Geheimnisse des Lebens im Ozean gelöst

Wissenschaftler haben herausgefunden, wie die einfachsten Augen der Tierwelt funktionieren

19. November 2008

Der Ozean hält immer noch viele Geheimnisse für uns bereit. Eines davon ist die größte Wanderungsbewegung auf der Erde: Unzählige, im Meer schwebende Kleinstlebewesen schwimmen angezogen vom Licht an die Meeresoberfläche. Wissenschaftler vom European Molecular Biology Laboratory (Heidelberg) und vom Max-Planck-Institut für Entwicklungsbiologie (Tübingen) haben jetzt gezeigt, wie die Larven wirbelloser Meeresbewohner zum Licht hin navigieren. Ein Ringelwurm, dessen Larve zwei einfache Augenflecke sowie einen Wimpernkranz zur Fortbewegung besitzt, diente den Forschern dabei als Modellorganismus. Sobald die Wissenschaftler einen der beiden Augenflecke der Larve beleuchteten, änderten die ihn umgebenden Wimpern ihre Schlagfrequenz und die Larve schwamm auf die Lichtquelle zu. Dies wird durch einen Nervenstrang möglich, der die Augenzellen mit den Wimpernzellen verbindet. So könnten auch die ersten Augen in der Evolutionsgeschichte funktioniert haben. (Nature, 20. November 2008)

Der Ringelwurm Platynereis dumerilii gilt als lebendiges Fossil

Die Larven wirbelloser Meerestiere, wie Krebse, Schwämme und Seesterne, haben die einfachsten Augen der Tierwelt. Diese so genannten Augenflecken bestehen nur aus zwei Zellen: einem Photorezeptor, der das Licht einfängt, und einer Pigmentzelle, die den Photorezeptor zu einer Seite hin abschirmt. Diesen Augentyp hat schon Charles Darwin als Ur-Augen beschrieben, als die ersten Augen in der Evolutionsgeschichte. Mit ihren Augenflecken können die Tiere keine Objekte erkennen, sehr wohl aber die Einfallsrichtung des Lichts. Diese Fähigkeit ist für die Phototaxis, das Schwimmen zum Licht hin, essentiell. Die vertikale Wanderungsbewegung der Planktonorganismen ist der größte Biomassetransport auf der Erde.

"Bislang war völlig unklar, wie die Tiere mit ihren einfachen Augen und Nervenzellen überhaupt zielgerichtet zum Licht hin schwimmen können", sagte Detlev Arendt, der das Projekt am European Molecular Research Laboratory initiiert hat. "Wir vermuten, dass die ersten Augen im Tierreich genau zu diesem Zweck entstanden sind. Die Erkenntnisse über die Phototaxis erlaubt uns, die ersten Schritte der Augenentwicklung nachzuvollziehen."

Die Larve des Ringelwurms Platynereis dumerilii: Deutlich zu sehen sind die Augenflecken, die lediglich aus zwei Zellen bestehen

Der Modellorganismus der Wissenschaftler ist der Ringelwurm Platynereis dumerilii. Seine Larven besitzen je zwei Augenflecke und einen Wimpernkranz, mit dem sie sich fortbewegen. Die Wissenschaftler um Detlev Arendt und Gáspár Jékely haben nun erstmals beschrieben, wie die Augenflecke die Bewegung der Larven regulieren. Wird ein Augenfleck angestrahlt, so sendet die Photorezeptorzelle das Signal über einen Nervenstrang an die umgebenden Wimpern. Diese ändern daraufhin ihre Schlagfrequenz. Der Wasserstrom um die Larve ändert sich. Die Larven, die sich in Form einer Helix schraubenförmig vorwärts bewegen, werden dadurch in ihrer Richtung umgelenkt und bewegen sich auf das Licht zu.

"Platynereis ist ein lebendes Fossil, er lebt schon seit Millionen von Jahren nahezu unverändert an den Küsten gemäßigter und tropischer Meere", sagte Gáspár Jékely vom Max-Planck-Institut für Entwicklungsbiologie. "Wir vermuten, dass die bei Platynereis gefundene direkte Verbindung zwischen Photorezeptor und Fortbewegungsorgan auch schon in den Ur-Augen der ersten Tiere auftrat."

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