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11. Januar 2005

Achtung!
Sperrfrist bis 12. Januar 2005, 18.00 Uhr MEZ!

Heidelberger Wissenschaftler folgen dem roten Faden der Gene durch die Evolution

Titelthema der aktuellen Ausgabe des Wissenschaftsmagazins Nature widmet sich einem Heidelberger Forschungsgebiet – Kompletter Satz aller Wnt-Gene bei Nesseltieren nachgewiesen – Roter Faden durch die Evolution – Lebende Fossilien als Fenster ins Sprungbrett der Evolution

Das Titelbild der aktuellen Ausgabe von Nature zeigt eine Seeanemone

Das Titelbild der aktuellen Ausgabe von Nature zeigt eine Seeanemone, an der Heidelberger Wissenschaftler nun den kompletten Satz aller Wnt-Gene nachweisen konnten. (T. Nüchter, Darmstadt, copyright Nature, MacMillan Press).

Ganz an der Basis der tierischen Evolution finden sich Wesen, die sich seit über 600 Millionen Jahren kaum verändert haben. Sie werden deshalb gerne auch als lebende Fossilien bezeichnet, und markieren den Wechsel von Einzellern hin zu vielzelligen Organismen. Die Rede ist von den Nesseltieren – den Cnidaria – zu denen beispielsweise auch Quallen, Süßwasserpolypen oder gesteinsbildende Korallen gehören. Die knapp 9.000 Arten dieses Tierstamm besitzen besondere Organe – die Nesselkapseln (Cnidae) – deren Nesselfäden zum Beuteerwerb oder zur Verteidigung ausgeschleudert werden. "Schon manch einer hat beim Baden hautnahe Erfahrungen mit Quallen gemacht, und so einen gewissen Respekt vor diesen einfachen Wesen gewonnen", erklärt Thomas Holstein von der Heidelberger Fakultät für Biowissenschaften schmunzelnd. Jedoch ist der Geschäftsführende Direktor des Instituts für Zoologie hier an einem ganz anderen Wesenszug der Cnidaria interessiert. Denn so einfach aufgebaut sie auch sein mögen – auf molekularer und genetischer Ebene sind sie mit den Wirbeltieren, und folglich dem Menschen, weit enger verwandt, als bislang angenommen wurde.

"Es war für uns eine echte Überraschung, als wir Gene der Nesseltiere ausfindig machen konnten, die noch bei heutigen Wirbeltieren maßgebliche Funktionen besitzen." Thomas Holstein, der im April letzten Jahres von der Technischen Universität Darmstadt nach Heidelberg wechselte, ist die Faszination anzumerken, die von diesem Sachverhalt ausgeht – und noch weit reichende Folgen haben könnte. Denn bei der Untersuchung der so genannten ‚Wnt-Signalmoleküle' kamen Zusammenhänge zu Tage, die noch vor wenigen Jahren ins Genre der Fantasyliteratur verwiesen worden wäre. Inzwischen hat sich das geändert, fand das Thema doch nun schon zum zweiten Mal den Weg auf die Titelseite des international renommierten Wissenschaftsmagazins Nature. Und das zu Recht, sind doch die Wnt-Signalmoleküle, die erstmals als Tumorgene bei Wirbeltieren entdeckt wurden, sowohl bei der Flügelausbildung der Fruchtfliege Drosophila beteiligt, wie auch bei der Embryonalentwicklung der Wirbeltiere. "Erstmals in der Evolution finden sich die Wnt-Gene jedoch in der extrem frühen Evolutionsstufe der Nesseltiere. Und da diese Organismen bis heute unverändert existieren, kann man anhand lebender Tiere eine genetische Struktur untersuchen, wie sie vor mehr als einer halben Milliarde Jahre bereits existierte. Diese Erkenntnis war schon mehr als nur ein bisschen aufregend", versichert Thomas Holstein. Er ist verantwortlicher Leiter eines Forscherteams, das sich aus Wissenschaftlern bzw. ehemaligen Mitarbeitern zusammensetzt, die in Darmstadt, Düsseldorf, Innsbruck, Bergen und auf Hawaii tätig sind.

Im September 2000 widmete ‚Nature' dem Thema schon einmal eine Titelseite, was die Bedeutung der Entdeckungen in diesem Bereich unterstreicht. "Dass das Thema jetzt ein zweites Mal solch einen prominenten Platz in Nature fand, verdanken wir der Tatsache, dass nun der komplette Satz aller Wnt-Gene, der bei tierischen Organismen vorhanden ist, vorliegt", freut sich Thomas Holstein. "Die eigentliche Sensation ist jedoch, dass wir mit den Nesseltieren ein bis heute existierendes Tier vor uns haben, das noch so gut wie sämtliche Wnt-Gene besitzt. Dies deutet auf ein aufrüttelndes Paradoxon in der Evolution der Organismen hin – die genetische Diversität in den basalen und morphologisch einfachen (= simplen) Organismen kann die der abgeleiteten Arten übertreffen." Vertebraten und der Mensch besitzen 12 verschiedene Wnt-Subfamilien dieser Entwicklungsgene, während nur sechs Subfamilien in den mehr basalen Gruppen wie den Fliegen existieren. Die weitere Analyse zeigte sogar, dass einige der Wnt-Gen-Subfamilien in abgeleiteten Linien verschwanden. Die rasche Abwandlung des Repertoires an Wnt-Gen-Subfamilien in den höheren Tieren belegt deutlich, welch zentrale Schlüsselrolle die Wnt-Gene in der Diversifikation der Baupläne der Tiere besaß. "Und obwohl es logisch erscheinen mag, dass die genetische und morphologische Komplexität miteinander Hand in Hand gehen, zeigen unsere Daten, dass dies ein ernster Irrtum in unseren bisherigen Vorstellungen war," versucht Thomas Holstein die eigentliche Bedeutung der Forschungsergebnisse zu erläutern. Somit sind die Cnidaria genetisch gesehen nicht nur an der Basis jeglicher tierischer Evolution – sondern auch ein weit offen stehendes Fenster in eine Vergangenheit, in der es noch nicht einmal Würmer gab – geschweige denn Insekten oder höhere Wirbeltiere. Fast könnte man meinen, man blicke von den obersten Wipfeln im Baum des Lebens auf seine am tiefsten liegenden Wurzeln. Zugleich zeigen diese Ergebnisse auch, dass der Grundtypus des Bauplans tierischer Organismen in der Evolution wohl nur einmal erfunden und dann immer weiter verfeinert wurde – und wir deshalb mit so ‚primitiven' Organismen wie einem Süßwasserpolypen sehr viel mehr gemein haben, als bisher vermutet wurde – auch wenn diese Tiere auf einer extrem einfachen evolutionären Stufe stehen blieben. "Die Evolution ist eben – wenn man es so ausdrücken möchte – sehr konservativ eingestellt, und behält manche genetischen Funktionen über lange Zeiträume hinweg in Gebrauch."

Thomas Holstein veranschaulicht dies anhand eines Stadiums in der Embryonalphase, das alle tierischen Organismen durchlaufen – dem Gastrula-Stadium. Der Begriff leitet sich vom griechischen ‚gastrós' ab – dem Magen. Während sich jedoch höhere Wesen nach diesem kurzen Zwischenstadium weiterentwickeln, blieben die Cnidaria auf dieser Evolutionsstufe stehen, denn vom Aufbau her handelt es sich bei ihnen um so genannte ‚Sackdarmwesen'. Dies bedeutet, dass sie lediglich eine Körperöffnung besitzen, die zu einem verdauenden Hohlraum, dem Gastralraum, führt – und auch wieder hinaus. Vergleichen könnte man diesen Aufbau mit einer dickwandigen Vase, in der die Verdauung stattfinden kann. "Die Wandung des Körpers besteht aus zwei Gewebsschichten: dem äußeren Ektoderm und dem inneren Entoderm. Und mit verantwortlich für die Ausbildung dieses Koordinatensystem eines Organismus sind die Wnt-Gene, die die Körperachsen bestimmen – und das eben schon seit dem Übergang von einzelligen zu vielzelligen Organismenformen, weshalb man durchaus von einem ‚roten Faden' sprechen kann, der sich durch die gesamte Evolution zieht", erklärt Thomas Holstein. Er versucht jedoch bei aller ins Detail gehenden Forschung auch über die bisher gewonnenen Erkenntnisse hinauszublicken. Denn mit jedem noch so kleinen wissenschaftlichen Fortschritt erhält man einen besseren Blick auf den kompletten ‚Baum des Lebens' – und in die Vorgänge, wie die Evolution im Laufe der Jahrmillionen von ganz einfachen Anfängen ausgehend immer kompliziertere Wesen entwickelt hat.

Zugleich verweist der Heidelberger Wissenschaftler in diesem Zusammenhang aber auch auf die kleinen Stolpersteine, mit denen die Forscher im Rahmen ihrer Arbeit mitunter zu tun haben. "Es fällt uns eben immer noch ziemlich schwer, den durch die molekulare Evolution und Evolutionsbiologie herbeigerufenen Paradigmenwechsel – dass wir selbst mit ganz primitiven Organismen unendlich viel gemeinsam haben – zu akzeptieren. Noch Anfang der 90er Jahre wäre man ganz sicherlich als Scharlatan bezeichnet worden, hätte man solche Behauptungen aufgestellt – das hat sich inzwischen geändert. Wir können jedoch sicher sein, dass wir noch so mancher Überraschung begegnen, wenn wir uns weiter mit dem ‚roten Faden' beschäftigen, der sich durch die gesamte Evolution zieht."
Heiko P. Wacker

Rückfragen bitte an
Prof. Dr. Thomas Holstein
Institut für Zoologie
Abt. Molekulare Evolution und Genomik
Im Neuenheimer Feld 230
69120 Heidelberg
Tel. 06221 545679, Fax: 545678
holstein@zoo.uni-heidelberg.de
http://www.zoo.uni-heidelberg.de

Rückfragen von Journalisten auch an:
Dr. Michael Schwarz
Pressesprecher der Universität Heidelberg
Tel. 06221 542310, Fax 542317
michael.schwarz@rektorat.uni-heidelberg.de
http://www.uni-heidelberg.de/presse

und
Irene Thewalt
Pressestelle der Universität
Tel. 542311
presse@rektorat.uni-heidelberg.de


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