Ein Forschungsteam unter der Leitung von Professor Toru Miura von der Universität Tokio zeigt, wie die Expression von Entwicklungsgenen in den japanischen Grünen Syllidwürmern Megasyllis nipponica zur Bildung ihrer schwimmenden Fortpflanzungseinheit namens Stolon beiträgt. Die Arbeit wurde veröffentlicht in Wissenschaftliche Berichte.
Das Leben findet immer Wege, uns zu überraschen. Das Vorhandensein eines einzigartigen Fortpflanzungsmechanismus bei einigen Ringelwürmern oder segmentierten Würmern ist eine solche Überraschung. In einem Prozess namens Stolonisierung löst sich der hintere Körperteil mit den Keimdrüsen des Syllidwurms von seinem ursprünglichen Körper. Der abgetrennte Teil wird Stolon genannt und ist voller Gameten (Eier oder Spermien).
Der Ausläufer schwimmt alleine umher und laichen, wenn er auf das andere Geschlecht trifft. Autonomes Schwimmen würde nicht nur den ursprünglichen Körper vor Umweltgefahren schützen, sondern könnte auch dazu beitragen, dass sich seine Gameten über größere Entfernungen verteilen.
Um autonom schwimmen zu können, entwickeln die Ausläufer ihre eigenen Augen, Fühler und Schwimmborsten, während sie noch an ihrem ursprünglichen Körper befestigt sind. Doch wie entsteht der Ausläuferkopf in der Mitte des ursprünglichen Körpers?
Das Rätsel um die Entwicklung des Kopfes des Ausläufers im ursprünglichen Körper beschäftigt Wissenschaftler seit langem. Die Forschung von Professor Miura, die von einem großen Interesse an den evolutionären Übergängen von Entwicklungssystemen in Tierlebenszyklen angetrieben wird, hat endlich Klarheit über dieses faszinierende Phänomen gebracht.
Eine schwimmende Megasyllis nipponica mit einem Ausläufer am hinteren Ende. Bildnachweis: Nakamura et al. 2023.
Sorgfältige histologische und morphologische Untersuchungen ergaben, dass die Ausläuferbildung mit der Reifung der Gonaden am hinteren Ende beginnt. Bildet dann im vorderen Teil des sich entwickelnden Ausläufers einen Kopf. Bald darauf bilden sich Sinnesorgane wie Augen und Fühler sowie Schwimmborsten. Bevor sich der Ausläufer löst, entwickelt er Nerven und ein „Gehirn“, um selbstständig wahrzunehmen und sich zu verhalten.
Um die Entwicklung des Ausläuferkopfes zu verstehen, untersuchten Miura und sein Team die entwicklungsbedingten Genexpressionsmuster der geschlechtsreifen Würmer. Von einer bekannten Gruppe von Kopfbildungsgenen ist bekannt, dass sie die Kopfregion verschiedener Tiere definieren. Miura und sein Team fanden heraus, dass diese Gene im Kopfbereich des Ausläufers stärker exprimiert werden. Typischerweise werden die Kopfbildungsgene in der Körpermitte nicht so stark exprimiert. Aber während der Gonadenentwicklung in Sylliden werden Kopfbildungsgene stark in der Mitte des hinteren Endes des ursprünglichen Körpers exprimiert.
„Dies zeigt, wie normale Entwicklungsprozesse verändert werden, um sie an die Lebensgeschichte von Tieren mit einzigartigen Fortpflanzungsstilen anzupassen“, erklärt Miura.
Hox-Gene bestimmen die Körpersegmentierung entlang des Syllidenkörpers. Miura und sein Team gingen davon aus, dass diese Gene entlang der anterior-posterioren Achse unterschiedlich exprimiert würden. „Interessanterweise blieb die Expression der Hox-Gene, die die Identität von Körperteilen bestimmen, während des Prozesses konstant“, sagt Miura.
Dadurch fehlt den Stolonen ein differenzierter Verdauungstrakt und sie haben wiederholt einheitliche Körpersegmente (mit Ausnahme von Kopf und Schwanz). „Dies deutet darauf hin, dass nur der Kopfteil am hinteren Körperteil dazu gebracht wird, das Laichverhalten für die Fortpflanzung zu steuern.“
Die Studie enthüllte nicht nur zum ersten Mal den Entwicklungsmechanismus von Ausläufern, sondern löste auch weitere Untersuchungen zu den Feinheiten dieser bizarren Fortpflanzungsmethode aus. „Wir möchten den Mechanismus der Geschlechtsbestimmung und die endokrinen Regulierungen klären, die den Fortpflanzungszyklen in Sylliden zugrunde liegen“, schließt Miura.
Mehr Informationen:
Morphologische, histologische und Genexpressionsanalysen zur Stolonisierung bei der Japanischen Grünen Syllide, Megasyllis nipponica (Annelida, Syllidae), Wissenschaftliche Berichte (2023). DOI: 10.1038/s41598-023-46358-8