen, ein einfaches visuelles Netzwerk vom Reizeingang bis zur Verhaltensreaktion vollständig zu beschreiben. Darüber hinaus haben sie auch einen tieferen Einblick in die Evolutionsgeschichte des Auges gewonnen. Das simple Sehsystem der frühen Borstenwurmlarven, bestehend aus gerade mal zwei Zellen, entspricht Charles Darwins Vorstellung vom Ur-Auge, dem Prototyp, aus dem alle heute existierenden Sehorgane entstanden sind. Das doppelte Augenpaar der drei Tage alten Larven verkörpert bereits eine Weiterentwicklung dieses Prinzips. „Es ist als ob wir in einem einzigen Tier gleich mehrere Etappen der Augenevolution beobachten können“, sagt Jékely. „Wir gehen davon aus, dass frühe Lichtsinnesorgane immer der Fototaxis dienten – erst später entwickelten sich Augen, mit denen sich Objekte erkennen ließen.“ Vermutlich konnten die ersten einfachen Augen in der Evolutionsgeschichte lediglich zwischen hell und dunkel unterscheiden. Aber sie gaben den Anstoß für die Entwicklung komplizierter Sehsysteme, zum Beispiel des menschlichen Auges.

Originalpublikation: Nadine Randel, Albina Asadulina, Luis A. Bezares-Calderón, Csaba Verasztó. Elisabeth A. Williams, Markus Conzelmann, Réza Shahidi, Gáspár Jékely Neuronal connectome of a sensory-motor circuit for visual navigation. eLife 2014;10.7554/eLife.02730

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