Waren die ersten Tiere Raubtiere oder Filterfresser wie die Schwämme, die in den heutigen Ozeanen leben? Und welche Rolle spielte die Symbiose mit Algen, etwa mit riffbildenden Korallen? Überraschende Ergebnisse einer Forschungsgruppe um Prof. Dr. Thomas W. Holstein von der Universität Heidelberg zur Entwicklung von Seeanemonen legen nahe, dass ein räuberischer Lebensstil ihre Evolution prägte und einen erheblichen Einfluss auf die Entstehung ihres Nervensystems hatte.
Wie in einem neuen Artikel berichtet, der in der veröffentlicht wurde Verfahren der Nationalen Akademie der Wissenschaftenkonnten die Forscher zeigen, dass die jungen Lebensstadien (Larven) der kleinen Seeanemone Aiptasia sich aktiv von lebender Beute ernähren und nicht auf Algen angewiesen sind. Um ihre Beute zu fangen, nutzen die Anemonenlarven spezielle Nesselzellen und ein einfaches neuronales Netzwerk.
In der frühen Embryonalentwicklung vielzelliger Organismen spielt die Gastrulation eine Schlüsselrolle. „In ihrer einfachsten Form entwickelt sich die Gastrula aus einer hohlen Zellkugel, der Blastula, und bildet ein Larvenstadium mit Darm und Maul; man stelle sich vor, man schiebt an einer Seite eine Kugel nach innen. Alle Tiere durchlaufen dieses Gastrulastadium, das auch existiert haben könnte.“ am Anfang der tierischen Evolution“, erklärt Prof. Holstein, Entwicklungs- und Evolutionsbiologe am Center for Organismal Studies (COS) der Ruperto Carola.
Ira Mägele, einem Mitglied seiner Forschungsgruppe, gelang der Nachweis, dass die Larven der Aiptasia-Seeanemone bereits im späten Gastrula-Stadium mit ihren Nesselzellen Beutetiere geeigneter Größe fangen, sie mit dem Maul aufnehmen und in ihrem Urdarm verdauen .
Die Aiptasia-Seeanemone ist ein Modellsystem für die Erforschung der Endosymbiose bei Korallen und anderen Nesseltieren. „Korallen leben in nährstoffarmen Gewässern und nehmen als Larven oder junge Polypen symbiotische Algenzellen auf. Bei Aiptasia ist dieser Prozess jedoch für Erwachsene wichtig, führt aber nicht zum Wachstum und zur Ansiedlung der Larven, was darauf hindeutet, dass die Ernährung von entscheidender Bedeutung ist.“ Schritt zur Schließung des Lebenszyklus“, so Holstein.
Laboruntersuchungen der Ernährungsbedingungen zeigten, dass die Nahrung für die winzigen Aiptasia-Larven klein genug und lebendig sein musste. Nauplius-Larven von Tisbe-Copepoden sind 50 bis 80 Mikrometer klein und haben eine ähnliche Größe wie Aiptasia-Larven, was sie zu einem idealen Futter macht.
Die Größe der Larven nimmt kontinuierlich und schnell zu, es folgt die Ansiedlung auf dem Substrat und die Metamorphose in Primärpolypen. „Auf diese Weise konnten wir erstmals ausgewachsene Polypen sowie deren Nachkommen züchten“, erklärt Mägele.
Dr. Elizabeth Hambleton, eine beteiligte Forscherin von der Universität Wien (Österreich), sagt: „Durch die Schließung des Lebenszyklus von Aiptasia wird es endlich möglich sein, die notwendigen molekulargenetischen Experimente durchzuführen, die für funktionelle Studien an diesem wichtigen endosymbiotischen Modell erforderlich sind.“ Organismus.“ Prof. Dr. Annika Guse von der Ludwig-Maximilians-Universität München, ebenfalls Co-Autorin der Studie, sieht in diesem experimentellen Ansatz einen Durchbruch für die Arbeit an diesem Modellsystem.
Wie Prof. Holstein betont, zeichnen die gewonnenen Daten ein neues Bild des räuberischen Lebensstils als primäres Merkmal der Nesseltier-Gastrula. Der Evolutionstheoretiker Ernst Haeckel (1834 bis 1919) stellte erstmals die „Gastrula-Hypothese“ auf.
„Aber Haeckels hypothetische Gastrula war eine partikelfilternde Lebensform, ähnlich wie Schwämme. Im Gegensatz dazu besitzen die räuberischen Gastrula von Aiptasia und anderen Nesseltieren spezielle Nesselzellen, die zum Fangen von Beute verwendet werden“, sagt Holstein.
Der räuberische Lebensstil von Gastrula-ähnlichen Formen mit extrusiven Organellen, die Giftstoffe ausscheiden und ebenfalls in einzelligen Organismen und einfachen Würmern zu finden sind, könnte ein entscheidender Treiber für die frühe Evolution mehrzelliger Organismen und die Entwicklung komplexer, organisierter Nervensysteme gewesen sein. nach Holstein.
Mehr Informationen:
Ira Maegele et al, Eine räuberische Gastrula führt zu einer symbioseunabhängigen Besiedlung in Aiptasia, Verfahren der Nationalen Akademie der Wissenschaften (2023). DOI: 10.1073/pnas.2311872120