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Sea Worm Challenges Theorie, wie das Gehirn entwickelt

Wenn Sie weit genug zurück entlang dem Zweig des evolutionären Baumes des Lebens gehen, auf dem Menschen sitzen, gelangen Sie zu dem Teil in der Nähe des Stammes, wo sich Wirbeltiere (Kreaturen mit Stacheln) von wirbellosen Tieren (Kreaturen ohne Stacheln) spalten. Aktuelle Theorien deuten darauf hin, dass das komplexe Gehirn, das wir mit unseren Wirbeltierverwandten teilen, nach diesem Punkt erschien, aber jetzt, dank eines Meereswurms mit einem Rüssel, der sich in Sand auf dem Meeresboden eingräbt, stellt eine neue Studie aus den USA diese Ansicht in Frage.
Unser Gehirn ist viel älter als wir denken, schlagen Forscher von Stanford und der University of Chicago vor, die in der Online - Ausgabe vom 14. März über ihre Ergebnisse schreiben Natur.
Studienautor Chris Lowe, ein evolutionärer Biologe an der Stanford Hopkins Marine Station in Pacific Grove, Kalifornien, sagte der Presse:
"Dieses Papier wird die Art und Weise ändern, wie Menschen über die Evolution des Gehirns denken."
Eines der frühen Stadien der Gehirnentwicklung im Wirbeltierembryo ist die Entstehung eines genetischen "Gerüsts" von Signalzentren, die steuern, wie chemische Signale im sich entwickelnden Gehirn gesendet werden. Das derzeitige Denken ist, dass wichtige Elemente dieses Gerüsts nur in Wirbeltieren wie Menschen zu finden sind, da man sie nicht in anderen Lebewesen sieht, nicht einmal in nahen Verwandten von Wirbeltieren.
Aber wenn Sie Ihr Netz weit genug ausdehnen, finden Sie offenbar Beweise für eine essentielle genetische Maschinerie, von der angenommen wird, dass sie ausschließlich für Wirbeltiere gilt. Lowe und seine Kollegen fanden Hinweise auf diese chemischen Signalzentren an dem überraschendsten Ort: ein Meeresbewohner, der sich von der Unterseite füttert Saccoglossus kowalevskii.
Die Gehirne dieser Meereswürmer sind nicht wie die von Wirbeltieren, und tatsächlich begannen sie sich vor mehr als 500 Millionen Jahren getrennt von Wirbeltieren zu entwickeln. Sie gehören sogar zu einem anderen Stamm, den Hemichordaten. (Ein Stamm ist ein Zweig in der Nähe des Stammes des Lebensbaums: die Rangfolge ist Leben (der Stamm), Domäne, Königreich, Phylum, Klasse, Ordnung, Familie, Gattung und Spezies.)
Lowe, ein Assistenzprofessor für Biologie, sagte:
"Je näher wir hinsahen, desto mehr Ähnlichkeiten fanden wir zwischen diesen seltsamen Würmern und den Gehirnen von Wirbeltieren in ihren zugrunde liegenden molekularen Blaupausen."
"Dies legt nahe, dass wesentliche Teile dieser Blaupausen, die früher für komplexe Gehirne einzigartig waren, viel früher evolutionären Ursprungs sind", fügte er hinzu.
Lowe und Kollegen sagen, dass ihre Ergebnisse zeigen, dass wir weiter schauen müssen und anfangen, untersuchte und anders aussehende Tiere zu erforschen, um das ganze Bild davon zu sehen, wie wir uns alle entwickelt haben. Wir müssen berücksichtigen, dass moderne Tiere bestimmte uralte Prozesse und Eigenschaften verloren haben, sagen sie.
Wir werden vielleicht mehr solcher Entdeckungen sehen, denn wenn die Evolutionsbiologie als Feld reift, bringt sie neue biomedizinische Technologien mit, die den Baum des Lebens auf eine ganz andere Weise betrachten: über die Oberfläche der Lebewesen und ihre Form hinaus bis zu den genetischen Blaupausen kontrolliere das Wachstum von anatomischen Strukturen.
Zum Beispiel fanden Lowe und Kollegen mit solchen Werkzeugen, dass viele wichtige Gene in Eichelwurm-Embryonen in ähnlichen Teilen des Körpers aktiv waren wie in Mäusen und anderen Wirbeltieren, obwohl sie anatomisch sehr unterschiedlich waren.
Für diese Studie untersuchten sie Gehirnherkünfte und suchten nach der molekularen Signatur von drei Gehirn-Signalzentren, die einen Rahmen für die Organisation von Proteinen und Zellen bieten.
Indem sie Proteine ??mit Markern markierten, fanden sie, dass embryonale Eichelwürmer während der Entwicklung ihrer dreiteiligen Gehirne in vergleichbaren Regionen des Embryos drei Proteinkombinationen als Wirbeltiere exprimierten.
In Wirbeltierembryonen kontrollieren die Gehirn-Signalzentren, wo sich Vorderhirn, Mittelhirn und Hinterhirn in späteren Entwicklungsstadien bilden.
In Eichelwurm-Embryos gibt es ein Vorderhirn-ähnliches Signalzentrum, das den Rüssel steuert, ein anderes mittelhirnähnliches, das einen Gewebekragen direkt unterhalb des Rüssels steuert, und ein hirnhirnähnliches, wo der Kragen den Stamm des Wurms trifft.
Und Lowe und Kollegen fanden auch heraus, dass die Proteine ??in jedem Signalzentrum miteinander auf die gleiche Weise kommunizieren wie bei Wirbeltieren. Der Hauptunterschied ist die Form, die das Gehirn im Wurm einnimmt: es kommt nie wirklich als ein eigenes Gehirn zusammen. Stattdessen sind Nervenzellen überall auf Rüssel und Kragen des Wurms verteilt, was das bildet, was Lowe als "Gehirn der Haut" beschreibt.
Biologen hatten geglaubt, dass Signalzentren sich zuerst in Wirbeltieren zusammengefunden hätten, weil sie sie nicht in Seescheiden oder Lanzellen gesehen hätten, die eigentlich näher an Wirbeltieren sind als der Eichelwurm.
Lowe und Kollegen legen nahe, dass ihre neuen Erkenntnisse zeigen, dass Lanzellen viele dieser genetischen Prozesse verloren haben, obwohl sie ein ziemlich komplexes Zentralnervensystem besitzen, das Wirbeltieren ähnlicher ist als ihr eigener Teil des Lebensbaums.
Das war eine der größten Überraschungen für sie, sagte Lowe. Jeder betrachtet Lanzetten als eine Art "lebenden Fossil" Beweis dafür, wie sich das Wirbeltierhirn entwickelt hat.
"Diese Erkenntnisse erinnern uns daran, dass moderne Tiere alle an den" Spitzen der Äste "des Evolutionsbaums stehen", sagte Lowe.
"Und wenn wir nach Beweisen dafür suchen, wie unsere gemeinsamen Vorfahren sind, müssen wir alle Zweige untersuchen, um die richtigen Hinweise zu finden", fügte er hinzu.
Geschrieben von Catharine Paddock

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