Ludwig-Maximilians-Universität München
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Evolution

Die harte Schale der Armfüßer

München, 29.04.2015

LMU-Wissenschaftler haben zum ersten Mal die molekularen Mechanismen der Schalenbildung bei Armfüßern umfassend untersucht. Der Vergleich mit anderen Tiergruppen zeigt, dass dieser Prozess evolutionär tief verankert ist.

Magellania venosa Bild: Vreni Häussermann, Universidad Católica de Valparaíso, Chile

Armfüßer (Brachiopoden) sind wirbellose Meerestiere, die vor allem im Erdaltertum weit verbreitet waren. Die Gruppe ist wegen ihres Fossilreichtums berühmt: Bisher sind etwa 30.000 fossile Arten bekannt, von denen die ältesten aus dem Kambrium stammen, also etwa 500 Millionen Jahre alt sind. Heute gibt es vergleichsweise nur noch wenige Arten, die verschiedene Meeresbereiche besiedeln. Ein Kennzeichen der Armfüßer ist ihre zweiklappige Kalkschale. „Wie diese Schale gebildet wird, war bisher ungeklärt“, sagt Professor Gert Wörheide vom Department für Geo- und Umweltwissenschaften und Geobio-Center der LMU, „Wir haben nun die erste umfassende Studie von Genen und Proteinen durchgeführt, die an der Schalenbildung beteiligt sind.“ Über ihre Ergebnisse berichten die Forscher im Fachjournal Genome Biology and Evolution.

Obwohl Armfüßer auf den ersten Blick Muscheln ähneln, sind sie mit diesen nicht verwandt. Im Gegensatz zu Muscheln ist ihre zweiklappige Schale nicht rechts-links symmetrisch, sondern sie besteht aus einer Ober- und einer Bauchseite, wobei die bauchseitige Schale meist größer ist. Die Schale ist entweder aus Calciumcarbonat (Calcit) oder Calciumphosphat sowie aus verschiedenen Proteinen und Kohlenwasserstoffen aufgebaut, die während der enzymatisch gesteuerten Schalenbildung abgesondert und mit in die Schale eingebaut werden. „Daher können in die Schale eingeschlossene Proteine wertvolle Hinweise über den Ablauf der Schalenbildung liefern“, sagt Wörheide.

Einblick in die Evolution der Schalenbildung

Um die Schalenbildung bei Armfüßern aufzuklären, haben die Wissenschaftler am Beispiel des südamerikanischen Armfüßers Magellania venosa nicht nur die Gesamtheit der in der Schale eingeschlossenen Proteine identifiziert, sondern auch untersucht, welche Gene – die die Baupläne für die Proteine codieren – bei der Schalenbildung heutiger Armfüßer aktiv sind. „Dies war das erste derartige Screening überhaupt für einen Armfüßer. Erst durch die Kombination beider Methoden können die molekularen Komponenten der Schalenbildung identifiziert werden“, sagt Wörheide.

Die Ergebnisse des Screenings sind besonders interessant im Hinblick auf andere schalenbildende Organismen, etwa Korallen, Seeigel oder Mollusken (Weichtiere): Sieben der am häufigsten in der Magellania-Schale gefundenen Proteine kommen zwar nur bei Armfüßern vor, haben aber biochemische Eigenschaften, die denen von Proteinen ähneln, die bei den anderen Tiergruppen vergleichbare Funktionen erfüllen. Andere Proteine wiederum stimmen in ihrem Aufbau mit denen der anderen Tiergruppen signifikant überein. Die Wissenschaftler schließen aus ihren Daten, dass ein Teil der genetischen Ausstattung und der molekularen Mechanismen für die Biomineralisation – also des Prozesses, mit dem Organismen mineralische Komponenten bilden – evolutionär tief verankert und ähnlich auch bei anderen wirbellosen Tieren zu finden ist. „Unsere Ergebnisse ermöglichen damit einen ganz neuen Einblick in die Evolution der Schalenbildung bei Armfüßern“, sagt Wörheide, „diese Daten werden auch für zukünftige Studien sehr wertvoll sein.“
(Genome Biology and Evolution 2015)            göd