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Rätselhafter Mehrzeller : Wozu Nerven, Drähte und Gehirne?

  • -Aktualisiert am

Trichoplax adhaerens Bild: Ana Signorovitch/Yale University

Der Meeresbewohner Trichoplax ist ein extremer Minimalist, kaum ein Wesen gibt mehr Rätsel auf. Nicht einmal welche Stellung er im Reich der Kreaturen einnimmt, lässt sich sicher sagen.

          Trichoplax adhaerens ist ein minimalistisches Tierchen. Ohne Kopf, ohne Gliedmaßen und kaum größer als ein Millimeter, gleicht es auf den ersten Blick einer Amöbe. Was da gemächlich umherkriecht und ständig seine Form verändert, entpuppt sich aber als vielzelliger Organismus. Allerdings mit nur sechs unterschiedlichen Zelltypen. Nervenzellen gibt es nicht, geschweige denn ein Nervensystem. Bestimmte Zellen sind jedoch mit einem molekularen Inventar bestückt, das sonst nur Nervenzellen besitzen. Dazu gehören unter anderem kleine Eiweißmoleküle, die Endomorphinen von Säugetieren gleichen. Also Signalmolekülen, die an denselben Schaltstellen andocken wie Morphin und andere Opioide. Das hat Adriano Senatore von der University of Toronto in Mississauga gemeinsam mit Thomas Reese und Carolyn Smith von den National Institutes of Health in Bethesda, Maryland entdeckt, als sie Exemplare von Trichoplax adhaerens genauer unter die Lupe nahmen.

          Ähnliches Getier vom Stamm der Placozoen ist in der Gezeitenzone tropischer und subtropischer Meere rings um den Globus zu finden. Wissenschaftlich beschrieben wurde bislang aber nur eine einzige Art: Flach wie ein Pfannkuchen, besteht Trichoplax adhaerens aus zwei Zellschichten. Dazwischen erstreckt sich ein Netzwerk aus verzweigten Zellen, die sich vermutlich zusammenziehen können und dadurch die äußere Form des winzigen Tierchens verändern. Die meisten Zellen auf der Unterseite werden für die Fortbewegung genutzt. Der Wimpernschlag haarförmiger Auswüchse – sogenannter Cilien – lassen Trichoplax über Mangrovenwurzeln, Muschelschalen oder Steine dahingleiten. Ebenfalls auf der Unterseite sitzen Zellen, die bei Bedarf Verdauungsenzyme ausschütten. Den verdauten Inhalt einzelliger Algen scheint Trichoplax dann auch über Zellen aufzunehmen, die ansonsten für die Fortbewegung zuständig sind.

          Einzellige Algen als Nahrungsmittel

          Auf die Bremse zu treten, wenn das Tierchen auf nahrhafte Algen stößt, ist Aufgabe eines dritten Zelltyps. Dort haben Senatore und seine Kollegen dieselbe molekulare Maschinerie nachgewiesen, mit der Nervenzellen spezielle Botenstoffe ausschütten. Die Bläschen, die es zu entleeren gilt, enthalten zum Beispiel Substanzen wie Adrenalin oder Dopamin. Kleine Eiweißmoleküle dienen ebenso als chemische Signale. Entsprechende Moleküle – ähnlich dem aus Gehirnen von Säugetieren bekannten Endomorphin-2 – wurden nun auch im Sekret und in den Bläschen von Trichoplax nachgewiesen. Und zwar mit Hilfe spezifischer Antikörper, an die ein Farbstoffmolekül angekoppelt wurde. Wie dieser fluoreszierende Farbstoff zeigt, sind nur wenige der fraglichen Zellen mittig plaziert. Die überwiegende Mehrzahl ist randständig. Wahrscheinlich sind es Sinneszellen zum Aufspüren einzelliger Algen, die als Nahrung taugen. Wenn nach so einem Fund das endomorphinähnliche Eiweiß freigesetzt wird, wirkt es offenbar als Stoppsignal für die motorisch aktiven Cilien der Nachbarzellen. Das folgern die Forscher um Senatore, wie sie im „Journal of Experimental Biology“schreiben,  aus Experimenten, in denen sie die Umgebung ihrer Forschungsobjekte mit solchen Eiweißmolekülen anreicherten. Schon äußerst geringe Konzentrationen brachten die umherkriechenden Tierchen zum Stillstand. Ebenso gut wie die endomorphinähnlichen Botenstoffe von Trichoplax funktionierte das Endomorphin-2 von Säugetieren.

          Wie aber können die scheibenförmigen Organismen komplett gestoppt werden, wenn sie nur ganz am Rand mit ein paar Algenzellen in Kontakt kommen? Nach Einschätzung der Forscher sind die mutmaßlichen Sinneszellen auch selbst für endomorphinähnliche Botenstoffe empfänglich. Wenn sie über spezielle Rezeptoren eine solche Botschaft erhalten haben, entleeren sie vermutlich ihrerseits Bläschen voller Botenstoffe, die dann wiederum etwas entfernt sitzende Sinneszellen zu demselben Verhalten animieren. Mit so einer Kettenreaktion dürfte sich das chemische Stoppsignal auch über stattliche Exemplare von Trichoplax ausbreiten und noch darüber hinaus. Tatsächlich ließ sich beobachten, dass Artgenossen, die sich ganz in der Nähe aufhalten, ebenfalls pausieren. Mitunter wurden nacheinander sogar mehrere zum Anhalten gebracht. Dabei bestimmte die Diffusionsgeschwindigkeit der freigesetzten Botenstoffe darüber, wie schnell das Stoppsignal weitergeleitet werden konnte. Erst mit der Entwicklung von Nervenzellen haben Tiere einen Weg gefunden, ihre interne Kommunikation enorm zu beschleunigen.

          Keine schnelle Kommunikation nötig?

          Mit ihrem molekularen Instrumentarium besitzen die mutmaßlichen Sinneszellen von Trichoplax anscheinend eine solide Grundausstattung, mit der sie sich allmählich zu Nervenzellen weiterentwickeln könnten. Oder stammt Trichoplax adhaerens womöglich von Organismen ab, die bereits über ein Nervensystem verfügten? Seine Urahnen könnten einst die Nerven verloren haben, als sie im Laufe der Evolution immer mehr schrumpften. Wer sehr klein ist und sich von sesshaften Algenzellen ernährt, kann auch ohne schnelle oder aufwendige Kommunikationswege klarkommen.

          Welche Stellung Trichoplax im Stammbaum der Tiere einnimmt, ist nach wie vor umstritten. Traditionell wurden solche unscheinbaren Meeresbewohner zusammen mit den Schwämmen als jene Lebewesen betrachtet, die sich als Erste von der übrigen Tierwelt getrennt haben. Molekulargenetische Analysen deuten jedoch darauf hin, dass die Rippenquallen schon vorher eigene Wege gegangen sind. Diese mit anderen Quallen nicht näher verwandten Tiere sind nicht nur mit Muskel- und Nervenzellen ausgestattet. Mit einem recht komplexen Sinnesorgan können sie auch die Schwerkraft wahrnehmen, obwohl sie schwerelos im Wasser schweben. Die Frage, ob Vorfahren von Trichoplax einst ihr Nervensystem verloren oder nie eins besessen haben, bleibt auf jeden Fall offen. Schließlich wäre auch vorstellbar, dass die Evolution im Reich der Tiere mehr als einmal Nervenzellen hervorgebracht hat, als schnelle Reaktion und Koordination gefragt waren.

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