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@ Friedrich-Schiller-Universität Jena, Germany

Es geht auch ohne Sex

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Siehe auch die idw-Pressemeldung der Friedrich-Schiller-Universität Jena vom 11.9.2009

Zoologen der Uni Jena publizieren Forschungsergebnisse zur Vermehrung von Schwämmen

Jena (11.09.09) Vom Embryo über die Larve zum ausgewachsenen Organismus – Die Entwicklung ihrer Nachkommen verläuft bei Tieren in einer komplexen Abfolge unterschiedlicher Entwicklungsstadien. Diese ist genetisch genau festgelegt und galt bislang als charakteristisches Merkmal der sexuellen Fortpflanzung im Tierreich. Wissenschaftler des Institutes für Spezielle Zoologie und Evolutionsbiologie der Friedrich-Schiller-Universität Jena zeigen nun aber, dass ähnliche Entwicklungsmuster auch schon bei der asexuellen – der ungeschlechtlichen – Vermehrung von einfachsten Tieren eine Rolle spielen. Gemeinsam mit Physikern des GKSS Forschungszentrums am Deutschen Elektronen Synchrotron (DESY) haben sie die asexuelle Entwicklung von Schwämmen untersucht. Ihre Ergebnisse stellen sie in der aktuellen Ausgabe der Fachzeitschrift „Frontiers in Zoology“ (www.frontiersinzoology.com/content/6/1/19 ) vor.
Schwämme bevölkern vermutlich seit mehr als einer Milliarde Jahre die Weltmeere. „Ein Teil ihres evolutionären Erfolgs liegt darin begründet, sich zusätzlich zur sexuellen Fortpflanzung auch ohne Geschlechtspartner vermehren zu können“, sagt Dr. Michael Nickel von der Jenaer Universität. „Im Falle des Schwamms Tethya wilhelma geschieht dies durch Knospung“, so der Privatdozent weiter. Nickel und seine Mitarbeiter haben die Art vor knapp zehn Jahren im Stuttgarter Zoo „Wilhelma“ entdeckt und seither dient sie als „Haustier für unsere Forschungen“, so Nickel.
Immer wieder trägt der Wilhelma-Schwamm zu neuen Erkenntnissen bei. So auch in der aktuellen Arbeit. Physiker des GKSS erzeugten am DESY mit Hilfe der Röntgen-Microtomographie dreidimensionale Datensätze der sich entwickelnden Knospen des Schwammes. „Dank des äußerst brillianten Röntgenlichts aus der Synchrotronstrahlung am DESY konnten wir die feinen Strukturen der weniger als einen Millimeter großen Knospen erstmals dreidimensional und hochaufgelöst erfassen“, sagt Jörg Hammel . Der Doktorand in der Arbeitsgruppe von Dr. Nickel hat die 3D-Daten, sowie weitere Licht- und elektronenmikroskopische Aufnahmen untersucht. Dabei machte der Stipendiat der Studienstiftung des Deutschen Volkes eine überraschende Entdeckung: Die Entwicklung der Knospen und Körperstrukturen des Schwammes laufen in einer charakteristischen morphologischen Sequenz ab. Das Weichgewebe, das Skelett aus mikroskopischen Glasnadeln und das Wasserleitungssystem, mit dem der Schwamm Nahrung aus dem Wasser filtriert, entstehen in einer festgelegten zeitlichen Abfolge. „Dies widerspricht der bisherigen Ansicht, dass die Knospung bei Schwämmen als unspezifische Auswachsung des Gewebes der erwachsenen Schwämme anzusehen ist“, macht Jörg Hammel deutlich. Damit ähnele die morphologische Entwicklungssequenz der Knospen der Entwicklung eines Jungschwammes aus einer Schwammlarve in der sexuellen Vermehrung. „Der Schluss liegt nahe, dass sexueller und asexueller Vermehrung in Schwämmen ähnliche oder teilweise identische genetische Regulationsprinzipien zu Grunde liegen, die einen gemeinsamen evolutionären Ursprung besitzen“, resümiert Michael Nickel.
Weiterführende Arbeiten der Arbeitsgruppe um Dr. Nickel sollen nun klären, ob die asexuelle Entwicklung in Schwämmen durch dieselbe Gruppe von Genen gesteuert wird, die in anderen – evolutionär später entstandenen Tiergruppen – deren sexuelle Entwicklung regulieren.

Originalpublikation:     Hammel et al. (2009) Frontiers in Zoologie 6:19; http://www.frontiersinzoology.com/content/6/1/19

 

Weitere Informationen:

PD Dr. Michael Nickel
Institut für Spezielle Zoologie und Evolutionsbiologie
mit Phyletischem Museum
Friedrich-Schiller-Universität Jena
Erbertstr. 1
D-07743 Jena
Germany
Tel. +49 3641 949174
Fax. +49 3641 949161
m.nickel (at) uni-jena.de
www.porifera.net
www.uni-jena.de/szeb

Begleitmedien (bitte klicken):

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Bilder (Thumbnails für große Versionen bitte anklicken):
 
Knospenentwicklung am Mutterschwamm
 
 
Zeitliche Sequenz der Knospung am Mutterschwamm
Ein etwa 1 cm großes Exemplar des Schwammes von Tethya wilhelma bildet im laufe von 24 Stunden zahlreiche Knospen (Einzelbilder aufgenommen im Abstand von jeweils mehr als 12 Stunden). Die Knospen entwickeln sich aus kleinen Erhebungen an der Oberfläche des Mitterschwammes, die stielförmig auswachsen, sich am äußeren Ende zunächst keulenförmig verdicken und dann selbst eine sternförmige dreidimensionale Gestalt annehmen. Unmittelbar danach steht die Ablösung bevor.
Copyright: Michael Nickel, porifera.net, Friedrich-Schiller-Universität Jena

 

Entwicklungsschema Knospung

Datei 2: Entwicklungsschema_Knospe.jpg (3.5 MB)


Schema der Entwicklungssequenz von Knospen in Tethya wilhelma
In der Entwicklung der durch Knospung entstandenen Jungschwämme treten vier charakteristische Stadien auf, wobei die ersten drei Stadien durch einen Stil mit dem Mutterschwamm verbunden sind. In den Stadien 1 bis 3 gibt es Hinweise auf eine Rotationssymetrie entlang dieser verbindenden Achse die hauptsächlich aus Skelettnadelbündeln (rot) gebildet wird. Weitere Typen der charakteristischen Skelettnadeln (rot) werden in geringer Zahl, zusammen mit einer großen Zahl undifferenzierter Zellen aus dem Gewebe des Mutterschwammes in die Entwickelnde Knospe transportiert. Mit der Fortentwickelung verändert sich die räumliche Anordnung und Anzahl der Skelettnadelbündel von einer planaren zu einer radiär sternförmigen Anordnung. Dadurch ändert sich ebenfalls die Form des entwickelnden Schwammkörpers von einer abgeflachten zu einer kugelförmigen Gestalt. Schon im Stadium zwei beginnt sich das Gewebe in den inneren, Kragengeißelkammer reichen Bereich des Choanosoms (dunkelgrau) zu differenzieren, bis schließlich im dritten Stadium auch der sich entwickelnde Cortex (hellgrau), der das zentral gelegene Choanosom umschließt, deutlich durch das Entstehen von großen Hohlräumen(blau) (Lacunen) hervor tritt. Mit der Ablösung vom Mutterschwamm im vierten Stadium ist der Schwamm vollständig funktionstüchtig und eigenständig. Sein Körperbau ist identisch mit dem eines erwachsenen Exemplars und wird im Folgenden nur noch an Größe und Volumen zunehmen.
Copyright: Jörg Hammel & Michael Nickel, porifera.net, Friedrich-Schiller-Universität Jena

 

Film:

Zeitliche Sequenz der Knospung am Mutterschwamm
Der Film zeigt 142 Stunden aus dem leben eines Mutterschwammes von Tethya wilhelma. In dieser Zeit werden zahllose Knospen an stielförmigen Ausläufern gebildet, indem der Schwamm Zellen entlang dieser Ausläufer in den zunächst keulenförmigen Endbereich verlagert. Die Keule differnziert sich anschließend zu einer Sternförmig-kugeligen Knospe, die selbst schon Körperausläufer besitzt. In diesem letzten Stadium wird die Knospe abgeworfen und entwickelt sich weiter zu einem festgewachsenen Jungschwamm. Die Ausbildung des sternförmigen Knospenkörpers erfolgt über vier charakteristische Stadien, die sich hauptsächlich im inneren Aufbau der Knospe widerspiegeln. Dabei bilden sich innerlich das wasserleitende Kanalsystem und das sternförmige Körperskelett aus Glasnadeln aus.
Copyright: Conny Heer & Jörg Hammel, porifera.net, Friedrich-Schiller-Universität Jena

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