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Donnerstag, 23.03.2017
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Muschel-Double mit Wirbeltier-ähnlichen Lichtsinneszellen

Ciliäre Rezeptoren als lichtaufnehmende Strukturen bei Brachiopoden-Larven

Ein internationales Wissenschaftlerteam hat in den Augen von Larven der Brachiopoden, einer seit dem frühen Kambrium im Meer existierenden Gruppe von wirbellosen Tieren, Lichtsinneszellen entdeckt, deren Verwendung für gerichtetes Sehen bisher nur aus Wirbeltieren bis hin zum Menschen bekannt war.
Brachiopodenlarve mit roten Augenflecken

Brachiopodenlarve mit roten Augenflecken

„Wir hatten eine ähnliche Morphologie der Augen wie bei den Larven der Ringelwürmer erwartet und waren überrascht, ciliäre Rezeptoren als lichtaufnehmende Strukturen zu finden“, so Carsten Lüter vom Museum für Naturkunde über die Entdeckungen bei den im Erwachsenenstadium den Muscheln ähnelnden Tieren.

Gen ermöglicht phototaktisches Verhalten


Die Ergebnisse in der Open Access-Zeitschrift „EvoDevo“ zeigen den Forschern zufolge, dass bereits sehr früh in der Evolution entstandene und für vergleichbare Funktionen eingesetzte Zelltypen innerhalb des Tierreichs wesentlich weiter verbreitet sind, als bisher angenommen wurde. Das Gen, das die Information für das verwendete Sehpigment - ein spezielles ciliäres Opsin – codiert, ist zudem bereits in sehr frühen Entwicklungsstadien der Brachiopoden aktiv und ermöglicht phototaktisches Verhalten, obwohl diese frühen Stadien noch gar keine Augen besitzen.

Photorezeptoren für gerichtetes Sehen


Mit Hilfe von elektronenmikroskopischen und Genexpressions-Daten konnte das Forscher-Team des Museums für Naturkunde Berlin, vom Kewalo Marine Laboratory der Universität Hawaii und vom SARS International Centre of Marine Molecular Biology der Universität Bergen die Identität dieser Photorezeptoren mit denen von „Mäusen und Menschen“ belegen. Die Ergebnisse legen nahe, dass der letzte gemeinsame Vorfahre von Brachiopoden und Wirbeltieren denselben Zelltyp für gerichtetes Sehen verwendet hat oder dieser Photorezeptortyp, einmal evolviert, mehrfach unabhängig innerhalb der bilateralsymmetrischen Tiere – deren linke Körperhälfte ist spiegelbildlich zur rechten aufgebaut - für gerichtetes Sehen Verwendung fand.


Brachiopoden sind als erwachsene Tiere mit einem Stiel am Untergrund festgewachsen und daher auf ihre Larven als Verbreitungsstadien angewiesen. Die Larven sind daher sehr mobil und schwimmen an die Wasseroberfläche, wo die Intensität des einfallenden Sonnenlichtes stärker ist. Die Forscher konnten zeigen, das sogar die frühesten Larvenstadien, die noch keine Augen besitzen, aktiv zum Licht hin schwimmen und wahrscheinlich das gleiche Sehpigment nutzen wie ihre Augen-tragenden älteren Geschwister.

„Schwimmende Augen“


Andreas Hejnol vom SARS International Centre of Marine Molecular Biology meint dazu: „Diese frühen Entwicklungsstadien könnte man als ‚schwimmende Augen‘ bezeichnen, die in der Lage sind, die sonnige Wasseroberfläche zu finden.“ Die elektronenoptischen Untersuchungen der Augenstruktur zeigen, dass die lichtaufnehmende Struktur in den Augen der Brachiopodenlarven ein spezialisiertes sogenanntes Cilium ist, ein Wimperhärchen, dass normalerweise durch gerichtetes Schlagen für den Vortrieb der Larven im Wasser sorgt, ähnlich wie das Schwänzchen eines Spermiums.

Alle nach außen gerichteten Körperzellen der Brachiopoden tragen ein solches Cilium. In den Augen jedoch sind die Cilien der beteiligten Zellen in den Körper der Larve eingesenkt und ihre Oberfläche ist stark vergrößert, da in der Cilienmembran das Opsin als Sehpigment in großer Menge eingelagert ist.

Neues Modell für das Verständnis der Augenevolution innerhalb des Tierreichs


Yale Passamaneck, Co-Autor vom Kewalo Marine Laboratory der Universität Hawaii, resümiert: „Unsere Ergebnisse liefern ein neues Modell für das Verständnis der Augenevolution innerhalb des Tierreichs und dafür wie einfache Zellen die Fähigkeit erwerben, auf Licht zu reagieren um schließlich in einem komplexen Organ wie dem Auge miteinander vernetzt zu werden.“
(Museum für Naturkunde - Leibniz-Institut für Evolutions- und Biodiversitätsforschung an der Humboldt-Universität zu Berlin, 01.03.2011 - DLO)
 
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