Zellbiologie Tierisches Minimum

"Trichoplax hat es gern ein bisschen schmutzig", entschuldigt sich Bernd Schierwater, Professor für Tierökologie und Zellbiologie an der Tierärztlichen Hochschule Hannover, für den Zustand seiner Kulturen. In einem Kellerraum der ehemaligen Fabrikantenvilla, in der sein Institut residiert, stapeln sich unzählige, mit künstlichem Meerwasser gefüllte Petrischalen. Gar so schmuddelig sehen die aber auch wieder nicht aus, lediglich ein paar Fetzen Algenteppich stören die Optik; an der Oberfläche der bereits länger stehenden Gläschen hat sich eine trübe Kahmhaut aus Bakterien abgesetzt.

Algen und Bakterien sind aber nun einmal die Nahrung der eigentlichen Bewohner dieser Minihabitate. Mit bloßem Auge sind sie gerade noch als winzige, zartrosafarbene Flecken auf dem Boden der Schale zu erkennen. Für einen genaueren Blick legt Schierwater, dessen hünenhafte Gestalt kaum unter die niedrige Kellerdecke passt, eine der Schalen unter das Binokular. Aber auch bei maximaler Vergrößerung zeigt sich zunächst nur ein formloser Zellhaufen. Erst nach einigen Sekunden bemerkt man die fließende Bewegung, mit der sich das Tier fortbewegt und dabei nach Art der Amöben ständig seine Form verändert.

Vier Zelltypen reichen

Kein Wunder also, dass der Winzling lange Zeit der Aufmerksamkeit der Naturforscher entging, obwohl er in allen wärmeren Weltmeeren verbreitet ist, wo er auf Steinen, Korallen oder Muschelschalen den Bewuchs abgrast. Erst dem deutschen Zoologen Franz Eilhard Schulze fielen in den achtziger Jahren des 19. Jahrhunderts die bis dato unbekannten Organismen als kleine Pünktchen an den Scheiben eines Meerwasseraquariums im zoologischen Institut der Universität Graz auf. 1883 gab er der neuen Art ihren Namen Trichoplax adhaerens, was in etwa "Klebrige Haarplatte" bedeutet.

Schulze schilderte auch bereits die wichtigsten Eigenheiten im Bauplan des Tierchens: Sein stark abgeflachter Körper besteht lediglich aus zwei Zellschichten, die eine flüssigkeitsgefüllte Körperhöhle umschließen. Organe wie Mund, Magen oder ein Nervensystem fehlen komplett. Unter den wenigen tausend Zellen eines mittelgroßen Trichoplax lassen sich im Mikroskop nur vier verschiedene Typen unterscheiden, deutlich weniger als bei allen anderen mehrzelligen Tieren. So besitzen schon die ebenfalls überaus primitiven Schwämme mindestens dreimal so viele Zelltypen, Insekten bereits hundert und Säugetiere noch einmal doppelt so viele.

Im Falle von Trichoplax reicht es nur zu unterschiedlich geformten Zellen der oberen und unteren Körperdecke, zu Drüsenzellen, die auf der Bauchseite Verdauungsenzyme abgeben, sowie zu den locker in der Körperhöhle verteilten Faserzellen, die sich zusammenziehen können und so für den stetigen Wandel der Körperform verantwortlich sind. Zur Fortbewegung nutzt Trichoplax den Schlag seiner zahlreichen Geißelhaare, die ihn langsam, aber stetig über den Untergrund tragen. Trifft er dabei auf Fressbares, so bildet sich vorübergehend eine kleine Verdauungshöhle zwischen Untergrund und Körper. Verdauungssäfte lösen darin die Nährstoffe, die direkt von den Körperzellen aufgenommen werden.

Raum für Vermutungen

Schon im Körperbau begegnet man den ersten ungelösten Rätseln dieses an Rätseln reichen Tieres. Wofür beispielsweise sind die in der oberen Zellschicht eingelagerten "Glanzkugeln" da, die bereits Schulze beschrieb? Sind die Bakterien, die man regelmäßig im Inneren der Faserzellen findet, Parasiten oder Symbionten? Weitgehend ungeklärt ist auch das Sexualleben der Tiere: Im Labor pflanzen sie sich ausschließlich durch Teilung fort, bilden jedoch gelegentlich auch große Eier. Obwohl noch nie Spermien beobachtet wurden, beginnen die offenbar unbefruchteten Eizellen mit der Zellteilung, die im Labor jedoch früher oder später ins Stocken gerät. Das muss aber nicht heißen, dass es im Meer nicht doch zu sexueller Fortpflanzung kommt - genetische Analysen sprechen dafür, nur fehlt es an Beobachtungen zur Lebensweise im Freiland. "Hier klaffen einfach noch riesige Lücken", sagt Schierwater, der sich schon im Grundstudium entschied, eines Tages Placozoologe zu werden.

Mit diesem Berufswunsch war er damals noch ein ziemlicher Exot, denn das Feld erholte sich erst langsam von dem weitgehenden Desinteresse, mit dem die Wissenschaft Trichoplax lange Jahre begegnet war - eine Arbeit Schulzes von 1914 war für über ein halbes Jahrhundert die letzte wissenschaftliche Arbeit über das Tier, das von vielen Zoologen schlicht für die Larvenform einer Qualle gehalten wurde. Erst Anfang der siebziger Jahre wurde diese Theorie durch Arbeiten des Tübinger Zoologen Karl Grell endgültig widerlegt. Die Nachfahren seiner Versuchstiere, die er in Algenproben aus dem Roten Meer fand, kriechen als "Grell-Klon" noch heute durch viele Petrischalen in Hannover und anderswo.

Komplett sequenziert

Die großen Wissenslücken erschweren bis heute die Antwort auf die große Frage, wo genau Trichoplax im Stammbaum des Lebens einzuordnen ist. Sicher ist, dass seine Ahnen in der grauen Vorzeit des Lebens irgendwann vor rund 600 Millionen Jahren einen eigenen Tierstamm begründet haben. In diese Zeit fällt allerdings auch der Ursprung der vier anderen großen Gruppen mehrzelliger Tiere: der ebenfalls unsymmetrischen Schwämme, der drehsymmetrischen Nesseltiere und Rippenquallen sowie des als "Bilateria" zusammengefassten Restes des Tierreichs, der sich durch einen bilateral-symmetrischen Körperbau auszeichnet. Da es kaum Fossilien dieser weichen Lebensformen gibt, lässt sich heute nur darüber spekulieren, lassen sich die damaligen Verwandtschaftsverhältnisse nur indirekt über den Vergleich heute lebenden Formen rekonstruieren.

Neuen Schwung in die Urahnenforschung brachten die Methoden der modernen Genetik. So steigt auch die Zahl der Publikationen über Trichoplax seit der Jahrtausendwende wieder stark an - eine Entwicklung, an der Schierwater als einer der wenigen Spezialisten und erfolgreichen Züchter der im Labor häufig ohne ersichtlichen Grund eingehenden Tierchen maßgeblich beteiligt war. Als vorläufigen Höhepunkt präsentierte ein internationales Team, dem neben Forschern der amerikanischen Universitäten Berkeley und Yale auch Schierwater angehörte, Ende August in Nature die Ergebnisse der kompletten Sequenzierung des Genoms, das mit rund 98 Millionen Basenpaaren und gut 11 000 Genen das kleinste bekannte eines Vielzellers ist.

Interessante Protogene

Das mag angesichts des simplen Körperbaus nicht verwundern. Erstaunlicherweise entdeckte man jedoch auch eine Reihe von Genen, die man eigentlich nur weitaus höher entwickelten Tieren zugetraut hätte. So enthält Trichoplax' Genom Baupläne für Ionenkanäle, Botenstoffe und Rezeptoren, die bei höheren Tieren in ähnlichen Formen an Aufbau und Funktion des Nervensystems beteiligt sind. Ebenso finden sich in den augenlosen Tieren Gene für den Sehfarbstoff Opsin.

Die Existenz solcher Erbanlagen, die Trichoplax scheinbar doch gar nicht benötigt, sieht auf den ersten Blick wie ein evolutionsbiologisches Paradoxon aus. Von der möglichen Deutung, nach der Trichoplax der sekundär vereinfachte Nachfahr eines bereits sehr viel weiter entwickelten Tieres sein könnte, will Schierwater allerdings nichts wissen. "Diese Gene werden Nerven- oder Augengene genannt, weil sie in höheren Tieren diese Funktion haben. Aber es ist ja völlig klar, dass sie Vorläufer in den frühen Vielzellern gehabt haben müssen." Auch diese Protogene müssten natürlich schon eine Funktion erfüllen: "Trichoplax bewegt sich auf Licht zu. Daran müssen diese Seh- und Nervengene beteiligt sein, auch wenn wir die genauen Mechanismen noch nicht kennen."

Vielleicht am Ursprung aller vielzelligen Formen

Ähnlich lässt sich auch die seit längerem bekannte Existenz von Trichoplax-Genen aus der Gruppe der homöotischen Gene erklären. Diese legen in höheren Tieren unter anderem die Körperachse fest, bestimmen also darüber, wo später Kopf- und Fußende sowie bei den zweiseitig symmetrischen Bilateria Rücken und Bauch sein werden. Doch wozu braucht ein Zellhaufen wie Trichoplax solche Symmetriegene? "Eines dieser Gene namens Trox-2 wird fast ausschließlich in der Nähe des Übergangs zwischen der oberen und unteren Zellschicht abgelesen. Dieser Trox-2-Ring um die Körperscheibe markiert also offenbar schon eine Art Protosymmetrie", sagt Schierwater. Das passt elegant zu seiner Überzeugung, nach der ein Vorfahr von Trichoplax tatsächlich am Fuße des Stammbaums gestanden haben muss und damit der Vater aller vielzelligen Tiere war. Wie kommt es dann, dass ausgerechnet die von ihm mitverantwortete Nature-Arbeit noch den Schwämmen diese Position bescheinigt? "Die Analysen mussten sich auf wenige bekannte Genome konzentrieren und waren deshalb vorläufig."

Dieses Manko soll nun in einer zur Veröffentlichung eingereichten Arbeit ausgeglichen werden. Schierwater ist sich sicher, dass damit ein hundertjähriger Streit ein für alle Mal beendet wird. Nachdem aber allein im vergangenen Jahr sechs unterschiedliche Theorien zum selben Thema veröffentlicht wurden, darf man getrost skeptisch sein. "Im Moment vertritt Schierwater eine Minderheitsmeinung", sagt Allen G. Collins, Kurator für marine Wirbellose am Naturkundemuseum der Smithsonian Institution in Washington.

Aufstieg zum prominenten Modellorganismus?

Schierwater dagegen wittert bei vielen Kollegen handfeste forschungspolitische Interessen: Zur Zeit ließen sich für die Forschung an Schwämmen noch leicht Gelder lockermachen. Das werde sich ändern, sobald sie erst zu einem skurrilen Seitenast der Evolution degradiert wären.

Gleiches könnte man natürlich Schierwater selbst unterstellen: Setzt er sich durch, könnte Trichoplax wie die Fruchtfliege Drosophila zu einem herausragenden Modellorganismus der Biologie werden. Schon jetzt sieht sich Schierwater von über dreißig Kooperationsanfragen anderer Labors regelrecht überrannt. Beträchtlichen Nachholbedarf gibt es: Während die Literaturdatenbank Medline zum Stichwort "Drosophila" über 65 000 Publikationen ausspuckt, bringt es "Trichoplax" gerade mal auf 28 Ergebnisse.