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Kompaktlexikon der Biologie: Musterbildung

Musterbildung, die Anordnung von Zellen zu spezifischen dreidimensionalen Strukturen; M. ist ein grundlegender Vorgang für die Ausformung eines Organismus und seiner Teile während der Entwicklung. Die Gesamtheit der molekularen Signale, welche die M. steuern, ist die Lageinformation (Positionsinformation). Sie vermittelt die Lagebeziehung einer Zelle bezogen auf ihre Nachbarn, und wie die Zelle und ihre Nachkommenschaft zukünftig auf molekulare Signale reagieren werden, und beruht auf der Fähigkeit von Zellen, von Ort zu Ort unterschiedliche Signale wahrzunehmen. Die Zellen erhalten also eine Information darüber, wie ihre Position im Embryo ist und setzen diese Information um, indem sie sich gemäß ihres genetischen Programms differenzieren. Die Festlegung der Zellposition kann durch verschiedene Mechanismen geschehen: Liegt z.B. ein Konzentrationsgradient einer bestimmten Substanz entlang einer Zellreihe vor, so bestimmt die Konzentration dieses Stoffes, die in einer beliebigen Zelle dieser Reihe herrscht, sehr genau die Position dieser Zelle in Bezug auf das Ende der Reihe. Solch eine an der M. beteiligte chemische Substanz, deren Konzentration je nach Position unterschiedlich ist, wird Morphogen genannt. Räumliche Muster können sich aber auch durch Lateralinhibition (laterale Hemmung) bilden. In einer Reihe von Zellen, die alle das gleiche Potenzial haben, sich z.B. zu Nervengewebe zu differenzieren, können die Zellen, die als erste mit der Differenzierung beginnen, die direkt benachbarten Zellen daran hindern, das Gleiche zu tun, z.B. indem sie einen Hemmstoff sezernieren. Eine weitere Möglichkeit, Zellen eine bestimmte Identität zu verleihen, die dann zur M. führt, ist diejenige, dass ein cytoplasmatischer Faktor bei der Zellteilung ungleich auf die Tochterzellen verteilt wird (asymmetrische Zellteilung) und diese sich daher unterschiedlich entwickeln. Ein Beispiel hierfür ist die erste Furchungsteilung des Nematodeneies, durch welche die Längsachse des Embryos vorgegeben wird. Bei der M. spielen drei verschiedene Gruppen von Genen eine wichtige Rolle: Die Polaritätsgene legen die Polaritätsachse und die Koordination des Embryos fest. Die Segmentierungsgene sorgen für die Unterteilung des Embryos in eine bestimmte Zahl von Segmenten. Die homöotischen Gene determinieren die besondere Qualität der verschiedenen Segmente.

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  • Die Autoren

Redaktion:
Dipl.-Biol. Elke Brechner (Projektleitung)
Dr. Barbara Dinkelaker
Dr. Daniel Dreesmann

Wissenschaftliche Fachberater:
Professor Dr. Helmut König, Institut für Mikrobiologie und Weinforschung, Johannes Gutenberg-Universität Mainz
Professor Dr. Siegbert Melzer, Institut für Pflanzenwissenschaften, ETH Zürich
Professor Dr. Walter Sudhaus, Institut für Zoologie, Freie Universität Berlin
Professor Dr. Wilfried Wichard, Institut für Biologie und ihre Didaktik, Universität zu Köln

Essayautoren:
Thomas Birus, Kulmbach (Der globale Mensch und seine Ernährung)
Dr. Daniel Dreesmann, Köln (Grün ist die Hoffnung - durch oder für Gentechpflanzen?)
Inke Drossé, Neubiberg (Tierquälerei in der Landwirtschaft)
Professor Manfred Dzieyk, Karlsruhe (Reproduktionsmedizin - Glück bringende Fortschritte oder unzulässige Eingriffe?)
Professor Dr. Gerhard Eisenbeis, Mainz (Lichtverschmutzung und ihre fatalen Folgen für Tiere)
Dr. Oliver Larbolette, Freiburg (Allergien auf dem Vormarsch)
Dr. Theres Lüthi, Zürich (Die Forschung an embryonalen Stammzellen)
Professor Dr. Wilfried Wichard, Köln (Bernsteinforschung)

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