Die Gene der Seedrachen geben Hinweise auf ihr unverwechselbares Aussehen

Auch bei vielen Fischen im Meer heben sich Seedrachen von der Masse ab.

Die funky, fabelhaften Fische sind mit rauen, blattähnlichen Verzierungen geschmückt. Ihre Stacheln sind geknickt. Ihnen fehlen ihre Rippen und ihre Zähne. Und die Verantwortung für die Trächtigkeit wird von den Männchen übernommen.

Durch die Sequenzierung der Genome von zwei Arten von Seedrachen haben Forscher der University of Oregon (UO) genetische Hinweise auf die charakteristischen Merkmale des Fisches gefunden: Ihnen fehlt eine Schlüsselgruppe von Genen, die in anderen Wirbeltieren gefunden werden. Diese Gene helfen, die Entwicklung des Gesichts, der Zähne und Gliedmaßen sowie von Teilen des Nervensystems zu steuern.

Seedrachen gehören zur gleichen Familie wie Seepferdchen und Seenadeln. „Diese Gruppe ist aus verschiedenen Gründen einfach cool“, sagte Clay Small, wissenschaftlicher Assistenzprofessor und Mitglied des Labors von Biologieprofessor Bill Cresko. „Aber Seedrachen sind Sonderlinge in einer Gruppe von bereits sonderbaren Fischen.“

Small leitete das Projekt gemeinsam mit der leitenden wissenschaftlichen Mitarbeiterin Susie Bassham.

„Es gibt ein großes Interesse daran, wie formbar Dinge wie Kopf und Gesicht durch die Evolution sind“, sagte Bassham.

Und Seedrachen können aufgrund der extremen Unterschiede, die sie ziemlich schnell entwickelt haben, gute Fallstudien für diese Art von Frage sein. Die Familie, zu der Seedrachen und Seepferdchen gehören, verzweigte sich vor etwa 50 Millionen Jahren, was nach evolutionären Maßstäben relativ neu ist.

Bassham, Small und ihre Kollegen berichten über ihre Ergebnisse am 22. Juni in der Zeitschrift Verfahren der Nationalen Akademien der Wissenschaften.

In freier Wildbahn leben Seedrachen nur vor der Küste Australiens. Das hat es schwierig gemacht, sie zu studieren. Aber Creskos Labor erhielt durch die Zusammenarbeit mit Wissenschaftlern des Birch Aquarium at Scripps und des Tennessee Aquarium, die Seedrachen in Gefangenschaft züchten, seltenen Zugang zu Gewebeproben.

Die Forscher sequenzierten die Genome von zwei Seedrachenarten, Blatt- und Unkraut-Seedrachen. Sie verglichen diese genetischen Sequenzen mit Seenadeln und Seepferdchen sowie mit anderen weniger eng verwandten Knochenfischen wie Zebrafischen und Stichlingen.

Zusammen mit Seenadeln und Seepferdchen fehlte Seedrachen ein Stück Gene, das die Entwicklung steuert, ein möglicher Hinweis auf die Ursprünge ihrer einzigartigen Form.

Im Vergleich zu ihren nahen Verwandten enthielten Seedrachen auch mehr als übliche Mengen an sich wiederholenden DNA-Sequenzen, die als Transposons bezeichnet werden. Diese auch als „springende Gene“ bezeichneten Sequenzen kopieren sich oft selbst oder wandern im Genom umher. Sie können schnelle genetische Veränderungen verursachen, wenn sie sich mitten in oder in der Nähe eines Gens einfügen und verhindern, dass das Gen wie gewohnt funktioniert.

Das Team verwendete auch ein spezialisiertes Röntgenmikroskop am Knight Campus der UO, um ein hochauflösendes 3D-Bild eines Seedrachens aufzunehmen. Sie scannten den fußlangen Fisch in Abschnitten und fügten die Bilder dann zu einem vollständigen Bild zusammen.

„Niemand zuvor hatte jemals einen Teil eines Seedrachen auf diese Weise mit einer so hohen Auflösung abgebildet“, sagte Bassham.

Auf dieser Detailebene konnten sie die feine Struktur der Knochen des Seedrachen sehen und auch einen Einblick in die Entwicklung einiger der einzigartigen Körperstrukturen des Fisches erhalten.

„Wir konnten sehen, dass die Stützstrukturen für die Blattpaddel Ausarbeitungen von Stacheln zu sein schienen, und dann wurden die fleischigen Anhängsel an den Enden hinzugefügt“, sagte Bassham. „Es lieferte Beweise für die Idee, dass diese (Ornamente) evolutionär von Stacheln abgeleitet sind.“

Die UO-Wissenschaftler hoffen, dass die öffentliche Zugänglichmachung der Genomsequenzen von Seedrachen nicht nur für die weitere Forschung in der Evolutions- und Entwicklungsgenetik nützlich sein wird, sondern vielleicht auch für die Bemühungen, die seltenen Fische zu verstehen und zu erhalten.