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Universität Basel

30. November 2021

Vielfalt im Gehirn: Neue Gene erschaffen neue Zelltypen

Der blinde höhlenlebende Salmlerfisch und sein an der Wasseroberfläche lebender Artgenosse
Der blinde höhlenlebende Salmlerfisch (rosa) und sein an der Wasseroberfläche lebender Artgenosse (silbergrau). (Foto: Wikimedia, Richard Borowsky)

Durch die Verdopplung des Erbguts können Zellen neue Funktionen erhalten. Dieser Prozess bringt möglicherweise neue Zelltypen mit einzigartigen Eigenschaften hervor. Forschende der Universität Basel haben nun in Fischen nachweisen können, dass durch Genverdopplungen neue Zelltypen entstehen, und untermauern damit eine klassische evolutionsbiologische Theorie.

Mit seinen Hunderttausenden Nervenzellen erreicht das Gehirn bei Wirbeltieren die grösste Komplexität im Tierreich. Im Verlauf der Evolution von Wirbeltieren nahm nicht nur die Zahl an Nervenzellen und damit das Volumen des Gehirns zu, sondern auch die Menge und Vielfalt verschiedener Zelltypen mit unterschiedlichsten Funktionen. Weitgehend ungeklärt war jedoch die Frage, wie diese unglaubliche Vielfalt an Zellen entstand und wie sehr sich das Repertoire an Zelltypen zwischen den Tierarten unterscheidet.

Genetische Diversität führt zu neuen Zelltypen

Um dem auf den Grund zu gehen, hat Dr. Maxwell Shafer im Labor von Prof. Dr. Alex Schier am Biozentrum der Universität Basel bei verschiedenen Fischarten und bei Varianten derselben Art den Hypothalamus untersucht. Diese Hirnregion steuert unter anderem den Schlaf-Wach-Rhythmus, aber auch das Hungergefühl und Sozialverhalten.

«Wir haben herausgefunden, dass einige Nervenzelltypen und die dafür verantwortlichen Gene artspezifisch sind», sagt Shafer, Erstautor der Studie. «Die Evolution arbeitet mit dem genetischen Material. Wir zeigen, dass die Entstehung neuer Gene mit der Evolution neuer Zelltypen verbunden ist. Unsere Ergebnisse lassen Überlegungen zu, dass diese Zelltypen neue artspezifische Verhaltensweisen hervorbringen.»

Artspezifische Nervenzelltypen zur Eroberung neuer Lebensräume

Für ihre Studie haben die Wissenschaftler den Zebrafisch mit dem blinden höhlenlebenden Salmlerfisch verglichen, zwei Arten, deren letzter gemeinsamer Vorfahre vor etwa 150 Millionen Jahren lebte, bevor der Urkontinent Pangäa auseinanderbrach. Sie haben im Hypothalamus der Fische etwa 200 verschiedene Nervenzelltypen identifiziert, etwa 25 Prozent davon waren artspezifisch.

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