Der einjährige Killifisch lebt in Regionen mit extremer Dürre. Eine Forschungsgruppe der Universität Basel hat nun Berichte In Wissenschaft dass die frühe Embryogenese des Killifisches von der anderer Arten abweicht. Anders als bei anderen Fischen ist ihr Körperbau nicht von vornherein festgelegt. Dies könnte der Art ermöglichen, Trockenperioden unbeschadet zu überstehen.
Der Türkisfarbene Killifisch bewohnt Gebiete, die durch extreme Bedingungen gekennzeichnet sind. Die in Afrika beheimatete Art kann aufgrund ihres einzigartigen Lebenszyklus längere Dürreperioden überleben. In feuchten Perioden legen sie ihre befruchteten Eier im Schlamm ab. Wenn das Wasser austrocknet, sterben die erwachsenen Fische, während die Embryonen im trockenen Schlamm inaktiv bleiben und in die Diapause eintreten. Sobald es regnet, setzt sich die Entwicklung des Embryos fort.
Im Gegensatz zu anderen Tieren zerfallen die frühen Embryonen des Killifisches vollständig in einzelne Zellen, die sich später zu den Körperachsen und dem eigentlichen Embryo zusammenlagern. Die Killifischart Nothobranchius furzeri hat also ihre Embryogenese und ihren Lebenszyklus an ihre Umweltbedingungen angepasst.
Das Team von Prof. Alex Schier am Biozentrum der Universität Basel sowie Forschende der Harvard University und der University of Washington in Seattle haben herausgefunden, dass sich die frühe Embryogenese des Killifischs auch auf molekularer Ebene von der anderer Fischarten unterscheidet.
„Normalerweise wird die dorsal-ventrale Körperachse, also Rücken und Bauch des Fischembryos, bereits von der Mutter vorgegeben“, sagt Schier. „Wir haben nun entdeckt, dass die embryonalen Zellen des Killifisches nicht mütterlich vorstrukturiert sind, sondern sich selbst organisieren, um die Körperachse zu bilden.“ In ihrem Artikel beschreiben die Forscher, wie sich die dorsal-ventrale Achse beim Killifisch ausbildet.
Der sogenannte Huluwa-Faktor spielt in der frühen Embryonalentwicklung von Fischen eine entscheidende Rolle. Er wird von der Mutter an den Embryo weitergegeben und bestimmt die dorsal-ventrale Körperachse. Dies ist entscheidend für die Morphogenese sowie die korrekte Ausbildung und Positionierung der Organe.
„Bisher ging man davon aus, dass Huluwa für die Achsenbildung unverzichtbar ist“, erklärt Schier. „Wir konnten nun zeigen, dass dieser Faktor beim Killifisch inaktiv ist. Die embryonalen Zellen finden von selbst den richtigen Platz, sie organisieren sich nach der Trennung vollständig selbst.“
Anders als bei anderen Fischen erfolgt die Festlegung der dorsal-ventralen Achse bei Killifischen erst später und wird durch embryonale Faktoren reguliert. „Der Embryo entsteht fast wie von Zauberhand“, sagt Schier. „Wie das genau passiert, ist noch unklar.“
„Unter den Fischen weisen jährliche Killifische eine atypische embryonale Entwicklung auf, die die derzeitigen Konzepte der Achsenbildung in Frage stellt“, sagt Schier. Das Fehlen mütterlicher Vorstrukturierung in Killifischembryonen könnte einen Überlebensvorteil bieten und die Ansammlung beschädigter Zellen während Trockenzeiten oder den Verlust von Informationen über die Körperstruktur verhindern.
„Unsere Studie zeigt, dass die Evolution unter dem Selektionsdruck extremer Umweltbedingungen alternative Entwicklungswege findet“, schlussfolgert Schier.
Mehr Informationen:
Philip B. Abitua et al, Achsenbildung beim einjährigen Killifisch: Nodales und β-Catenin regulieren die Morphogenese ohne Huluwa-Vorstrukturierung, Wissenschaft (2024). DOI: 10.1126/science.ado7604. www.science.org/doi/10.1126/science.ado7604