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Entwicklungsbiologie: Die Arme der Beuteltiere haben Vorsprung

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Beuteltiere sind nahe mit uns "höheren Säugetieren" (Plazentatieren) verwandt. Dennoch zeigen sich schon früh in der Schwangerschaft Unterschiede. Während bei uns die Gliedmaßen des Embryos allmählich wachsen und lange hinter Gehirn und inneren Organen zurückbleiben, reifen die Arme – nicht aber die Hinterbeine – bei den Beutelsäugern schon extrem früh. Die gesamte Entwicklung scheint verzerrt, nur einige Bereiche des Körpers – Blutkreislauf, Nieren, Atmung, Geruchssinn und Extremitäten – machen alsbald einen Sprung nach vorne. Die Biologinnen Anna L. Keyte und Kathleen K. Smith von der Duke University in Durham (USA) untersuchten die genetischen Ursachen für das verstärkte Wachstum der Arme.

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Neugeborene Beutelratte | Neugeborene Beutelratten müssen ohne Hilfe den Weg zur Zitze finden.
Die Fortpflanzungsweise der Beutelsäuger galt lange Zeit als primitiv gegenüber den Plazentatieren. Es ist tatsächlich verwunderlich, dass eine derart risikobehaftete Methode so gut funktioniert. Sie ermöglichte eine große Anzahl ganz unterschiedlicher Arten. Die Tragzeit der Beuteltiere ist generell sehr kurz. Selbst bei ihrem größten heute lebenden Vertreter, dem Roten Riesenkänguru, beträgt sie nur 33 Tage. Deren ausgewachsene Männchen sind 1,80 Meter groß und 90 Kilogramm schwer, doch das Junge wiegt bei der Geburt nur 0,8 Gramm. Gleich nachdem es den Geburtskanal verlassen hat, muss das nackte Würmchen den gefährlichen Weg in den Beutel der Mutter antreten – und ihn vor allem finden. Es orientiert sich wahrscheinlich rein mit Hilfe seines Geruchssinns, eventuell hilft ihm sein Tastsinn. Durch rudernde Bewegungen der Arme krabbelt es vorwärts, mit seinen winzigen Fingern krallt sich am Fell der Mutter fest. Erreicht es den Beutel, erschnuppert es sogar die Zitze, die für das Neugeborene bestimmt ist. Es saugt sich daran fest und bleibt in den nächsten Wochen ununterbrochen mit ihr verbunden.

Die Fortpflanzungsweise hat auch Vorteile

Trotz dieser ungewöhnlichen, unter Umständen sogar gefährlichen Wanderung so früh im Leben sind die Beuteltiere eine weit verbreitete Gruppe. Wir denken sofort an Australien, aber manche Arten leben auch in Südamerika, einige sogar in Kanada. Wie die höheren Säugetiere konnten sie sich an die verschiedensten Lebensbedingungen anpassen. Dass verschiedene australische Arten wie der Beutelwolf ausgestorben sind, nachdem der Mensch Plazentatiere in ihre Lebensräume eingeführt hat, verleitete zu der Annahme, die Beutelsäuger seien rückständig. Dem widerspricht aber, dass beide Gruppen in Südamerika seit Jahrmillionen gemeinsam leben und die Verbreitung mancher Beuteltiere sogar zunimmt. Die Bedrohung vieler Spezies in Australien geht vermutlich auch auf Jagd und die Zerstörung ihrer Lebensräume durch den Menschen zurück.

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Tasmanischer Tiger (Beutelwolf) | Das letzte bekannte Exemplar des Tasmanischen Tigers – auch Beutelwolf genannt – starb 1936 im Zoo von Hobart. Seitdem kommen immer wieder Gerüchte auf, dass Tiere in den Wäldern der australischen Insel gesichtet worden sind. Der endgültige Beleg für ihr Überleben fehlt aber bis heute.
In Regionen, die wenig jahreszeitliche Unterschiede aufweisen, kann es vorteilhaft sein, sich wie ein Beuteltier fortzupflanzen. Die Tragzeit, die dem Weibchen viel Kraft abverlangt, ist kürzer als bei den Plazentatieren. Der Aufwand für das Kind wird stattdessen über eine längere Stillzeit verteilt. Es wurde berechnet, dass die Gesamtenergie der Mutter für ein Junges bei beiden Säugetiergruppen gleich ist. Beim frühen Tod des Nachwuchses wird für Beuteltiere alsbald eine neue Schwangerschaft möglich. Bei einigen Familien, darunter den Kängurus, gibt es zusätzlich eine so genannte verzögerte Geburt. Sie paaren sich direkt nach der Geburt wieder, das jetzt befruchtete Ei teilt sich aber nur bis zu einer Größe von etwa 100 Zellen und ruht dann. Es wächst erst weiter, wenn das alte Jungtier den Beutel verlässt oder stirbt. Auf diese Weise kann die Mutter sogar drei Kinder zugleich haben: eins als Embryo, eins im Inneren und eins außerhalb des Beutels, das aber noch gestillt wird. Kathleen Smith sieht eine bessere Kontrolle der Mutter über die Fortpflanzung darin, dass diese bei Nahrungsmangel das Junge im Beutel aktiv entfernen könnte, bevor sie mit der Schwangerschaft ihr eigenes Leben riskiert.

Frühe Armreifung durch Genaktivierung

Doch erst einmal muss die Voraussetzung für die Reproduktion der Beuteltiere entstanden sein – die früh gereiften Arme, die bereits über Nerven mit dem Gehirn verbunden sind und bewegt werden können. Zunächst ist die Embryonalentwicklung bei beiden Säugetierklassen vergleichbar. Die Besamung erfolgt im Körperinneren, die befruchtete Eizelle wandert daraufhin in die Gebärmutter und nistet sich darin ein. Sie teilt sich, der Zellhaufen wird länglich. Obwohl bei Beutelsäugern ein echter Mutterkuchen (Plazenta) fehlt, erhält der Embryo Nährstoffe von der Mutter. Wenn Kopf und Körper allmählich unterscheidbar sind, erkennt man auch die "Knospen" für die Gliedmaßen. Für deren Ausreifung sind Transkriptionsfaktoren notwendig, die das Ablesen der DNA regulieren. Der Faktor Tbx4 aktiviert die Gene, welche die Hinterbeine aussprossen lassen, mit Hilfe von Tbx5 werden diejenigen für das Wachstum der Arme angeregt.

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Koala mit Kind | Die Koalamutter trägt ihr Kind, wenn es aus dem Beutel geschlüpft ist, noch fast ein Jahr auf dem Rücken mit sich herum.
Keyte und Smith verglichen die Embryonalentwicklung der südamerikanischen Haus-Spitzmausbeutelratte (Monodelphis domestica) mit derjenigen der Hausmaus (Mus musculus). Dabei stellte sich heraus, dass der Faktor Tbx5 für die Arme bei der Beutelratte weit früher als bei der Maus zum ersten Mal aktiv wird. Der Organismus stellt mehr seiner – im Frühstadium noch stark begrenzten Anzahl – Zellen für die Gewebe der künftigen Arme bereit als ein höherer Säuger. Das Protein Ssh für das Wachstum und die Differenzierung von Zellen der Glieder ist bei der Beutelratte ebenfalls früh nachweisbar. Das könnte die schnelle Reifung der Arme erklären. Merkwürdigerweise wird auch Tbx4, der Faktor für die Hinterbeine, auffallend früh abgelesen. Trotzdem sind die hinteren Extremitäten einer Beutelratte bei der Geburt nicht mehr als fleischige Zipfel. Dieses Ergebnis können die beiden Biologinnen noch nicht erklären. Sie vermuten, dass der hintere Teil des Embryos nicht genug Zellen für die Vergrößerung der Beine liefert. Doch die Arme allein reichen aus, um bis zu den Zitzen der Mutter zu gelangen – eine reife Leistung.

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