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Mittwoch, 29.03.2017
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Was bestimmt das Entwicklungsniveau eines Lebewesens?

Natur geht einfacheren Weg als Computermodell

Spätestens seit der Feststellung, dass der Mensch mit rund 25.000 Genen ein Erbgut besitzt, das nicht viel größer ist als das des Fadenwurms Caenorhabditits elegans, ist klar, dass nicht die Zahl der Gene das stammesgeschichtliche Entwicklungsniveau eines Lebewesens bestimmen kann. Auch die Zahl der Zelltypen oder der Artenreichtum erlauben keine präzise Aussage. Was aber dann?
Frühe Teilung: 6-Zell-Stadium eines Embryos

Frühe Teilung: 6-Zell-Stadium eines Embryos

Um die Komplexität eines Lebewesens messbar zu machen, haben Bioinformatiker des Deutschen Krebsforschungszentrums um Professor Hans-Peter Meinzer ein mathematisches Modell entwickelt. Es spiegelt das Muster der Zellteilungen wider und berücksichtigt dabei den Differenzierungsgrad der Zellen. Die Wissenschaftler reduzierten in dem Modell die absolute Zahl der Zellteilungsvorgänge auf die Zahl der dabei neu entstehenden Zelltypen. Anschließend fütterten sie den Computer mit diesen Daten und ließen ihn daraus berechnen, wie viele Zelltypen über eine bestimmte Anzahl von Generationen hinweg per Zufall entstehen könnten.

Die Komplexität einer Zelllinie leiteten die Forscher aus der Zahl der neuen Zelltypen im Verhältnis zur absoluten Zahl der Zellteilungen ab. Je größer der Quotient ist, umso höher ist die Entwicklungsstufe des jeweiligen Organismus. Das mathematische Modell ermöglichte den Forschern, das Entwicklungsniveau des Fadenwurms C. elegans mit dem von drei weiteren Organismen zu vergleichen.

Überraschend war das Ergebnis der Computersimulation im Vergleich zur tatsächlichen Entwicklung der Zelllinien. Es zeigte sich, dass die Natur offenbar einen einfacheren Weg geht, als dies durch den Algorithmus vorhergesagt wurde. Durch weitere Berechnungen kamen die Wissenschaftler jedoch zu dem Schluss, dass der Entwicklungsprozess nicht die simpelste Variante schlechthin ist. Die Forscher nehmen an, dass das relativ niedrige Entwicklungsniveau der Zelllinien in der Natur darauf beruht, dass es einen Selektionsvorteil in der Evolution bietet: Die einfachere Variante hat eine verkürzte Entwicklungszeit und kommt mit weniger genetischem Material aus.


Wachstum und Spezialisierung von embryonalen Zellen verlaufen demnach weitaus einfacher als bisher angenommen. Die Vielfalt und Komplexität der heranreifenden Zelltypen liegen deutlich unter dem per Computer berechneten Maß, wie eine internationale Forschergruppe aus den USA, Deutschland, England und Belgien mithilfe dieser Computermethode herausfand und kürzlich in der renommierten Fachzeitschrift "Nature" berichtete.
(Deutsches Krebsforschungszentrum, 04.02.2005 - NPO)
 
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