Der Fossilienbestand erzählt uns durch die erhaltenen Überreste von Körperteilen wie Knochen, Zähnen und Schildkrötenpanzern über das Leben in der Antike. Aber wie kann man die Geschichte von Weichteilen und Organen studieren, die schnell zerfallen können und wenig Spuren hinterlassen?
In einer neuen Studie verwenden Wissenschaftler Genexpressionsmuster, Transkriptomik genannt, um die alten Ursprünge eines Organs zu untersuchen: der Plazenta, die für die Schwangerschaft lebenswichtig ist.
„Bei einigen Säugetieren, wie Menschen, ist die Plazenta wirklich invasiv, sie dringt also durch die Gebärmutterwand in das mütterliche Gewebe ein. Bei anderen Säugetieren berührt die Plazenta nur die Gebärmutterwand. Und dann ist da noch alles.“ dazwischen“, sagt Seniorautor Vincent J. Lynch, Ph.D., außerordentlicher Professor für Biowissenschaften an der University at Buffalo College of Arts and Sciences.
„Also, was für Plazentas waren frühe Plazentas?“ er sagt. „Wir verwenden Genexpressionsmuster, um die Evolution der Plazenta zu rekonstruieren und vorherzusagen, wie die Plazenta des letzten gemeinsamen Vorfahren eutherischer Säugetiere aussah. Unsere Daten sagen uns, dass diese Plazenta invasiv war und dass sich nicht-invasive Plazentas mehrfach unter Säugetieren entwickelt haben . Dies spricht ein 150 Jahre altes Rätsel an: Die Leute haben seitdem darüber diskutiert, was für eine Art Plazenta die erste war.“
Wie Lynch erklärt, sind alle lebenden Säugetiere außer Beuteltieren und eierlegenden Monotremen Eutherier, die lange Schwangerschaften haben, bei denen der sich entwickelnde Fötus eine starke physiologische Reaktion bei der Mutter hervorruft.
Die Studie wurde am 30. Juni in veröffentlicht eLife. Lynch leitete die Studie zusammen mit der Erstautorin Katelyn Mika, Ph.D., Postdoc-Stipendiatin der University of Chicago in Humangenetik und Organismusbiologie und Anatomie. Camilla M. Whittington, Ph.D., und Bronwyn M. McAllan, Ph.D., beide an der University of Sydney, sind ebenfalls Co-Autoren.
„Unsere Fähigkeit zu fragen, wie die Plazenta zu verschiedenen Zeitpunkten ihrer Evolution funktioniert haben könnte, indem wir die Genexpressionsprofile von derzeit existierenden Tieren verwenden, um die Vorfahren zu rekonstruieren, ist ein wirklich cooler Ansatz und liefert uns mehr Informationen darüber, wie eine Veränderung der Genexpression dazu beitragen kann Entwicklung einer neuen Eigenschaft“, sagt Mika.
Für die Analyse verglich das Team die Gene, die während der Schwangerschaft im Uterus verschiedener Säugetiere aktiv waren. Nachdem sie festgestellt hatten, dass diese Genexpressionsprofile mit dem Grad der Plazenta-Invasivität korrelierten, nutzten die Wissenschaftler ihre Daten, um vorherzusagen, wie die Plazentas der Vorfahren der Säugetiere aussahen.
Die Studie umfasste etwa 20 Arten, darunter das eierlegende Schnabeltier, beuteltragende Beuteltiere und eine Reihe eutherischer Säugetiere, die lebende Junge gebären.
Die kleine Teilmenge ist eine Einschränkung der Analyse: Die Autoren schreiben in eLife, dass Forschung an einer größeren Anzahl von Arten erforderlich ist, um die Stärke der Ergebnisse zu bestimmen.
Dennoch leistet die Studie wichtige Beiträge zum Verständnis der Entstehung einer Schwangerschaft, sagt Lynch. Von den Ergebnissen könnte auch die moderne Medizin profitieren.
„Zu wissen, welche Gene bei verschiedenen Arten während der Schwangerschaft aktiv sind, sagt uns, wie die Evolution funktioniert“, sagt er. „Aber es sagt uns auch, was eine gesunde Schwangerschaft ausmacht und was schief gehen könnte. Wir finden die Gene, die das richtige Umfeld für gesunde menschliche Schwangerschaften schaffen. Wenn diese Gene nicht auf die richtige Weise exprimiert werden, dann das.“ kann zu Problemen führen.“
Katelyn Mika et al., Gene expression phylogenies and ancestral Transcriptome Reconstruction löst wichtige Übergänge bei den Ursprüngen der Schwangerschaft auf, eLife (2022). DOI: 10.7554/eLife.74297