23.02.10 Unabhängige Evolution der Schalenbildung
Auf unterschiedlichen genetischen Wegen zu Schalen aus Perlmutt
Internationales Forscherteam untersucht molekulare Zusammensetzung der Schalen bei Auster und Meeresschnecke
Muscheln und Schnecken bilden Schalen in unterschiedlichen Formen und Farben, manche fallen durch ihr schillerndes Perlmutt besonders auf. Wie diese Weichtiere die robusten und komplizierten Schalenstrukturen herstellen, hat ein internationales Forscherteam unter der Leitung des Göttinger Geobiologen Dr. Daniel J. Jackson am Beispiel der Muschel Pinctada maxima und der Schnecke Haliotis asinina untersucht. Überraschende Ergebnisse der molekularbiologischen Analysen sind: Beide Arten desselben Tierstammes haben offenbar unabhängig voneinander verschiedene genetische Lösungen für die Schalenbildung entwickelt..
Abb. 1: Schale mit Perlmutt: Schnecke Haliotis asinina.
Quelle: Uni Göttingen
Muscheln und Schnecken bilden Schalen in unterschiedlichen Formen und Farben, manche fallen durch ihr schillerndes Perlmutt besonders auf. Wie diese Weichtiere die robusten und komplizierten Schalenstrukturen herstellen, hat ein internationales Forscherteam unter der Leitung des Göttinger Geobiologen Dr. Daniel J. Jackson am Beispiel der Muschel Pinctada maxima und der Schnecke Haliotis asinina untersucht. Überraschende Ergebnisse der molekularbiologischen Analysen sind: Zum einen haben die beiden Arten desselben Tierstammes offenbar unabhängig voneinander verschiedene genetische Lösungen für die Schalenbildung entwickelt. Zum anderen entdeckten die Wissenschaftler bei der Analyse von Proteinen, die bei der Herstellung der Schalen eine Rolle spielen, bei beiden Arten ungewöhnliche Strukturen, die auch in Zusammenhang mit der Bildung von anderem elastischen Material wie zum Beispiel Spinnenseide bekannt sind.
Die zum Tierstamm der Weichtiere gehörenden Schnecken und Muscheln kommen in ganz unterschiedlichen Lebensräumen vor. H. asinina ist eine in warmen Meeren lebende Schnecke, deren perlmuttreiche Schale die Form einer Ohrmuschel hat und die deshalb auch tropisches Seeohr genannt wird. Die Südsee-Muschel P. maxima ist eine sehr große Auster, die weiße Perlen bildet und daher auch als "Silberlippige Perlauster" bezeichnet wird. Während die Tiere heranwachsen, sondern sie Kalziumkarbonat ab und bilden daraus die Schale.
Wissenschaftler nahmen bislang an, dass die verschiedenen Weichtiere für die Schalenbildung auf die gleichen Gene zurückgreifen. Das Forscherteam um Dr. Jackson fand dagegen heraus, dass die beiden untersuchten Arten nur weniger als zehn Prozent ihrer Gene teilen. Daraus folgern die Wissenschaftler, dass das genetische Repertoire, welches die Schalenbildung ermöglicht, bei den beiden Arten grundlegend verschieden ist. Sie vermuten, dass Muscheln und Schnecken im Laufe der Evolution für die Bildung ihrer Schalen unterschiedliche genetische Lösungen unabhängig voneinander entwickelt haben.
Abb. 2: Schale mit Perlmutt: Muschel Pinctada maxima
Quelle: Uni Göttingen
Bei der Analyse der unterschiedlichen Proteine in H. asinina und P. maxima stießen die Wissenschaftler auf ungewöhnliche Strukturen: Die Proteine haben sich wiederholende Abschnitte, sogenannte Domänen, die aus häufig aufeinanderfolgenden Aminosäuren bestehen. Jede der Domänen faltet sich zu einer unterschiedlichen räumlichen Struktur. Das Zusammenwirken dieser Domänen ist für die Gesamtfunktion eines Proteins entscheidend. "Die in den beiden Arten unterschiedlichen Proteine enthalten jeweils nur wenige der 20 möglichen Aminosäuren, die mehrfach aneinander gereiht werden und eine Sequenz bilden, die oft wiederholt wird", erläutert Dr. Jackson. Ähnliche Proteine sind in der Natur zum Beispiel in der Seide von Spinnen bekannt, in der eine hohe Elastizität erforderlich ist. Daher könnten sie in der Weichtierschale ebenfalls eine wichtige Rolle bei der Bildung stabiler und robuster Schalen spielen.
Die Ergebnisse der Wissenschaftler können helfen zu verstehen, wie Weichtiere die komplizierten Schalenstrukturen herstellen. Die gesammelten Daten könnten Materialwissenschaftlern auch bei Versuchen dienen, die stabile natürliche Keramik Perlmutt künstlich herzustellen.
Dr. Daniel J. Jackson hat seine Arbeit in einem Forschungsteam an der University of Queensland in Australien begonnen; seit Herbst 2008 setzt er seine Forschung als Juniorprofessor an der Universität Göttingen fort. Am Courant Forschungszentrum "Geobiologie", das aus Mitteln der Exzellenzinitiative gefördert wird, hat er die Nachwuchsgruppe "Evolution der Metazoen" aufgebaut. Dort untersuchen Wissenschaftler nun zusätzlich die Süßwasserschnecke Lymnaea stagnalis und kombinieren ihre Analysen mit Genomdaten der Metazoen aus Internet-Datenbanken.
Quelle:
Parallel evolution of nacre building gene sets in molluscs
D. J. Jackson, et. al., Mol. Biol. Evol. 2010, DOI:
10.1093/molbev/msp278
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Unabhängige Evolution der Schalenbildung
(URL: https://www.organische-chemie.ch/chemie/2010/feb/schalenbildung.shtm)
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