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Sonderausgabe EIROforum – Februar 2007 |
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EMBL
 Am Anfang
war die Form
Eric Karsenti leitet die Abteilung „Zellbiologie und
Biophysik“ am EMBL. Im Jahre 2009, also 150 Jahre nach
den Arbeiten Darwins über den Ursprung der Arten will dieser
Spezialist auf dem Gebiet des Zytoskeletts mit einem
Segelschiff in See stechen, um die Reise der HMS Beagle
zu wiederholen. Auf dieser Reise konnte der Begründer der
Evolutionstheorie sehr viele Eindrücke zur Untermauerung
seiner Idee sammeln.
Welcher Zusammenhang besteht zwischen Ihren Recherchen am EMBL
auf dem Gebiet der physikalischen Chemie zur Bestimmung der Funktion
des Zytoskeletts und Ihrem Interesse an der Evolutionstheorie?
Das, was mich am meisten fasziniert, ist die Komplexität und Vielfalt der
Formen, die ein Lebewesen annehmen kann. Wie ist eine solche Vielfalt
möglich, und wie konnte sie im Laufe der Evolution entstehen? Dieses
Problem ist schon sehr alt und diese Frage, die heute vernachlässigt
wird, hat sich schon Aristoteles gestellt. Auch noch im 19. und zu
Beginn des 20. Jahrhunderts war sie von großer Bedeutung.
Ein bekanntes Beispiel hierfür sind die Darwin- oder Galapagosfinken.
Während seiner Reise mit der HMS Beagle beschrieb Darwin 13 Finken-
Arten, die auf diesem Archipel im Pazifik leben. Sie alle unterscheiden
sich durch ihre Schnabelform. Dieses Phänomen nennen wir Speziation.
Wie konnte sich die Schnabelform im Laufe der Evolution so vielfach
und außerdem so schnell verändern?
Die Antwort findet man, wenn man auf der Skala der Organisation der
Lebewesen einen Schritt zurückgeht, das heißt vom Organ zurück auf
die Zelle. Das Zytoskelett gibt der Zelle die Form. Um die zelluläre
Morphogenese zu verstehen, habe ich mit einem Team, das zu gleichen
Teilen aus Biologen und Physikern besteht, mit der Arbeit am
Zytoskelett und seinen wichtigsten Bestandteilen begonnen. Das sind:
Aktin, Tubulin und die dazugehörigen Proteine.
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Darstellung von Mikrotubolifilamenten
des Zytoskeletts der Hefe (grün) in
Verbindung mit den Mitochondrien (gelb)
und dem Zellkern (violett)
© EMBL |
Kann man in der Evolution das Erscheinen des Zytoskeletts datieren?
Alle eukaryotischen Zellen (Zellen mit Zellkern) haben ein Zytoskelett.
Bei den Prokaryoten (den Zellen ohne Zellkern, wie zum Beispiel den
Bakterien) findet man keine entsprechende Struktur, obwohl einige
ähnliche Proteine vorhanden sind. Es muss also einen Moment in der
Evolution gegeben haben, als das genetische Material so komplex
wurde, dass die Verteilung der Chromosomen auf zwei identische
Gruppen einen hochentwickelten Mechanismus erforderte: das
Zytoskelett. Bei allen Eukaryoten sind die Chromosomen tatsächlich
durch eine mitotische Spindel aus Mikrotubuli verteilt. Dadurch wird ein
faszinierendes Problem aufgeworfen: die Koevolution einer großen
Anzahl von Genen, die an der Kontrolle der Teilung und der Zellform während der Entwicklung der Eukaryoten beteiligt sind.
Unglücklicherweise ist dieses Gebiet erst wenig erforscht und ich
bedaure, dass man nicht intensiver an dieser Frage der evolutionären
Biologie auf Zellniveau arbeitet. Die Forschungen am Zytoskelett der
einzelligen Eukaryoten dürften sich als äußerst interessant gestalten,
besonders wenn es um das Plankton geht. Unter den lebenden
Fossilien sind einige Planktonarten wahre Fundgruben.
Gibt es ein Beispiel, wo die Mutation eines Genes, das ein Protein des
Zytoskeletts kodiert, das Erscheinen einer neuen Form nach sich zieht?
Absolut. Das ist zum Beispiel der Fall bei der Mutation von Dynein.
Dieses Protein des Zytoskeletts funktioniert wie ein kleiner Motor, der
sich entlang der Mikrotubuli bewegt und die Umkehrung der
Organpositionen bewirken kann: Das Herz nach rechts, die Leber nach
links, usw…
Aber Vorsicht, ich behaupte nicht, dass alle neuen Formen aus der
Mutation der Gene des Zytoskeletts entstehen. Am Beispiel der
Darwinfinken weiß man heute, dass Unterschiede in der Ausprägungsstufe
eines Gens, das ein für die Zellvermehrung zuständiges Hormon kodiert,
für die Schnabelausbildung verantwortlich sind.
Allerdings glaube ich, dass die Untersuchung der physikalisch-chemischen
und dynamischen Prinzipien, die der Zellmorphogenese zugrunde liegen,
erforderlich ist, um zu verstehen, wie die Evolution bis zum heutigen Tage
zu einer solchen Pracht und einem solchen Formenreichtum bei den
Lebewesen führen konnte.
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