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Zum Liebesleben der Rädertierchen

von Hans-Bertram Braun

Studium Integrale Journal
18. Jahrgang / Heft 2 - Oktober 2011
Seite 98 - 100


Zusammenfassung: Neue Forschungsergebnisse führen immer wieder vor Augen, dass vermeintlich primitive Lebewesen bei genauerem Hinsehen eigentlich nie wirklich „primitiv“ sind. Sie sind es ganz sicher nicht im um-gangssprachlichen Sinn von „einfach“ oder „unkompliziert“. Selbst im phylogenetischen Sinn von ursprünglich erlebt man Überraschungen wenn, wie nachfolgende beschrieben, Merkmale bei vermeintlichen Primitivlingen gefunden werden, die man eigentlich nur bei sogenannten höheren Lebewesen kennt und erwartet.


Rädertierchen (Rotatoria) sind bis zu 3 mm lange, aber oft viel kleinere Lebewesen, die aus einer definierten Anzahl von etwa 1000 Zellen aufgebaut sind (Eutelie) und die zumeist im Süßwasser leben (Abb. 1). Wenn sie festsitzen, strudeln sie sich ihre Nahrung durch das auffällige namensgebende Organ zu, das aus zwei Wimpernkränzen besteht. Vom Grund losgelöst können sie ihr Räderorgan auch zur Fortbewegung nutzen. Rädertierchen sind interessante Objekte für jeden Hobby-Mikroskopierer, aber auch die Evolutionstheoretiker interessieren sich für sie, da sie sehr weit unten im angenommenen Stammbaum eingeordnet werden, auch wenn früheste fossile Belege für Rädertierchen (Bdelloida) erst aus tertiärem Bernstein der Dominikanischen Republik (Poinar & Ricci 1992) bekannt sind.

Abb. 1: Das Rädertierchen Keratella cochlearis. Foto: Timm Reinisch (Wikipedia, Creative Commons Lizenz)

Rädertierchen pflanzen sich zumeist asexuell durch Parthenogenese (Jungfernzeugung) fort; bei manchen Arten, wie Brachionus manjavacas allerdings nur, solange es ihnen gut geht. Werden die Umgebungsbedingungen härter, besinnen sie sich auf die Vorteile der Gemeinschaft, geben ihren Individualismus auf und gehen zur sexuellen Fortpflanzung über. Bei vielen anderen ökologisch durchaus erfolgreichen Arten der Rädertierchen ist dagegen noch nie sexuelle Vermehrung beobachtet worden. Evolutionstheoretisch stellt das eine Herausforderung dar, da sich selbst klonende und damit genetisch statische Organismen gegenüber ko-evolvierenden Konkurrenten oder Parasiten benachteiligt sein sollten. Erklärungsversuche, wie die Rädertierchen es doch geschafft haben könnten, gibt es zwar (Wilson & Sherman 2010), allerdings können sie kaum ein Überleben über die phylogenetisch postulierten extrem langen Zeiträume erklären.

E. Paige Stout, Julia Kubaneka und weitere Mitarbeiter von der School of Chemistry and Biochemistry am Georgia Institute of Technology, Atlanta, haben nun unter Verwendung einer Vielzahl von Methoden nachgewiesen, dass vermeintlich primitive Rädertierchen der Art B. manjavacas sich „schon“ des Sexualhormons Progesteron bedienen (Stout et al. 2010). Nach Extraktion aus Rotatorien-Biomasse gelang es ihnen, eine physiologisch sinnvolle Konzentration des Steroidhormons quantitativ zu bestimmen. Mit fluoreszenzmarkiertem Progesteron konnten sie auch die Existenz und Verteilung des Progesteron-Rezeptors im tierischen Organismus sichtbar machen. Dabei zeigte sich, dass der Rezeptor vor allem in Organen vorkommt, die mit der sexuellen Fortpflanzung zu tun haben. Die Beobachtung, dass weibliche Nachkommen von Rädertierchen deutlich seltener die Umstellung auf sexuelles Verhalten zeigen, wenn die Synthese ihres Progesteron-Rezeptors experimentell gehemmt wird, schlägt die Brücke vom Hormon zum Verhalten: Progesteron spielt bei der sexuellen Fortpflanzung eine entscheidende Rolle. Es erfüllt offensichtlich schon bei Rädertierchen eine Aufgabe, die seiner Funktion bei Säugetieren im Prinzip sehr nahe kommt.

Für die Autoren unterstützen diese Befunde die Sicht eines phylogenetisch alten Ursprungs der hormonellen Regelung durch Steroid-Hormone und legen nahe, dass sich die endokrine Regulierung der Fortpflanzung bei Säugetieren von „primitiven regulatorischen Stoffwechselwegen“ herleitet. Einmal mehr zeigen sich unerwartete Gemeinsamkeiten bei sehr unterschiedlichen Organismen, die in evolutionstheoretischer Sicht eine überraschend frühe Etablierung komplexer Stoffwechselwege erfordern.

Bevor Joseph W. Thornton und Mitarbeiter (2003) bei Weichtieren (Kalifornischer Seehase) Östrogen1-homologe Rezeptoren, also Rezeptoren für Steroidhormone, ähnlich dem oben beschriebenen Progesteron, nachweisen konnten, nahm man an, dass Steroidhormone nur in der Chordaten-Linie vorkämen (v.a. Wirbeltiere). Denn in vollständig sequenzierten Genomen von Vertretern anderer Tiergruppen wie Insekten und Fadenwürmern (Drosophila und Caenorhabditis) konnten sie nicht nachgewiesen werden. Aus dem Nachweis in phylogenetisch gegenüber Chordaten älteren Weichtieren folgerte Thornton damals, dass der ursprüngliche Steroidhormon-Rezeptor schon ein Östrogen-Rezeptor gewesen sein müsse. Durch Genduplikationen hätten sich erst danach Seitenzweig- oder Zwischenprodukte aus dem Syntheseweg zum Östrogen als weitere Steroidhormone etabliert, wie z. B. die ursprünglich aus Säugetieren bekannten Hormone Progesteron und Testosteron. In den Tiergruppen, in denen man keine solchen Rezeptoren findet, seien sie im Laufe der Stammesentwicklung dann wieder verloren gegangen.

Wenn aber Östrogen das ursprünglichste Steroidhormon darstellen soll, muss man sich vor Augen halten, dass Östrogen den Endpunkt des Syntheseweges der Steroidhormone darstellt. Dieser Biosyntheseweg besteht – angefangen vom Ausgangsstoff Acetyl-CoA bis zum Endprodukt Östrogen – aus etwa 30 enzymatisch regulierten spezifischen Schritten. Zur Entfaltung der hormonellen Wirkungen wird dabei nicht nur das Hormon mitsamt den seine Biosynthese regelnden Enzymen, sondern zumindest auch der entsprechende Hormon-Rezeptor benötigt, ein weiteres hochspezifisches Protein. Dass so komplexe Biosynthesewege in den ursprünglichsten Tiergruppen schon vorhanden sind, um dann in verwandten Klassen einfach wieder aufgegeben zu werden, erscheint wenig plausibel. Selbst der Weg zum Progesteron, das wie oben gezeigt bei den „einfachen“ Rädertierchen schon komplizierte Verhaltensweisen kontrolliert, ist nur um wenige Syntheseschritte kürzer.

Es kann kaum von „primitiven regulatorischen Stoffwechselwegen“ gesprochen werden, wenn man die Funktion von Progesteron in Rädertierchen beschreibt.

Warum macht die Natur es sich eigentlich so kompliziert, wenn es auch wesentlich einfacher vorstellbar wäre? Immerhin werden im Tier- und Pflanzenreich selbst in hoch entwickelten Arten neben komplizierten auch sehr viel einfacher gebaute Verbindungen zur Regulation und Signalübermittlung benutzt (z. B. Ethylen, CO, NO). Ein Charakteristikum von Hormonen ist, dass sie ihre Wirkung im Körper weit entfernt vom Ort ihrer Bildung entfalten. Die auf den ersten Blick einfach erscheinenden, nur 1000 Zellen umfassenden und drei Millimeter kleinen Rädertierchen scheinen in dieser Hinsicht Hormone nicht wirklich zu benötigen.

Egal ob nun Östrogen oder Progesteron die ursprünglichsten Steroidhormone darstellen, es kann in jedem Fall kaum von „primitiven regulatorischen Stoffwechselwegen“ gesprochen werden, wenn man die Funktion von Progesteron in Rädertierchen beschreibt. Und warum sich schon Rädertierchen ein so kompliziertes Liebesleben leisten, ist (noch?) ihr Geheimnis.

Es ist durchaus wahrscheinlich, dass in Zukunft noch weitere Regulationsmechanismen wie hier beschrieben bei vermeintlich primitiven Organismen gefunden werden. Erfahrungsgemäß treten so komplexe Merkmale im phylogenetischen Stammbaum unregelmäßig auf und sind in vielen Arten mosaikmäßig verteilt. Dies legt, wie auch der obige Befund bei Rädertierchen, den Vergleich mit einem „Baukastensystem“ nahe, aus dem je nach Bedarf Elemente eingesetzt werden. Die Annahme, dass schon sehr früh in der Stammesgeschichte komplexeste Synthesewege durch unbekannte Mechanismen entstanden seien, erscheint komplizierter und hat damit eine vergleichsweise geringere Erklärungskraft.

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Anmerkungen

1 Östrogene sind die wichtigsten weiblichen Sexualhormone. Sie gehören zur Klasse der Steroidhormone und werden v. a. in den Eierstöcken, in der Schwangerschaft auch in der Plazenta gebildet

Literatur

Poinar GO & Ricci C (1992)
Bdelloid rotifers in Dominician amber: Evidence for parthenogenetic continuity. Experientia 48, 408-410.
Wilson GW & Sherman PW (2010)
Anciently asexual bdelloid rotifers escape lethal fungal parasites by drying up and blowing away. Science 327, 574-576.
Stout E et al. (2010)
Conservation of progesterone hormone function in invertebrate reproduction. In: Proceedings of the National Academy of Sciences 10.1073/pnas.1006074107.
Thornton JW et al. (2003)
Resurrecting the ancestral steroid receptor: ancient origin of estrogen signaling. Science 301, 1714-1717.

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