Wie die Hälse länger wurden

(18.06.2015) Die Aktivitätsmuster von Entwicklungsgenen korrelieren mit der Morphologie der Halswirbelsäule, wie LMU-Wissenschaftler zeigen konnten.

Sowohl bei der Evolution der Vögel als auch bei der Entstehung der Langhalssaurier war die Verlängerung des Halses ein wesentliches Merkmal.

Archosaurier sind eine Tiergruppe, zu der Krokodile und Vögel gehören, aber auch die Dinosaurier. Einige Archosaurier – etwa die Langhalssaurier und die heutigen Vögel – sind sehr variabel, was Zahl und Aufteilung der Wirbel in der Wirbelsäule betrifft.

„In vielen Fällen ist unklar, wie es zu dieser Variation kam. Gerade bei einigen Dinosauriern gibt es seit langem Diskussionen darüber, ob die Veränderungen der Wirbelsäule durch Verschiebungen einzelner Wirbelbereiche entstanden sind, oder ob neue Elemente dazugekommen sind“, sagt Christine Böhmer (Department für Geo- und Umweltwissenschaften der LMU und Bayerische Staatssammlung für Paläontologie und Geologie).

Gemeinsam mit Oliver Rauhut und Gert Wörheide (Department für Geo- und Umweltwissenschaften und Bayerische Staatssammlung für Paläontologie und Geologie) untersuchte das Team nun, ob die Veränderungen der Wirbelsäule sich auch in den Aktivitätsmustern von bestimmten Entwicklungsgenen widerspiegeln, den sogenannten Hox-Genen.

Die Grenzen des genetischen Codes

Hauptaufgabe der Hox-Gene ist es, als übergeordnete Choreographen während der Embryonalentwicklung die Bildung von Strukturen zu koordinieren. In diesem Zusammenhang spielen sie auch bei der Ausbildung der Wirbelsäule und der Verteilung der Wirbel auf verschiedene Bereiche der Wirbelsäule eine wichtige Rolle.

Bei Wirbeltieren sind während der Entwicklung bestimmte Hox-Gene nur in bestimmten Körpersegmenten aktiv, es zeigt sich also ein charakteristisches Expressionsmuster, aus dem sich eine Abfolge von Streifen innerhalb des Embryonalgewebes ergibt.

„Es war bereits bekannt, dass diese Expressionsgrenzen teilweise mit morphologischen Grenzen in der Wirbelsäule übereinstimmen, wie z. B. der Grenze zwischen Hals- und Rückenwirbeln: Für die Halswirbel ist eine andere Gruppe von Hox-Genen zuständig als für die Rückenwirbel“, sagt Böhmer, die Hauptautorin der Studie.

Nun konnten die Wissenschaftler am Beispiel von Krokodilen und Vögeln nachweisen, dass die Grenzen der Expression nicht nur für deutlich verschiedene Wirbelsäulen-Bereiche – etwa für die Grenze zwischen Hals- und Rückenwirbeln – mit der Morphologie der Wirbel übereinstimmen, sondern auch innerhalb der einzelnen Abschnitte der Wirbelsäule.

Beim Krokodil etwa fanden die Wissenschaftler innerhalb der Halswirbelsäule vier morphologisch unterschiedliche Bereiche, beim Huhn fünf – und in beiden Fällen fallen die Grenzen zwischen diesen Bereichen mit Grenzen der Hox-Gen Expression zusammen.

„Das Krokodil stellt dabei die ursprüngliche Variante dar. Im Verlauf der Evolution hat sich dieses Muster dann in Richtung längerer Hälse verändert“, sagt Böhmer.

Dino zwischen Krokodil und Huhn

In einem nächsten Schritt untersuchten die Wissenschaftler die Morphologie der Wirbel beim fossilen Langhalssaurier Plateosaurus, von dem es zahlreiche sehr gut erhaltene Fossilien gibt.

„Dabei fanden wir in der Halswirbelsäule vier unterschiedliche Bereiche wie beim Krokodil, aber der zweite Abschnitt war um einen Wirbel erweitert, wie beim Huhn“, erklärt Böhmer.

Das lässt darauf schließen, dass eine Erhöhung der Wirbelzahl im zweiten Abschnitt der Halswirbelsäule der erste Schritt auf dem Weg der Evolution des Halses der Vögel gewesen ist.

„Dementsprechend haben sich wohl auch die Expressionsmuster der Hox-Gene verändert“, sagt Böhmer. „Unsere Ergebnisse deuten weiter darauf hin, dass der zweite Schritt hin zu einem längeren Hals mit der Entstehung eines zusätzlichen Abschnitts und der damit verbundenen Änderung im genetischen Muster, wie wir es beim Huhn beobachtet haben, zusammenhängt.“

Die Wissenschaftler werden nun weitere fossile Tiere untersuchen, um zu prüfen, ob sich auch bei diesen über die Morphologie der Wirbel die Hox-Gen Expression rekonstruieren lässt.

„Dies wiederum würde uns erlauben, Rückschlüsse auf die Mechanismen zu ziehen, die zu Veränderungen der Wirbel geführt haben und so Einblick in die genetischen Grundlagen der Evolution zu bekommen, selbst bei fossilen Tieren wie den Dinosauriern, für die wir natürlich keine direkte genetische Information haben“, sagt Böhmer.

Publikation

Correlation between Hox code and vertebral morphology in archosaurs
Christine Böhmer, Oliver W. M. Rauhut, Gert Wörheide
Proceedings of the Royal Society B 2015



Weitere Meldungen

Hühner auf der Freifläche; Bildquelle: Frederic Schweizer

Hühner auf der Stange: Baustoff Holz als Beitrag zum Tierwohl

Es gibt Studien die belegen, dass Räume mit hohem Holzanteil einen positiven Einfluss auf das Wohlbefinden des Menschen haben. Die Frage ist, ob dies bei Hühnern genauso ist?
Weiterlesen

Der Hoatzin hatte vor etwa 64 Millionen Jahren einen letzten gemeinsamen Vorfahren mit den Caprimulgiformes (Ziegenmelker, Segler, Kolibris); Bildquelle: André Labetaa

Stammbaum der Vögel besser aufgelöst

Der neue Stammbaum basiert auf Genabschnitten, die nicht für Proteine kodieren, aber Sequenzen enthalten, die jeweils spezifisch sind für die Familien und deren Gattungen
Weiterlesen

Das Skelett der fossilen Eule (Primoptynx poliotauros) neben dem einer heutigen Schneeeule (Nyctea scandiaca).; Bildquelle: Senckenberg/Tränkner

55 Millionen Jahre altes Skelett einer Eule: Vollständigster Fossilfund aus der Frühzeit der Eulenevolution beschrieben

Senckenberg-Wissenschaftler Gerald Mayr hat mit Kollegen aus Belgien und den USA eine neue fossile Eulenart beschrieben. Das Skelett von Primoptynx poliotauros ist das älteste in dieser Vollständigkeit erhaltene Fossil einer Eule
Weiterlesen

Karte zeigt Rückgang der Turteltaube; Bildquelle: Leibniz-Institut für Länderkunde (IfL)

Karte zeigt Rückgang der Turteltaube

Die kleinsten Vertreter unter den Wildtaubenarten kehren in diesen Tagen aus ihren Winterquartieren in Afrika zurück. Aktuelle Karten des Leibniz-Instituts für Länderkunde (IfL) zeigen, wo sich die bunt gefiederten Vögel hierzulande zum Brüten aufhalten
Weiterlesen

FLI

Alte Hühnerrassen: Zweitnutzungshühner für den Öko-Landbau

Erhalten durch Nutzen: Projekt RegioHuhn entwickelt alte Hühnerrassen züchterisch weiter – Praxistaugliche Alternativen für eine nachhaltige regionale Eier- und Geflügelproduktion
Weiterlesen

Professorin Helene Dörksen hat für ihr Verfahren ein Patent angemeldet.

Neues Geschlechtsbestimmungs-Verfahren für Küken

Wissenschaftler des Instituts für industrielle Informationstechnik (inIT) der Technischen Hochschule OWL haben in Zusammenarbeit mit der Hochschule Coburg ein Verfahren zum Patent angemeldet, welches das Geschlecht des Kükens schon vor dem Schlüpfen bestimmen kann
Weiterlesen

Blaumeisen ; Bildquelle: Kristina Beck

Soziale Netzwerke geben Aufschluss über Dates von Blaumeisen

Blaumeisen, die im Winter öfters gemeinsam Nahrung suchen, bilden häufig ein Brutpaar oder gehen miteinander fremd im darauffolgenden Frühjahr
Weiterlesen

Graubruststrandläufer ; Bildquelle: Lars Petersson, www.larsfoto.se

Windrichtung bestimmt Brutgebiete von Strandläufern

Männliche Graubruststandläufer besuchen in der Regel mehrere Nistplatzorte während des kurzen arktischen Sommers. Dabei entscheiden sie wohl spontan, in welche Richtung sie als nächstes fliegen
Weiterlesen


Wissenschaft


Universitäten


Neuerscheinungen