Neue Einblicke in die Evolution: Erstmals lichtempfindliche Moleküle bei Quallen entdeckt

14.01.2008

Forschende des Biozentrums der Universität Basel um Prof. Walter J. Gehring haben erstmals bestimmte lichtempfindliche Moleküle bei Quallen gefunden, die zuvor nur bei höheren Tieren bekannt waren: so genannte Opsine. Ihre Entdeckung eröffnet neue Einblicke in die Evolutionsgeschichte.

Zellen zur Lichtwahrnehmung in Augen von höheren Tieren werden traditionellerweise in zwei Typen unterschieden: in «ciliäre» Sehzellen, die sich vor allem bei Wirbeltieren, und «rhabdomerische» Sehzellen, die sich bei Insekten finden. Diese beiden Arten unterscheiden sich in der Zellarchitektur wie auch im Übertragungsweg des Lichtsignals. Die Unterschiede zwischen diesen beiden Typen von Photorezeptorzellen wurden bisher mit einer Zeitphase der Evolution in Verbindung gebracht, in der sich Wirbeltieren und Insekten auseinanderentwickelten.

Quallen, entwicklungsgeschichtlich die ältesten Tiere mit komplexen Augen, verwenden überwiegend ciliäre Sehzellen, was aus ihrer Zellarchitektur hervorgeht. Es ist bekannt, dass sich Licht auf zahlreiche Aktivitäten im Verhalten von Quallen und Korallen auswirkt. Ein Beispiel dafür ist das beeindruckende massenhafte Laichen von Korallen im Great Barrier Reef vor Australien. Die bei der Lichtwahrnehmung beteiligten Moleküle sind jedoch bisher nicht erforscht worden.

Nun haben die Forscher Hiroshi Suga und Walter J. Gehring vom Biozentrum der Universität Basel bei zwei verschiedenen Quallenarten nicht weniger als 20 lichtempfindlichen Moleküle (Opsine) entdeckt, nämlich bei Cladonema radiatum, die Augen besitzt, und Podocoryne carnea, die keine Augen hat. Die Studie ergab, dass sämtliche dieser Quallen-Opsine eng mit ciliären Opsinen verwandt sind. Ihre Folgerung: Die Opsine des ciliären und des rhabdomerischen Typs haben sich wahrscheinlich in einer sehr viel früheren Zeit auseinanderentwickelt, nämlich noch bevor sich die Trennung von Quallen und höheren Tieren wie Wirbeltieren und Insekten herausbildete.

In einer weiteren Studie entdeckten die Forscher, dass die Opsine von Quallen an verschiedenen Körperteilen gebildet werden. Bei der Analyse der Gen-Expression von augenspezifischen Opsinen stellten sie fest, dass sie für den Gesichtssinn in den Augen eine Rolle spielen. Dies ist der erste Hinweis überhaupt, dass Quallen genau wie höhere Tiere Opsine für die Lichtwahrnehmung einsetzen.

Zudem stellten die Wissenschaftler fest, dass einige der Opsine von Cladonema radiatum genetisch im Eierstock ausgebildet sind. Dies legt eine Rolle bei der zeitlichen Steuerung der Eiablage nahe, die stark mit dem Wechsel der Mondphasen zusammenhängt. Die Forschungsergebnisse lassen damit auf ein neues Szenario in der Evolution der Photorezeptoren bei Tieren schliessen und werfen ein neues Licht auf das Sehverhalten von Quallen und ihrer Verwandten.

Originalveröffentlichung: Hiroshi Suga, Volker Schmid, and Walter J. Gehring; "Evolution and Functional Diversity of Jellyfish Opsins"; Current Biology 2008, 18: 51-55.

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