Tierische Vorfahren: Wie sahen die Ur-Mehrzeller aus?

Urahn der Tiere besaß bereits Zellen mit stammzellartigen Eigenschaften

Wissenschaftler treibt die Frage um: „Wie sahen die ersten tierischen Mehrzeller und damit die Vorfahren aller Tiere aus?“ Bisher ging die Wissenschaft davon aus, dass es sich bei den ersten tierischen Mehrzellern auf dem Planeten Erde um eine Ansammlung von gleichen Zellen handelte und in den Meeren „Zellbälle“ schwammen. Doch eine genetische Analyse bringt die These ins Wanken. Möglicherweise besaßen die Urahnen der Mehrzeller bereits Zellen, die sich ganz in Stammzellen-Manier in unterschiedliche Gewebe ausdifferenzierten konnten. Die ersten mehrzelligen Lebewesen waren höchstwahrscheinlich komplexer als bislang angenommen und damit keine simplen Zellklumpen.

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Schwämme sind sehr archaische Lebewesen. Die Analyse ihres Erbgutes brachte Wissenschaftler dazu, alte Thesen zur Evolution der Tiere über den Haufen zu werfen. Demnach war der Urahn der Mehrzeller und damit der Vofahre der Tiere kein simpel gestrickter Zellhaufen, sondern deutlich komplexer. Er besaß schon Zellen mit stammzellähnlichen Eigenschaften, die sich in verschiedene Gewebe ausdifferenzieren können.

 

Den Anfang des Lebens markieren einfache, einzellige Organismen, die im Urmeer schwammen. Nach einiger Zeit schlossen sich einige der Einzeller zusammen und bildeten so größere Verbände und ganze Kolonien. Aus diesen gingen im Laufe der Evolution die ersten richtigen Mehrzeller hervor. Die Wissenschaft geht davon aus, dass diese Ur-Mehrzeller und damit die Vorfahren aller Tiere aus begeißelten Zellen bestanden, die den heutigen Kragengeißeltierchen (Choanoflagellaten) oder den Choanozyten der Schwämme sehr ähnlich waren. Letztere kleiden den Innenraum des Schwimmkörpers eines Schwamms aus. Sie erzeugen mit ihrem Geißelschlag den für die Nahrungsbeschaffung so wichtigen Wasserstrom. Er befördert die Nahrung in Richtung Verdauungstrakt, sodass sich der Schwamm-Organismus versorgen kann. Diese Schwamm-Choanozyten ähneln den einzelligen Choanoflagellaten. Deswegen hielten Wissenschaftler diese für die engsten, heute noch lebenden Verwandten der ersten Mehrzeller.

 

Untersuchung von Genom und Transkriptom

Doch bislang wurde diese Theorie nicht überprüft, d. h. es fehlte die Datenlage zur Bestätigung der Hypothese. Das wollten die Biologen an der University of Queensland ändern. Mit Hilfe modernster genetischer Methoden analysierten die Forscher nicht nur das Genom, sondern auch das Transkriptom des Schwamms Amphimedon queenslandica und des Choanoflagellaten Salpingoeca rosetta.

Beim Transkriptom handelt es sich um die in RNA übersetzte Erbinformation der Zelle. Die RNA müssen sich Laien als Lesezeichen vorstellen, die Gene an- und abschalten und so die Synthese von Proteinen steuern. Somit gibt das Transkriptom Aufschluss über die Gen- und Stoffwechselaktivitäten einer Zelle.

 

Studie revolutioniert Bild von der Entstehung des Lebens

Die ersten Analysen zeigten, dass der Schwamm mit den Choanozyten nicht nur einen Zelltyp, sondern noch zwei weitere Zelltypen besitzt: die Pinacozyten und die Archaeozyten. Diese weisen auch deutliche Unterschiede im Transkriptom auf. Sowohl in Choanozyten als auch in Pinacozyten sind hauptsächliche jene Gene aktiv, die für ihre Rolle als Epithelzellen wichtig sind. Bei den Archaeozyten dagegen sind jene Gene aktiv, die für die Steuerung der Zellteilung, der Transkription und der Translation verantwortlich sind.

Doch die Überraschung für die Wissenschaftler gab es beim Vergleich der einzelligen Choanoflagellaten mit den Choanozyten der Schwämme. Hier zeigten sich kaum Übereinstimmungen, denn die Transkriptom-Signaturen passen nicht zusammen. Das jedoch bedeutet, dass diese Zellen nicht die Grundbausteine der Mehrzeller gewesen sein können.  Die Analyse widerlegt damit die These, dass mehrzellige Tiere aus einem Vorfahren hervorgingen, der an einen undifferenzierten Ball aus Chaoanoflagellaten-ähnlichen Zellen erinnert.

 

Die ersten Mehrzeller bestanden aus hochgradig flexiblen Zellen

Das erste mehrzellige Tier sah daher wahrscheinlich anders aus, als bislang angenommen. Doch die Untersuchung lieferte auch einen Hinweis darauf, wie dieser Vorfahre aller Tiere stattdessen ausgesehen haben könnte. Denn ein anderer Zelltyp der Schwämme zeigt auffällige Übereinstimmungen mit den kolonialen Einzellern: Die Archaeozyten ähneln den Choanoflagellaten. Die Archaeozyten jedoch sind sehr wandelbar. Sie können sich zu ganz unterschiedlichen Zelltypen weiterentwickeln. Sie weisen damit eine große Ähnlichkeit zu pluripotenten Stammzellen auf. Der Urahn der mehrzelligen Tiere bestand daher aus einer Ansammlung von wandelbaren und damit stammzellähnlichen Zellen.

Die Zellen der ersten, tierischen Mehrzeller besaßen vermutlich bereits die Fähigkeit, sich in verschiede Zelltypen auszudifferenzieren und so unterschiedliches Gewebe zu bilden. Anders als Pflanzen und Pilze besitzen Tiere weitaus mehr Zellsorten, die ganz unterschiedliche Funktionen erfüllen müssen. So entwickelt sich beispielsweise Knochen, Bindegewebe, Neuronen, Blutgefäße und Muskeln. Diese notwendige Flexibilität in der Zellentwicklung war bei der tierischen Evolution wohl schon von Anfang an vorhanden – dank der Stammzellen. Sie hat die Entwicklung der Tiere maßgeblich mit beeinflusst – sodass von der Ameise bis zum Blauwal im Laufe der Jahrmillionen ein faszinierender Artenreichtum entstehen konnte und die Tiere nicht nur das Wasser, sondern auch das Land und die Luft als Lebensraum eroberten.

 

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