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Streiflichter


Studium Integrale Journal
10. Jahrgang / Heft 2 - Oktober 2003
Seite 89 - 95





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Abb.1: Phylogenetische Stellung der Panzerfische und der anderen Fischgruppen. Die meisten Placodermen sind zahnlos; nun haben neuere Studien gezeigt, daß die „höherentwickelten“ Formen dieser Gruppe (Arthrodira) Zähne besaßen (rechts). Diese müßten demnach unabhängig von den Zähnen der anderen Fischgruppen (links) entstanden sein. (Nach Meredith Smith & Johanson 2003)

Zähne sind komplexe Strukturen und treten immer in organisierter Form auf. Daher war bislang angenommen worden, daß sie sich nur einmal evolutiv entwickelt haben, nachdem die ersten kiefertragenden Wirbeltiere, die Panzerfische (Placodermi), entstanden waren (STOKSTAD 2003; vgl. Abb. 1). Die Placodermen besaßen nach bisheriger Kenntnis keine Zähne, diese sollten sich erst nach deren Auftreten und der damit einhergehenden Entstehung der Kiefer entwickelt haben (Abb. 1, links). MEREDITH SMITH & JOHANSON (2003) berichteten im Februar dieses Jahres, daß in den abgeleiteten („höherentwickelten“) Formen der Panzerfische (den Arthrodira) Zahnreihen auftreten. Die Zähne sind aus für kiefertragende Wirbeltiere typischem Dentin aufgebaut und bilden sich an speziellen Stellen. Die Zähne der Placodermen scheinen sich also genauso zu entwickeln wie bei anderen bezahnten Wirbeltieren. Da aber die Zahnentwicklung nur in den abgeleiteten Placodermen vorkommt, müßten die Zähne mindestens zweimal unabhängig entstanden sein, mithin konvergente Evolution vor liegen, schließen MEREDITH SMITH & JOHANSON. Damit seien die Zähne der kiefertragenden Wirbeltiere nicht durchweg homolog, schreiben die Autoren weiter, obwohl sie sich histologisch und in ihrer Anordnung im Kiefer gleichen. Diese Schlußfolgerung könnte nur vermieden werden, wenn die Arthrodira entgegen bisheriger Einschätzung doch nicht zu den fortschrittlichen Panzerfischen gehören sollten (STOKSTAD 2003). Mit einer genaueren phylogenetischen Analyse wollen MEREDITH SMITH und JOHANSON dies klären.

Sollte sich bestätigen, daß eine zwei- oder (wie MEREDITH SMITH und JOHANSON für möglich halten) mehrfache Entstehung der Zähne erfolgte, würde für ein weiteres komplexes Organ gelten, daß eine strukturelle Homologie (Bauplangleichheit) nicht unbesehen als Indikator für phylogenetische Verwandtschaft gelten kann. Es handelt sich dabei um eines von zahlreichen Belegen dafür, daß das Homologieargument der Evolutionslehre nicht stichhaltig ist. Eine ausführliche Darstellung der Homologie-Problematik findet sich in JUNKER (2002; Kapitel 2 und 3).

RJ

[JUNKER R (2002) Ähnlichkeiten, Rudimente, Atavismen. Holzgerlingen; MEREDITHSMITHM & JOHANSONZ (2003) Separate evolutionary origins of teeth from evidence in fossil jawed vertebrates. Science 299, 1235-1236; STOCKSTAD E (2003) Primitive jawed fishes had teeth of their own design. Science 299, 1164.]


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Kürzlich berichteten chinesische Paläontologen über spektakuläre Dinosaurier-Funde aus Unterkreide-Schichten der Provinz Liaoning, China. Sechs Exemplare von Dromaeosauriden, also Raub-Dinosauriern, die häufig als Ausgangsgruppe der Vogel-Evolution gedeutet werden, zeigen neben einer außergewöhnlich guten Knochenerhaltung Abdrücke von Weichteilen, die auf ein Federkleid hinweisen. Die besterhaltenen Exemplare werden einer neuen Art zugeordnet, Microraptor gui und sind ca. 80 cm lang. Das verblüffende an den Funden ist, daß das Federkleid an allen Körperstellen nachweisbar ist. So sind ca. 4 cm lange Federn am hinteren Kopfrand ausgebildet, die als Signalstrukturen gedeutet werden. Das Arrangement der Konturfedern und deren asymmetrischer Aufbau an Vorder- und Hinterextremität werden als Hinweise auf eine funktionale Flug- oder Gleitstruktur angesehen. Auch der sehr lange Schwanz scheint durchgehend gefiedert gewesen zu sein, wobei das Schwanzende mit längeren Federn besetzt war.

Die Autoren bewerten diese Funde als physischen Beweis für eine alte Theorie von HEILMANN, der für die Entwicklung des Vogelfluges eine vierflügelige Zwischenform annahm („Proavis/Tetrapteryx“-Theorie). Microraptor gui wird von den Autoren auch als Beweis für die Richtigkeit der sogenannten „Arboreal“-Theorie angesehen, die besagt, daß die Vorfahren der Vögel baumbewohnende Klein-Dinosaurier waren, die über kurze Gleitflugphasen ihre Umwelt erkundeten. Dies steht im Kontrast zur derzeit favorisierten These, daß sich die Vögel aus schnellen, am Boden lebenden Klein-Dinosauriern entwickelten. Falls die Authentizität der Fossilien tatsächlich einer Überprüfung standhält, sind diese Funde Belege für die Vielfalt an Gleit- und Flugformen während einer bestimmten Epoche in der Erdgeschichte. Ob und in welcher Form hier alle Extremitäten am Gleitoder sogar Schlagflug beteiligt waren, müssen zukünftige Studien erweisen. Eine weitere Diskussion, die sich jetzt anschließen sollte, ist die Frage nach dem Status von Microraptor gui als evolutionäre Zwischenform. Doch noch sind die publizierten Daten zu fragmentarisch, um hier in Spekulationen eintreten zu können.

TR

[XU Z-Z, WANG X, KUANG X, ZHANG F & DU X (2003) Fourwinged dinosaurs from China. Nature 421, 335-340; HEILMANN (1927) The origin of birds, London.]


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So lautet der Titel eines im Juni 2003 erschienenen KurzbeitragsinderZeitschriftNature (ZHOU&ZHANG 2003). Bei solcher Überschrift erwartet man die Präsentation einer Zwischenform zwischen rezenten und fossilen Vertretern der Gattung. Aber der Artikel hält nicht, was er verspricht, was übrigens bereits aus dem Untertitel des Artikels hervorgeht, der im Grunde im Widerspruch zum Haupttitel steht: „Der moderne Ginkgo-Baum hat sich seit den Tagen der Dinosaurier kaum verändert.“

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Abb.1: Unterschiedliche Blätter eines rezenten Ginkgo-Baumes. Neben den typischen Blättern, die an der Spitze zwei- (bis mehr-)lappig sind, gibt es auch tiefer geteilte Blätter. Solche und noch stärker geteilte Blätter sind für Vertreter aus dem Jura und aus der Kreide typisch.

Der bekannte Ginkgo, auch Fächerbaum genannt, ist ein Nacktsamer mit flächig entwickelten, aber sonst nadelblattartigen Blättern. Man trifft den Baum bei uns nicht selten in Parkanlagen. Ginkgo ist eines der bekanntesten Beispiele für ein lebendes Fossil. Die Pflanze war nämlich zunächst nur fossil bekannt, z.B. auch aus Deutschland, und wurde erst viel später auch rezent gefunden, und zwar in Tempelgärten Chinas und Japans. Die rezenten Vorkommen stimmen in ihren Merkmalen mit den fossilen in hohem Maße überein, was in allen einschlägigen Lehrbüchern als sehr erstaunliches Phänomen gewürdigt wird.

Heutiger Ginkgo ist recht variabel. Typisch und bekannt sind die an der Spitze leicht geteilten Blätter, die auch zum Artnamen geführt haben (biloba = zweilappig). Es gibt aber auch ungelappte und – namentlich an Langtrieben und bei Jungpflanzen – etwas tiefer gelappte Blätter (vgl. Abb. 1), worauf übrigens auch die Autoren hinweisen. Der älteste Ginkgo aus dem Jura, G. yimaensis, mit 170 Millionen Jahren datiert, hat besonders tief geteilte Blätter, ähnlich ist es bei der neu gefundenen Art aus der Unterkreide Chinas (Yixian Formation), deren Alter mit 121 Millionen Jahren angegeben wird. Allerdings liegt die schon länger bekannte Art G. adiantoides aus dem Tertiär nicht, wie zu erwarten, intermediär, sondern ist offenbar gar nicht gelappt.

Eine Zwischenstellung wäre also allenfalls im Bereich der weiblichen Blüten zu suchen, bei denen durch die neuen Funde aus der Kreide die bisher klaffende Lücke in der Fossilüberlieferung von über 100 Millionen Jahren geschlossen wurde. Hier ergibt sich folgendes Bild: G. biloba hat je Kurztrieb eine Blüte mit je 2 (selten mehr) ungestielten Samenanlagen, von denen gewöhnlich nur eine ausreift. G. adiantoides hat denselben Blütentyp, aber gewöhnlich zwei Blüten je Kurztrieb. Die neue Ginkgo-Art hat mehrere Blüten mit jeweils mehreren (bis zu 6) ungestielten Samenanlagen, von denen vermutlich nur 1-3 ausreiften. G. yimaensis aus dem Jura besitzt ca. 2 Blüten je Kurztrieb mit deutlich gestielten Samenanlagen und Samen. So ist also, wie die Autoren hervorheben, der neu gefundene Ginkgo dem rezenten Ginkgo ähnlicher als dem aus dem Jura

Jedenfalls handelt es sich bei dem neuen Fossil aus der Kreide nicht um das angekündigte „missing link“, bei dem bezüglich Blüten und Blättern eine zwischen den Funden aus Jura und Tertiär vermittelnde Situation zu erwarten wäre. Vielmehr handelt es sich um eine weitere Bestätigung dafür, daß sich in bestimmten Verwandtschaftskreisen Pflanzen über viele Millionen Jahre herkömmlicher Zeitrechnung nahezu unverändert erhalten haben.

HK

[ZHOU Z-Y & ZHANG B-L (2003) The missing link in Ginkgo evolution. Nature 423, 821-822.]


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In Abhandlungen zur Evolutionslehre wird gerne darauf hingewiesen, daß evolutionstheoretische Erwartungen durch später gemachte Funde oder Experimente bestätigt worden seien. Es gibt jedoch auch ungezählte Beispiele dafür, daß solche Erwartungen widerlegt wurden.

Ein Beispiel dieser Art sind im März 2003 veröffentlichte Befunde, wonach überrachenderweise die Insekten (Hexapoda) nicht monophyletisch (ein einziges Mal entstanden), sondern mehrfach entstanden sein sollen. Bislang war es unter den Systematikern unstrittig, daß die Insekten, zu denen u. a. Zweiflügler, Hautflügler, Käfer, Wanzen, Heuschrecken, Libellen und Schmetterlinge gehören, nur einmal evolutiv entstanden sind. Dafür sprechen zahlreiche Ähnlichkeiten im Bauplan der Tiere. Zusammen mit den Spinnentieren (Chelicerata), Krebstieren (Crustacea) und Tausendfüßlern (Myriapoda) bilden sie den größten Tierstamm, die Gliederfüßer (Arthropoda).

Aufgrund der morphologisch klar begründbaren Monophylie der Insekten durfte man erwarten, daß diese durch molekulare Daten bestätigt wird. Untersuchungen von NARDI und Mitarbeitern (2003) brachten hier jedoch eine Überraschung. Nach genetischen Analysen der kompletten mitochondrialen DNA müssen die Springschwänze (Collembola) vom Rest der Insekten herausgenommen werden; mehrere Arten von Krustentieren stehen demnach dem Hauptteil der Insekten näher als die beiden untersuchten Springschwanzarten. Nach diesen Daten bleibt evolutionstheoretisch nur die Schlußfolgerung, daß die Insekten und mit ihnen wesentliche Merkmale ihres Bauplans mindestens zweimal unabhängig entstanden sind – eine völlig unerwartete Konvergenz (vgl. THOMAS 2003).

Die Evolutionslehre wird durch solche Befunde kaum erschüttert werden; dafür ist sie zu anpassungsfähig. Aber es wird einmal mehr deutlich, daß die vorliegenden Daten nicht zwingend zur Evolutionsanschauung hinführen und daß umgekehrt aus Evolutionstheorien keine eindeutigen Schlußfolgerungen für zu erwartende Beobachtungen gezogen werden können. Letzteres wird häufig als Kritik an Schöpfungsvorstellungen gerichtet (vgl. JUNKER 2003), doch trifft diese Kritik offenbar auch die Evolutionslehre. Eine eindeutige Beziehung zwischen den Daten und ihren Deutungen im Rahmen von Ursprungsvorstellungen gibt es offenbar nicht. Die Natur ist dafür zu kompliziert.

RJ

[JUNKER R (2003) Baum, Baukasten, Netzwerk. Ist die evolutionäre Systematik zirkelschlüssig? Stud. Int. J. 10, 3-11; NARDI F, SPINSATI G, BOORE JL, CARAPELLI A, DALLAI R & FRATIF (2003) Hexapod Origins: Monophyletic or Paraphyetic? Science 299, 1887-1889; THOMAS RH (2003) Wingless Insects and Plucked Chickens. Science 299, 1854-1855]


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Abb.1: Der Schützenfisch. (Zeichnung: Marion Bernhardt; nach einer Vorlage aus Schröpel 1986)

Eine ungewöhnliche Methode, seine Beute zu fangen, benutzt der Schützenfisch (Toxotes jaculatrix). Sie hat sich sogar in seiner Namengebung niedergeschlagen, denn „jaculatrix“ bedeutet „der Ausstoßende“. Der Schützenfisch spritzt nämlich einen kleinen Wasserstrahl von der Wasseroberfläche auf Insekten, die in der über dem Ufer hängenden Vegetation sitzen. Er trifft auf Entfernungen von über 1 m mit unglaublicher Sicherheit. Die Lichtbrechung und die Wellenbewegungen werden beim Zielen berücksichtigt. Die Fähigkeit des Schießens wird durch eine vergleichsweise bewegliche Zunge ermöglicht, die der Fisch gegen den Gaumen pressen kann. Im Gaumen befindet sich eine Rinne, die zusammen mit der Zunge eine Art Blasrohr bildet. Durch kräftiges Schließen der Kiemendeckel wird Wasser aus der Mundhöhle durch diese Röhre gepreßt.

Neuere Untersuchungen förderten nun weitere erstaunliche Fähigkeiten des Schützenfisches zutage. Er muß nämlich nicht nur treffen kennen, sondern auch schnell die Absturzstelle erreichen. Denn die heruntergeschossene Beute wird auch von hungrigen Konkurrenten begehrt. ROSSEL et al. (2002) haben in Aquariumsversuchen herausgefunden, daß der Schützenfisch auch berechnen kann, wo die abgeschossene Beute landen wird. Durch Videoaufnahmen konnten die Wissenschaftler nachweisen, daß sich der Fisch auf den Weg zur zu erwartenden Landestelle macht, noch bevor das Insekt die Wasseroberfläche berührt. Dabei ist Eile geboten, denn die lauernden Artgenossen reagieren genauso. Derartige Rechenkünste wurden bisher noch bei keiner anderen Tierart nachgewiesen. Man stellt unwillkürlich die Frage, wie die Fische diese mathematischen Künste erworben haben. Schließlich muß hinter dieser Fähigkeit durchaus anspruchsvolle Mathematik stecken.

RJ

[ROSSEL S, CORLIJA J & SCHUSTER S (2002) Predicting three dimensional target-motion: how archer fish determine where to catch their dislodged prey. J. Exp. Biol. 205, 33213326; SCHRÖPEL M (1986) Räuber und Beute. Leipzig]


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Die das Erbgut enthaltenden Chromosomen sind keine starren Einheiten, sondern sind veränderlich. Schon seit längerem wurde vermutet, daß der Austausch von Erbmaterial zwischen zwei verschiedenen Chromosomen eine Fortpflanzungsbarriere darstellt und es somit zur Artbildung kommt. Dies konnte nun an Hefen direkt nachgewiesen werden. Die Gruppe der Bäckerhefe Saccharomyces enthält mehrere Arten, die zwar miteinander hybridisieren, deren Nachkommen jedoch meistens steril sind. Es ist bekannt, daß eine der Hefearten, S. mikatae, im Vergleich zu S. cerevisiae eine Chromosomenumlagerung besitzt, bei der (symmetrisch) je ein Teil der Chromosomen VI und VII miteinander vertauscht ist. Kreuzt man beide Hefe-Arten (S.c. x S.m.), so sind weniger als 1% der Sporen überlebensfähig, während die Kreuzung innerhalb der Arten (S.c. x S.c., bzw. S.m. x S.m.) über 90% lebensfähige Sporen erzeugt.

Durch neue gentechnische Methoden ist es möglich geworden, die Umgruppierung der Chromosomenabschnitte nachzuvollziehen. DELNERI und Mitarbeiter haben die entsprechende Vertauschung der S. mikatae-Chromosomenabschnitte in S. cerevisiae künstlich nachvollzogen. Kreuzt man die gentechnisch derart veränderte S. cerevisiae nun mit S. mikatae,so sind die Sporen bis zu 30% lebensfähig. Dieses Ergebnis zeigt zwar einerseits, daß noch weitere Faktoren an der Kreuzungsbarriere beteiligt sind; andererseits, daß die Vertauschung der Chromosomenabschnitte einen wesentlichen Anteil daran hat. Die künstliche Neugruppierung der Chromosomenabschnitte macht die vorausgegangene Artbildung also teilweise rückgängig. Die Forscher vermuten, daß die Vertauschung den ersten Schritt zur Artbildung darstellt und daß die übrigen trennenden Faktoren durch nachfolgende Mutationen entstehen.

NW

[DELNERI D, COLSON I, GRAMMENOUDI S, ROBERTS IN, LOUIS EJ & OLIVER S (2003) Engeneering evolution to study speciation in yeasts. Nature 422, 68-71; WOLFE K (2003) Speciation reversal. Nature 422, 25-26.] NW


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Bei in Gefangenschaft gehaltenen Lachsen werden nach wenigen Generationen die Eier deutlich kleiner zugunsten einer größeren Anzahl der Eier. Dies stellten Daniel HEATH und Mitarbeiter in Studien am Königslachs fest. Lachse werden wie manche andere bedrohte Tierarten in Gefangenschaft vermehrt, um damit die natürlichen Bestände zu unterstützen. Die Änderungen in Anzahl und Größe der Eier sind aber nur in der Gefangenschaft vorteilhaft. In der unbedrohten Umwelt der Züchter entfällt die Selektion. Die jungen Lachse müssen dort nicht so robust wie in der Wildnis sein. In dieser Situation ist es für die Weibchen vorteilhafter, mehr Eier zu legen, die dann aber kleiner sind. An den natürlichen Standorten sind diese Veränderungen dagegen wegen der geringeren Vitalität der Fische nachteilig. Die beschriebenen Effekte waren bei den Königslachsen schon nach vier Generationen erkennbar. Wurden größere Anzahlen gezüchteter Lachse freigelassen, schrumpfte in den betreffenden Flüssen die Eigröße, so daß die Tiere nicht so gut überlebten. Die Zucht führte somit nicht zum erwünschten Erfolg zur Rettung der bedrohten Art. Nur bei allmählicher Aufstockung mit gezüchteten Lachsen blieben die unerwünschten Auswirkungen der Selektion auf die Eigröße gering.

RJ

[HEATH DD, HEATH JW, BRYDEN CA, JOHNSON RM & FOX CW (2003) Rapid evolution of egg size in captive salmon. Science 299, 1738-1740.]


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Abb.1: Die veränderliche Krabbenspinne mit Beute auf einer Arnikablüte. (Foto: R. Junker)

Einige europäische Krabbenspinnen passen sich farblich an Blüten an, in denen sie sich aufhalten und auf ahnungslose Beute warten (Abb. 1.). Die Tarnfarbe kann unterschiedlich ausfallen (z. B. gelb oder rosa). Eine australische Art der Krabbenspinnen, Thomisus spectabilis, „verfolgt“ eine andere Strategie. Auf weißblühenden Chrysanthemen ist diese Spinnenart durch Reflektion von UV-Licht für die UV-sichtigen Bienen besonders auffällig (für das menschliche Auge ist die Spinne dagegen getarnt). Die Blüten erscheinen den Bienen auf diese Weise besonders attraktiv. Dies zeigten Versuchsreihen mit Blüten, auf welche betäubte Spinnen gesetzt wurden (HEILING et al. 2003). Im Vergleich zu den kontrastärmeren Blüten wurden die von einer Spinne bewohnten Blüten etwa dreimal so häufig angeflogen. Die australische Krabbenspinne verkörpert damit ein weiteres ausgefallenes Beispiel für eine Täuschung der Beute.

RJ

[HEILING AM, HERBERSTEIN ME & CHITTKA L (2003) Crab-spiders manipulate flower signals. Nature 421, 334.]


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Die Aufschüsselung ganzer Genome von Lebewesen offenbarte einen nicht unwesentlichen Anteil von duplizierten Genen. Dabei handelt es sich um Gene, von denen durch fehlerhafte Kopiervorgänge des Erbmaterials Duplikate erzeugt wurden. Handelt es sich bei den Duplikaten nun nur um „Datenmüll“, der sich unweigerlich im Erbgut ansammelt und nach einiger Zeit durch weitere, die Funktion auslöschende Mutationen wieder aussortiert wird? Schon lange wird vermutet, daß es sich hierbei um einen Mechanismus handelt, der Lebewesen hilft, sich an ihre Umwelt gezielter anpassen zu können. Duplizierte Gene könnten im Laufe der Zeit nämlich neue Funktionen annehmen, während das originale Gen nach wie vor seine Aufgabe erfüllt. In diesem Zusammenhang sprach OHNO hier vor dreißig Jahren von der „Spielwiese der Evolution“. Eine experimentelle Bestätigung dieses Konzepts steht jedoch aus; es wird vornehmlich vergleichend-biologisch begründet.

Neue Untersuchungen von GUund Mitarbeitern weisen in eine andere Richtung als von OHNO vermutet: Eventuell sind Duplikationen „Versicherungen“ gegen nachteilige Mutationen und helfen, das Genom zu stabilisieren. Denn wenn eine Kopie ausfällt, kann die andere die entsprechende Funktion immer noch ausüben. Um dies zu untersuchen wurden in der Bäckerhefe Saccharomyces cerevisiae systematisch alle Gene, jeweils immer eines, ausgeschaltet und die Auswirkung unter fünf verschiedenen Wachstumsbedingungen beobachtet. Diese Daten wurden nun in Hinblick auf einzeln vorliegende Gene („Singles“) und doppelt vorhandene („Duplizierte“) ausgewertet: In 29% der Fälle war das Ausschalten von Singles für die Hefe tödlich, während dies nur für 12,4% der Duplizierten gilt. Auf der anderen Seiten hat das Abschalten eines Duplizierten in knapp 65% aller Fälle keinen oder einen kaum meßbaren Effekt, während dies nur für knapp 40% der Singles gilt.

Weiterhin gibt es eine Korrelation zwischen den ausgeschalteten Duplizierten: War der Effekt des Ausschaltens bei der einen Kopie schwach, so war es meistens auch bei der anderen, war der Effekt stark oder tödlich, so galt das für die Kopie ebenso. Die damit zusammenhängende Beobachtung ist: Je ähnlicher sich die Kopien sind, desto mehr überlappt ihre Funktion, und um so mehr können die Duplizierten füreinander eintreten. Angesichts dieser Ergebnisse fragt MEYER in einem begleitenden Kommentar: „[...] es könnte darauf hindeuten, daß OHNO nach allem doch falsch lag. Sind duplizierte Gene eher der Stoff für eine Stabilisierung in der Entwicklung und der Konservierung einer Funktion als der Stoff für evolutionäre Innovation? Wenn dem so ist, wie entstand die Vielfältigkeit der Lebewesen um uns herum?“ MEYER vermutet, daß die Antwort für die evolutionäre Entwicklung dafür mehr in regulativen Genen, in der Synthese mehrerer unterschiedlicher Proteine vom selben Gen, sowie in der Einbindung von Duplikaten in andere Funktionszusammenhänge gesucht werden muß (vergleiche hierzu aber NEUHAUS 2002). Wir dürfen mit Spannung die zukünftige Forschung abwarten, ob Funktionszusammenhänge in Lebewesen durch Veränderung von Regelkreisen tatsächlich erweitert werden können und damit eine Evolution möglich wird. Es ist zu vermuten, daß die Antwort, wozu duplizierte Gene gut sind, nicht in einem „entweder-oder“ liegt. So ist es denkbar, daß Duplikationen zwar eine Feinanpassung der Lebewesen (Mikroevolution) zulassen, gleichzeitig aber einen stabilisierenden Effekt auf das Genom ausüben, um das Überleben der jeweiligen Art zu sichern.

NW

[GU Z, STEINMETZ LM, GU X, SCHARFE C, DAVIS RW & LIW-H (2003) Role of duplicate genes in genetic robustness against null mutations. Nature 421, 63-66; MEYER A (2003) Duplication, duplication. Nature 421, 31-32; NEUHAUS K (2002) Genetinkering: Kann in komplexe biologische Systeme neue Information eingeflickt werden? Stud. Int. J. 9, 59-66]


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Mit Biomineralisation werden Prozesse bezeichnet, durch welche Lebewesen aktiv Mineralien als Bestandteile zum Aufbau und Wachstum ihres Körpers integrieren können. Bekannte Beispiele sind Phosphatmineralien (Hydroxylapatit) im Knochenskelett und in den Zähnen oder Kalkmineralien (Kalzit, Aragonit) in den Schalen von Schnecken und Muscheln. In geologischen Prozessen oder im Labor müssen zur Synthese von Mineralien häufig extreme Temperatur- und/oder Druckbedingungen angewendet werden, während Organismen diese biosynthetisch unter sehr viel milderen Bedingungen herstellen.

LOWENSTEIN beschrieb 1962 erstmals das magnetische Eisenoxid-Mineral Magnetit als Bestandteil der äußeren Zahnschicht bei der Meeresschnecke Chiton. Seither ist eine Vielzahl von Mineralien als Bestandteil von Organismen gefunden und charakterisiert worden.1 Als jüngstes Beispiel publizierten LICHTENEGGER et al. (2002) die Entdeckung, daß der marine Blutegel Glycera dibranchiata das Kupferchlorid-Mineral Atakamit Cu(OH)3Cl in seine Zähne einlagert. (Benennung nach der chilenischen Wüste Atacama, wo das Hauptvorkommen dieses Cu-Minerals ist.)

Bereits 1980 war der Befund publiziert worden, daß Kupfer in den Zähnen von marinen Polychäten (Vielborstern) der Gattung Glycera einen Anteil von 13 Gewichts-% ausmacht und zwar unabhängig vom Kupfergehalt im Meerwasser. Glycera setzt seine vier 1,5 mm langen Zähne ein, um die Körperhülle der Beutetiere zu durchstoßen und Gift zu injizieren.

LICHTENEGGER und Mitarbeiter wiesen nun mittels stoffspezifischer mikroskopischer Untersuchungsmethoden (electron microprobe) das Vorkommen von Atakamit in der Zahnspitze nach. Das Mineral ist dort nicht gleichmäßig verteilt, sondern in spezifischer Weise eingelagert.

Elektronenmikroskopisch zeigten die Autoren, daß das Mineral in Form von Fasern, die von einer Proteinmatrix umgeben sind, in der Zahnspitze eingelagert ist. Diese Fasern sind annähernd parallel angeordnet und weisen einen Durchmesser von jeweils 81 ± 14 nm auf. Mittels Synchroton-Röntgenstreuung wurde deren mineralische Struktur untersucht. Aufgrund der Daten scheint der mineralische Anteil der Fasern polykristallin vorzuliegen, d.h. diese bestehen aus aneinander gelagerten einzelnen Kristallen, die jeweils Größen von 1050 nm aufweisen.

Die ausgeprägte Härte der Zahnspitze korreliert nach den veröffentlichten Daten gut mit dem Gehalt an eingebautem Cu-Mineral. Ein Vergleich der physikalischen Eigenschaften mit menschlichen Zahnkomponenten zeigt, daß die Zahnspitzen von Glycera sehr viel härter sind als menschliches Dentin (Zahnbein, Kernsubstanz des Zahns) und fast so hart wie humanes Enamel (Zahnschmelz) und das bei einem durchschnittlichen Mineralanteil von nur 3,95 % im Vergleich zu 70% und 96 % bei Dentin bzw. Enamel.

Der gemessene Kupferanteil in Glycera-Zähnen ist höher als es dem Mineral Atakamit Cu(OH)3Cl entspricht. Die Autoren führen an, daß Kupferionen wie andere Metallkationen (z.B. Eisen und Zink) durch Koordination mit mehreren Liganden als nichtkovalente Vernetzungselemente von Polymeren fungieren könnten. Diese Vermutung wird durch den Befund gestützt, daß im Matrixprotein der Zähne die Aminosäuren Glycin und Histidin mit 63,2 % bzw. 32,5 % einen auffällig hohen Anteil ausmachen. Histidin spielt eine wichtige Rolle in der Bindung von Metallionen an Proteine.

Möglicherweise, so spekulieren LICHTENEGGER et al., hat Kupfer über die strukturellen Eigenschaften hinaus noch eine weitere biologische Bedeutung für Glycera: Kupfer könnte das Gift während der Injektion aktivieren; derartige Wirkungen von Kupfer sind in der Literatur an anderen Beispielen beschrieben.

Mit diesem Befund ist die reichhaltige Palette von genial optimierten Materialkompositionen in der Natur um ein interessantes Beispiel erweitert. Wie LICHTENEGGER und Mitarbeiter erwähnen, stellt dies ein herausforderndes Beispiel und Vorbild für Materialwissenschaftler und Ingenieure dar.

HB

[LICHTENEGGER HC, SCHÖBERL T, BARTL MH, WAITE H & STUCKY GD (2002) High abrasion restistance with sparce mineralisation: copper biomineral in worm jaws. Science 298, 389-392. Weitere Details und technische Informationen unter: http://www.sciencemag.org/cgi/content/full/ 298/5592/389/DC1]

1 Eine aktuelle tabellarische Auflistung kann im Internet unter der Adresse: http://www.sciencemag.org/cgi/content/full/298/5592/375/DC1 (Tabelle 1) eingesehen werden.


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Am schnellsten findet man etwas über Pflanzen, indem man den Namen und am besten auch ein Stichwort dazu in eine der üblichen Suchmaschinen eingibt. Man findet auf die Weise allerdings nur, was auf irgendeiner Webseite steht, nicht den Inhalt von Datenbanken. Besonders gut ist die Ausbeute z.B. bei www.google.de. Viele Suchmaschinen bieten neuerdings auch die Option Bilder an. Auch hier ist google sehr zu empfehlen.

Einen umfassenden Überblick über alles rund um die Botanik mit zahlreichen Links zu Gesellschaften, Arboreten, Adressen, Zeitschriften, Teildisziplinen, Länderspezifisches usw. liefert der „Internet Directory for Botany“, der von Helsinki aus aufgebaut wurde, aber jetzt von Edmonton in Canada aus weitergeführt wird: www.botany.net/IDB. – Interessant ist auch die Homepage der „International Association for Plant Taxonomy“, u.a. mit dem „Internationalen Code der Botanischen Nomenklatur“ und dem Inhaltsverzeichnis der Zeitschrift „Taxon“: www.bgbm.fu-berlin.de/iapt/.

Bei der Suche nach Familien und Gattungen empfiehlt sich ein Besuch im berühmten „Royal Botanical Garden Kew“ in der „List of Vascular Plant Families and Genera“ nach BRUMMITT. Hier findet man u.a. zu jeder Familie der Farn- und Blütenpflanzen die zugehörigen Gattungen: www.rbgkew.org.uk/data/vascplnt.htm. Benutzerfreundlich ist die Option „fuzzy search“, die auch dann zum Ergebnis führt, wenn der Name nicht ganz korrekt eingegeben wurde. – Gattungsnamen findet man auch im „Index Nominum Genericorum“ (ING), der etwas von der vorhergenannten Datenbank abweicht und neben den Gefäßpflanzen auch die übrigen Abteilungen des Pflanzenreiches berücksichtigt: www.athbun.si.edu/botany/ing/. – Ähnliche Angaben finden sich auch in den „Names in Current Use“: www.bgbm.fu-berlin.de/iapt/ncu/genera/Default.htm.

Wer speziell Angaben über die europäische Flora sucht, hat dazu Zugriff durch die „Flora Europaea Database“, verwaltet vom „Royal Botanic Garden Edinburgh“. Sie enthält alle Farn- und Blütenpflanzen Europas inklusive ihrer länderbezogenen Verbreitung, des Autors und des Publikationsortes: www.rbge.org.uk/.

Seit kurzem gibt es den International Plant Names Index (IPNI), eine riesige Datenbank mit allen publizierten Namen von Pflanzen einschließlich ihrer Bastarde mit zugehörigen bibliographischen Angaben. IPNI ist das Ergebnis einer Zusammenarbeit zwischen den drei weltweit renommierten Institutionen „Royal Botanic Gardens Kew“, „Harvard University Herbaria“ und „Australian National Herbarium“: www.ipni.org/index.html. Der Umfang dieser Datenbank ist eindrucksvoll. Auch hier kann man zum Ziel kommen, wenn man die genaue Schreibweise nicht weiß. Außerdem kann man nach Autoren (und deren Abkürzungen) und nach Zitaten suchen. Möglich ist es auch, sich alle zu einer Gattung oder Familie publizierten Arten ausgeben zu lassen, jeweils mit Link zur gültigen Publikation.

Informationen über den Inhalt von Samenkatalogen, das sind Verzeichnisse der von Botanischen Gärten gesammelten und im internationalen Tausch zur Verfügung gestellten Samen und Stecklinge, erhält man durch Eingabe des Stichworts „Index Seminum“ in einer Suchmaschine oder man besucht die Homepage des „Botanischen Gartens der Universität Hohenheim“ und schaut von dort aus weiter: www.uni-hohenheim.de/~pkdb/gardenlinks.html

Wer ein Buch zu einem botanischen Thema nicht im Verzeichnis lieferbarer Bücher in Deutschland (VLB) findet (www.buchhandel.de), ist gut beraten bei den beiden großen Antiquariaten Koeltz (www.koeltz.com) bzw. beim britischen Natural History Book Service (www.nhbs.co.uk) nachzusehen. Bei beiden sind Bestellung, Lieferung und Bezahlweise unproblematisch.

Noch ein Hinweis über Pflanzen, die unter gesetzlichem Artenschutz stehen. Wegen der sehr komplizierten Naturschutzbestimmungen sind Angaben schwer zu finden. Aber es gibt jetzt eine komplette Datenbank hierzu unter www.wisia.de. (Alle Internetadressen nach dem Stand August 2003.)

HK


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Letzte Änderung: 20.04.2007
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