Tierisch, pflanzlich oder immateriell?

Frösche, Fruchtfliegen und Rundwürmer beginnen ihr Leben mit einem Plan. Bei Säugetieren dachte man, sie würden nach anderen Regeln spielen. Nun deuten Forschungsergebnisse darauf hin, dass die Zellen von Säugetieren mit demselben Orientierungssinn beginnen wie die anderer Tiere, ihn aber ignorieren können.

Bei vielen Tieren entsteht das Muster für ihren zukünftigen Körperplan in einem Embryo, der nicht mehr als ein Zellhaufen ist; bei einigen kann es sogar schon im Ei erkannt werden. Die helle und die dunkle Hälfte des Eies eines Xenopus-Frosches zum Beispiel entsprechen in etwa dem, was später einmal das Vorder- und das Hinterende des Frosches sein wird.

Bestimmte Zellen des Frosches, die sich in der Nähe des einen Endes, des „Tierpols“, des Embryos befinden, werden zu bestimmten Teilen des zukünftigen Organismus. Zellen in der Nähe des anderen Endes, des „vegetabilen“ Pols, werden zu anderen Teilen oder wachsen zu völlig separaten Strukturen, die den Embryo ernähren. Der wachsende Embryo ist um eine Achse zwischen diesen beiden Polen organisiert. Wenn man die Zellen eines embryonalen Frosches verschiebt, wird auch der zukünftige Frosch durcheinander gewürfelt.

Säugetiere mit Plazenta, wie Mäuse und Menschen, haben Embryonen, die sich zu Beginn nicht besonders organisieren. Man nahm an, dass der Zellhaufen des frühen Embryos auch keinen besonderen Plan hatte.

Säugetiere haben die gleiche Struktur, die bei Fröschen den Tierpol markiert. Aber dieser „Polkörper“ scheint wenig Kontrolle über das Schicksal der Säugetierzellen auszuüben. Die Zellen können verschoben, entfernt oder sogar mit anderen ausgetauscht werden, und die daraus entstehende Maus ist genauso gesund wie ihr unberührter Bruder.

Nun deuten Forschungsergebnisse darauf hin, dass trotz dieser Flexibilität die Zellen des Säugetierembryos denen anderer Tiere viel ähnlicher sind: Sie sind entlang einer Achse organisiert, die vom Ei bis zur Einnistung in der Gebärmutter verfolgt werden kann.

Magdalena Zernicka-Goetz von der University of Cambridge, UK, und ihre Kollegen verwendeten fluoreszierende Proteine, um die Entwicklung von Zellen in Mäuseembryonen von wenigen Zellen bis zur Einnistung einer hohlen Kugel aus 32 Zellen in der Gebärmutter zu verfolgen. Sie fanden heraus, dass die Zellen in der Nähe des tierischen Pols in der gleichen relativen Position blieben, vom frühen Acht-Zellen-Cluster bis zum Stadium der Zellkugel, der „Blastozyste“.

Um zu testen, ob die Zellen während der gesamten Entwicklung ein Ordnungsmuster beibehalten, stellte das Team kombinierte Embryonen her, die ausschließlich aus Zellen des tierischen oder des pflanzlichen Pols bestanden. Die daraus resultierenden Embryonen entwickelten sich jedoch zu normalen, gesunden Mäusen.

Roger Pederson, der an den vorangegangenen Experimenten mitgearbeitet hat, sagt, dass die Daten die Forscher mit einem Paradoxon konfrontieren und „eine erneute Untersuchung der Plastizität des frühen Embryos erzwingen, weil alle klassischen (Säugetier-)Studien ohne Berücksichtigung der Polarität durchgeführt wurden.“

In der Tat scheint die erfolgreiche Entwicklung der durcheinandergewürfelten Embryonen den ursprünglichen Hypothesen der Forscher über einen organisierenden Körperplan zu widersprechen, so die Entwicklungsbiologin Elizabeth Robertson von der Harvard University. Sie räumt jedoch ein, dass embryonale Säugetierzellen möglicherweise eine Art frühe Vorliebe für eine bestimmte spätere Anordnung haben.

Zernicka-Goetz schlägt einen Mechanismus vor, der die verwirrenden Ergebnisse ihres Teams erklären könnte. Die Polarität könnte nach ihrer Zerstörung wiederhergestellt werden, wenn sie durch einen Polaritätsgradienten im Ei verursacht wird, schlägt sie vor. Alternativ könnte die Polarität durch ein Signal aus der Umgebung des Embryos entstehen.

Was auch immer der Mechanismus sein mag, für Pedersen deuten die Ergebnisse darauf hin, „dass die Säugetiere doch nicht so verschieden sind. Es ist, als ob das Säugetier in die Herde zurückgebracht wurde.“

• 1. Ciemerych,M. A., Mesnard, D. & Zernicka-Goetz, M. Animal and vegetal poles of the mouse egg predict the polarity of the embryonic axis, yet are non-essential for development. Entwicklung 127, 3467 – 3474 2000. | PubMed | ISI | ChemPort |
  2. Beddington,S. P. & Robertson, E. J. Achsenentwicklung und frühe Asymmetrie bei Säugetieren. Cell 96, 195 – 209 1999. | Artikel | PubMed | ISI |
  3. Weber,R. J., Pedersen, R. A. Wianny, F., Evans, M. J. & Zernicka-Goetz, M. Polarity of the mouse embryo is anticipated before implantation. Development 126, 5591 – 5598 1999. | PubMed | ISI | ChemPort |