Entwicklungsbiologie: Forscher verdrehen Schneckengehäuse

Links herum oder rechts herum? Die Drehrichtung von Schneckengehäusen ist normalerweise genetisch festgelegt. Japanische Forscher haben Schnecken anders herum wachsen lassen - durch Manipulation im frühen Embryonalstadium.

Schneckengehäuse: Links- oder rechts herum Fotos
B.Endo

Asymmetrie ist in der Natur weit verbreitet, wenn auch nicht immer sichtbar. Äußerlich scheinen bei uns Menschen die linke und rechte Seite spiegelbildlich zueinander zu sein, schaut man jedoch ins Innere des Körpers, bricht die Symmetrie auf: das Herz ist links, die Leber rechts. Auch bei vielen Tieren - sowohl Wirbel- als auch Nichtwirbeltieren - gibt es Asymmetrie, und oft hat sie auch wichtige Funktionen.

Deutlich wird das auch im Gewinde von Schneckenhäusern - entweder es dreht rechts oder links herum. Wie diese Asymmetrie entsteht, beginnen Wissenschaftler erst nach und nach zu verstehen. Festgelegt wird sie im Embryonalstadium. Bislang hatten Forscher sich bei ihren Untersuchungen zur Entstehung der Asymmetrie auf verhältnismäßig späte Embryonalstadien konzentriert. Gängige Vorstellung war bislang, dass die Asymmetrie festgelegt wird, wenn der Embryo sich vom Stadium eines hohlen Zellballs in einen mehrschichtigen Organismus wandelt.

Japanischen Wissenschaftlern um Reiko Kuroda und Miho Shimizu von der University of Tokyo, ist es nun gelungen, den Drehsinn von Schnecken der Art Lymnaea peregra und Lymnaea stagnalis umzukehren - und zwar in früheren Embryonalstadien als gedacht. Im Fachmagazin " Nature" berichten die Forscher, dass ihnen das Kunststück durch mechanische Eingriffe im Acht-Zell-Stadium des Embryos gelang.

Mechanische Umkehr beeinflusste Gen-Aktivität

Normalerweise wird die Drehrichtung bei den Schnecken durch ein einziges Gen festgelegt, das von der Mutter stammt. Welches Gen das ist, weiß man nicht. Aber es beeinflusst ein anderes Gen namens NODAL. Das nodal-Protein, das es kodiert, stößt in der Zelle Signalketten an, die die Drehrichtung des Gehäuses bestimmen. Untersuchungen an Mäusen zeigten, dass nodal auch bei ihnen die Richtung der inneren Organe festlegt. Anhand der Aktivitätsmuster dieses Gens kannten Kuroda und Shimizu die Drehrichtung der Schneckengehäuse.

Nun manipulierten die Forscher die Schnecken-Embryonen während der dritten Zellteilung nach der Befruchtung mit zwei Glasstäben. Während die Embryonen vom Vier- in das Acht-Zell-Stadium übergingen, kehrten die Forscher die Ausrichtung der Zellen einfach spiegelbildlich um. Das Resultat war, dass bei den sich entwickelnden Schnecken die Drehung der Gehäuse spiegelbildlich verkehrt war. So gelang es den Forschern, rechtsdrehende Gehäuse in linksdrehende zu verwandeln und umgekehrt - und das trotz der gegensätzlichen genetischen Programmierung.

Noch erstaunlicher: Die mechanische Umkehrung der Zellen in diesem frühen Embryonalstadium bewirkte eine totale Umkehr der Aktivierung des NODAL-Gens. Dennoch hatten Nachkommen dieser umgedrehten Schnecken die genetisch festgelegte richtige Drehrichtung. Die Forscher schließen daraus, dass die räumliche Ausrichtung des Acht-Zell-Embryos die Drehrichtung festlegt - vor Aktivierung der nodal-Signalkette.

lub

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