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Evolution: Evolutionäre Einblicke

Schon Darwin zeigte sich höchst erstaunt darüber, wie das nahezu perfekt gebaute Wirbeltierauge in der Evolution entstehen konnte. Einen hoch komplexen Sehapparat - wenn auch gänzlich anders aufgebaut - besitzen ebenfalls Insekten. Hat die Natur Augen gleich zweimal "erfunden"?
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Als Charles Darwin seine Evolutionstheorie veröffentlichte, musste er sich häufig von seinen Kritikern anhören, so etwas komplexes und perfekt gebautes wie das menschliche Auge könne doch unmöglich "durch Zufall" entstehen. In der Tat hat ihn dieses Argument beunruhigt, und er konnte es nie überzeugend entkräften.

Inzwischen ist allerdings bekannt, dass fast alle Tiere – sei es Wurm, Fliege oder Mensch – uralte Gene besitzen, welche die Entwicklung lichtempfindlicher Zellen steuern. Und die einfach, aber effektiv gebauten Becheraugen der Plattwürmer zeigen, wie erste primitive Sehorgane aus diesen lichtempfindlichen Zellen entstehen können: Die Lichtsinneszellen sind lediglich in einer kleinen Grube versenkt, sodass die Tiere damit zwar kaum "sehen", aber immerhin die Richtung des Lichteinfalls grob bestimmen können.

Was die Zoologen aber nach wie vor erstaunt, ist die Tatsache, dass es im Tierreich gleich zwei grundsätzlich verschiedene, für ihren jeweiligen Bedarf nahezu perfekt angepasste Sehapparate gibt: Das Kameraauge der Wirbeltiere und das Komplexauge der Insekten. Nicht nur der Aufbau des Organs, auch die lichtempfindlichen Sinneszellen unterscheiden sich bei beiden grundsätzlich. Hat die Natur das Auge zweimal "erfunden"?

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Platynereis dumerilii | Kopf des Ringelwurms Platynereis dumerilii: Die Blaufärbung mit Antikörpern zeigt, dass der Wurm sowohl in seinen Augen als auch im Gehirn lichtempfindliche Sinneszellen besitzt. Die Zellen in den Augen entsprechen denen aus Komplexaugen der Insekten während die Lichtsinneszellen im Gehirn den Zapfen und Stäbchen von Wirbeltieraugen ähneln.
Wie so oft sollte ein Zufall bei der Beantwortung dieser Frage weiterhelfen. Detlev Arendt vom Europäischen Molekularbiologischen Labor in Heidelberg stieß auf Abbildungen eines Meereswurms, mit dem sich der Giessener Zoologe Adriaan Dorresteijn beschäftigt: Platynereis dumerilii, zu deutsch Dumerils Ringelwurm. Etliche Anneliden, zu denen die Ringelwürmer oder Polychaeten gehören, besitzen einfach gebaute Augen, die als Vorläufer der Komplexaugen angesehen werden. Und auch Platynereis betrachtet damit die Welt. Arendt erspähte jedoch auf den Wurmfotos etwas ganz anderes: "Als ich diese Bilder sah, fiel mir auf, dass die Gestalt der Zellen in dem Gehirn des Wurms den Zapfen und Stäbchen des menschlichen Auges ähneln."

Kann das sein? Arendt ging zusammen mit weiteren Kollegen der Sache nach. Die Forscher untersuchten die Genaktivität dieser Zellen und entdeckten dabei, dass der Wurm in seinem Gehirn tatsächlich ein Protein herstellt, das dem lichtempfindlichen Opsin menschlicher Sehzellen frappierend ähnelt.

Was macht nun das Würmchen mit lichtempfindlichen Zellen in seinem Kopf? "Wir glauben, dass sie etwas mit der Tagesrhythmik zu tun haben", meint Arendts Kollege Joachim Wittbrodt. "Wir haben eine direkte Verbindung zu dem Areal entdeckt, das Bewegungen kontrolliert."

Spannend ist die Entdeckung der Heidelberger Biologen besonders deshalb, weil Platynereis als "lebendes Fossil" gilt, das sich seit 600 Millionen Jahren vermutlich kaum verändert hat. Die Wissenschaftler halten es daher für nicht ausgeschlossen, dass bereits die ersten vielzelligen Tiere, die so genannten Urbilateria, über die Anlagen verfügten, aus denen später die Augen der Insekten wie auch die der Wirbeltiere entstehen sollten.

Doch manche Forscherkollegen, wie Joram Piatigorsky vom amerikanischen National Eye Institute in Bethesda, mahnen zur Vorsicht. Die Entdeckung der beiden Lichtsinneszelltypen in einem Organismus passe zwar gut zur Idee eines einzigen Ursprungs. "Aber es bedeutet nicht zwangsläufig, dass alles von einem Tier stammt. Hier bleiben noch viele evolutionäre Fragen offen."
30.10.2004

Dieser Artikel ist enthalten in Spektrum - Die Woche, 30.10.2004

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