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Evolution Je nach Nahrungsangebot: Räuber oder Bakterienschlürfer

| Autor / Redakteur: Nadja Winter / Dipl.-Chem. Marc Platthaus

Aus einer Larve des Fadenwurms Pristionchus pacificus entwickelt sich entweder ein räuberisches Großmaul oder ein Bakterienschlürfer mit schmalem Mund – je nachdem, in welcher Umwelt der Wurm aufwächst. Forscher am Max-Planck-Institut für Entwicklungsbiologie um Ralf J. Sommer entdeckten jetzt einen entwicklungsbiologischen Schalter, der über die Mundform entscheidet. Damit können die Wissenschaftler erklären, wie sich Organismen an unterschiedliche Umweltbedingungen anpassen können.

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Pristionchus pacificus mit breiter Mundform. Diese Variante entwickelt sich, wenn die Würmer nicht genügend Nahrung finden oder zu dicht gedrängt leben.
Pristionchus pacificus mit breiter Mundform. Diese Variante entwickelt sich, wenn die Würmer nicht genügend Nahrung finden oder zu dicht gedrängt leben.
(Bild: MPI für Evolutionsbiologie)

Tübingen – Flexibilität ist Trumpf, wenn es ums Überleben geht. Das gilt auch für den mikroskopisch kleinen Fadenwurm Pristionchus pacificus, den Forscher um Ralf Sommer am Max–Planck-Institut für Entwicklungsbiologie erforschen. Je nachdem, in welcher Umgebung Pristionchus aufwächst, entwickelt er entweder ein kurzes, breites oder ein langes, dünnes Maul. Die Breitmaul-Variante mit einem charakteristischen Zahn ist für Raubzüge geeignet.

Die schmalen Mundwerkzeuge dienen dagegen bevorzugt dem Abgrasen bakterieller Nahrung. Welchen der beiden Entwicklungswege eine Pristionchus-Larve einschlägt, entscheiden dabei nicht die Gene, sondern die Umwelt. Wenn die Tiere hungern, oder wenn sich zu viele Würmer in der Kulturschale drängen, beobachten die Forscher vermehrt die Variante mit dem breiten Mund.

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Erik Ragsdale, Manuela Müller, Christian Rödelsperger und Ralf Sommer haben jetzt eine entscheidende Schnittstelle zwischen Außenwelt und den Entwicklungsgenen des Wurms entdeckt. Die Tübinger Biologen stießen auf ein Gen, das wie ein Schalter funktioniert und unter den beiden möglichen Mundformen die jeweils Angemessene auswählt.

Gen eud-1 steuert Mundbildung

Die Entdeckung dieses Gens war der entscheidende Erfolg eines genetischen Experiments, für das sich Fadenwürmer wegen ihrer kurzen Generationszeit besonders gut eignen. Ragsdale und Müller stießen dabei auf mutierte Wurmlinien, die unabhängig von den Umweltbedingungen ausschließlich Würmer mit schmalen Mündern hervorbringen, und in denen das gleiche Gen, eud-1, inaktiviert ist. „Wir konnten zeigen, dass ein Gen, das wir in einem genetischen Experiment unter Laborbedingungen gefunden hatten, ein ökologisch bedeutendes Merkmal steuert“, kommentiert Max-Planck-Direktor Sommer eine Besonderheit der Entdeckung.

eud-1 ist das Gen für eine Sulfatase. Sulfatasen sind Enzyme, die andere Proteine oder Moleküle chemisch verändern. Noch wissen die Tübinger Forscher nicht genau, welche Moleküle die Ziele dieser speziellen Sulfatase sind. Sie vermuten aber, dass eud-1 die Eigenschaften hormoneller Botenstoffe beeinflusst. Das würde zu ihrer Beobachtung passen, dass eud-1 vor allem in Nervenzellen des Wurms aktiv ist – dort also, wo wichtige Botenstoffe produziert werden.

Mit dem Wissen um die eud-1-Mutanten machten Ragsdale und seine Kollegen die Gegenprobe und führten mit gentechnischen Tricks zusätzliche Kopien des eud-1-Gens in Pristionchus-Würmer ein. Fasziniert beobachteten die Forscher nun den im Vergleich zur Mutante spiegelbildlichen Effekt. Fast alle dieser transgenen Würmer entwickelten nämlich die breite Mundform mit dem charakteristischen Zahn.

eud-1 arbeitet also wie ein Fahrdienstleiter am Hauptbahnhof, der vor Einfahrt eines ICE je nach Verkehrslage festlegt, auf welches Gleis der Zug einfahren darf. Während einer kritischen Phase in der Entwicklung geht es unumkehrbar entweder in Richtung „breiter Mund“ oder „schmaler Mund“.

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