News: Von ganzem Herzen
Ohne schlagendes Herz fließt kein Tropfen Blut. Dass auch der Umkehrschluss gilt, überrascht zunächst. Doch der strömende Lebenssaft beeinflusst maßgeblich die Entwicklung seiner Pumpe.
© Spektrum Akademischer Verlag (Ausschnitt)
Ein S-förmig gebogener, kontraktiler Schlauch, unterteilt in zwei Kammern, abgedichtet durch Rückschlagventile – diese schlichte Konstruktion schlägt in der Brust eines jeden Fisches. Im Gegensatz zur Pumpe, die in uns Menschen unermüdlich arbeitet, ist das Fischherz damit noch recht einfach gebaut, doch auch dieses Gebilde muss während der Embryonalentwicklung erst heranreifen – und zwar möglichst fehlerfrei. Jede Abweichung vom vorgegebenen Bauplan könnte tödlich enden.
Dabei sollte der heranwachsende Fisch sich akribisch an die genetischen Vorgaben halten. Das tut er natürlich auch, jedoch sind die Baupläne nicht exakt festgelegt, und äußere Einflüsse können bestimmen, wie die Pläne realisiert werden. Solche epigenetischen Faktoren, die nach den genetischen die Herzentwicklung beeinflussen, kennen Entwicklungsbiologen bereits, denn das Genexpressionsmuster von Herzzellkulturen lässt sich durch vorbeiströmende Flüssigkeiten beeinflussen. Demnach könnte das strömende Blut die endgültige Konstruktion der noch entstehenden Pumpe bestimmen. Ein Beweis für diese Hypothese am lebenden Tier stand jedoch noch aus.
Den lieferten jetzt Jay Hove zusammen mit Reinhard Köster und weiteren Kollegen vom California Institute of Technology. Um die Kräfte zu messen, die beim Blutfluss durch ein embryonales Fischherz auftreten, bedienten sie sich Zebrafischembryonen, die praktischerweise durchsichtig sind. Sie arbeiteten mit einer genetischen Variante, die ein grün fluoreszierendes Protein in die Herzklappen einbaut. So konnten die Forscher den Weg der einzelnen Blutzellen durch das Herz unmittelbar verfolgen und die hierbei auftretenden Kräfte berechnen.
Dabei offenbarte sich, dass in dem nur 150 Mikrometer großen Herz das Blut mit 0,5 Zentimeter pro Sekunde erstaunlich schnell fließt. Aufgrund der hohen Viskosität entstehen Turbulenzen, die wiederum entsprechend starke Scherkräfte auf die Gefäßwände übertragen.
Dass diese Scherkräfte für die Herzentwicklung maßgeblich sind, konnten die Forscher mit einem zweiten Experiment zeigen: Sie blockierten mit winzigen Glaskügelchen den Blutfluss im Herzen von 37 Stunden alten Zebrafischlarven. Dem Herzen, das in der Phase noch ungekammert und nicht S-förmig gebogen ist, fehlte nun etwas Entscheidendes. Die Reife zu einem voll funktionsfähigen Organ blieb aus.
Dabei sollte der heranwachsende Fisch sich akribisch an die genetischen Vorgaben halten. Das tut er natürlich auch, jedoch sind die Baupläne nicht exakt festgelegt, und äußere Einflüsse können bestimmen, wie die Pläne realisiert werden. Solche epigenetischen Faktoren, die nach den genetischen die Herzentwicklung beeinflussen, kennen Entwicklungsbiologen bereits, denn das Genexpressionsmuster von Herzzellkulturen lässt sich durch vorbeiströmende Flüssigkeiten beeinflussen. Demnach könnte das strömende Blut die endgültige Konstruktion der noch entstehenden Pumpe bestimmen. Ein Beweis für diese Hypothese am lebenden Tier stand jedoch noch aus.
Den lieferten jetzt Jay Hove zusammen mit Reinhard Köster und weiteren Kollegen vom California Institute of Technology. Um die Kräfte zu messen, die beim Blutfluss durch ein embryonales Fischherz auftreten, bedienten sie sich Zebrafischembryonen, die praktischerweise durchsichtig sind. Sie arbeiteten mit einer genetischen Variante, die ein grün fluoreszierendes Protein in die Herzklappen einbaut. So konnten die Forscher den Weg der einzelnen Blutzellen durch das Herz unmittelbar verfolgen und die hierbei auftretenden Kräfte berechnen.
Dabei offenbarte sich, dass in dem nur 150 Mikrometer großen Herz das Blut mit 0,5 Zentimeter pro Sekunde erstaunlich schnell fließt. Aufgrund der hohen Viskosität entstehen Turbulenzen, die wiederum entsprechend starke Scherkräfte auf die Gefäßwände übertragen.
Dass diese Scherkräfte für die Herzentwicklung maßgeblich sind, konnten die Forscher mit einem zweiten Experiment zeigen: Sie blockierten mit winzigen Glaskügelchen den Blutfluss im Herzen von 37 Stunden alten Zebrafischlarven. Dem Herzen, das in der Phase noch ungekammert und nicht S-förmig gebogen ist, fehlte nun etwas Entscheidendes. Die Reife zu einem voll funktionsfähigen Organ blieb aus.
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