Seeanemone *Nematostella vectensis* enthüllt einen 600 Millionen Jahre alten Körperbauplan

Tief im Küstenschlamm und in flachen Lagunen nutzt eine winzige, gehirnlose Seeanemone unauffällig dieselben molekularen Abläufe, mit denen menschliche Embryonen festlegen, wo Rücken und Bauch entstehen.

Eine neue Untersuchung der Universität Wien zeigt, dass die Sternlet-Seeanemone Nematostella vectensis ihren Körper mithilfe eines Signalsystems aufbaut, das bislang vor allem mit zweiseitig symmetrischen Tieren wie Menschen, Insekten und Würmern verbunden wurde.

Die Ergebnisse sprechen dafür, dass dieser Bauplan des Körpers mindestens etwa 600 Millionen Jahre alt ist.

Zwei sehr unterschiedliche Tiere mit überraschenden Gemeinsamkeiten

Biologinnen und Biologen ordnen komplexe Tiere üblicherweise zwei sehr grossen Gruppen zu. Zur einen gehören die Bilateria, die eine linke und rechte Körperseite sowie eine eindeutige Ausrichtung von Kopf zu Schwanz besitzen. Die andere Gruppe umfasst Nesseltiere wie Quallen, Korallen und Seeanemonen, die häufig als radial symmetrisch gelten.

Menschen gehören eindeutig zur ersten Gruppe. Seeanemonen dagegen zählen mit ihrem fehlenden Gehirn und ihrem einfachen, röhrenförmigen Körper zur zweiten. Dennoch zeigt die Untersuchung der Genaktivität bei einigen Anemonen während der Entwicklung – und später sogar in der Anatomie erwachsener Tiere – ein feines zweiseitiges Muster.

Damit stellt sich eine naheliegende Frage: Wie weit reichen diese Gemeinsamkeiten tatsächlich zurück?

Wie ein chemischer Gradient den Körper organisiert

Im Mittelpunkt der neuen Studie stehen knochenmorphogenetische Proteine, meist BMPs genannt, sowie ein Partnermolekül namens Chordin. In Embryonen von Wirbeltieren erzeugen BMP-Signale im entstehenden Körper einen Verlauf von niedriger zu hoher Konzentration.

Die Zellen lesen ihre Position innerhalb dieses Gradienten ab und legen daraufhin ihre spätere Aufgabe fest. Bereiche mit sehr geringer BMP-Aktivität bilden das zentrale Nervensystem aus, mittlere Werte tragen zur Entstehung der Nieren bei, und hohe Werte fördern Gewebe wie die Bauchhaut.

Praktisch gesehen vermittelt dieser chemische Abfall dem Embryo, welche Seite zum Rücken und welche zum Bauch wird.

Bei vielen Bilateria erfüllt Chordin jedoch mehr als nur die Aufgabe, BMP-Signale zu hemmen. Das Molekül kann BMPs binden, sie durch den Embryo transportieren und an anderer Stelle wieder freisetzen – ein Vorgang, der als BMP-Shuttling bezeichnet wird.

Durch diesen Transport entsteht ein scharfer, stabiler Gradient, der lange genug bestehen bleibt, um die gesamte Körperachse zu strukturieren.

Seeigel, Fliegen und Frösche nutzen jeweils Varianten dieses Prinzips. Deshalb galt es als aussichtsreicher Kandidat für einen uralten Mechanismus, der von einem sehr frühen gemeinsamen Tier-Vorfahren geerbt wurde.

Die verborgene Symmetrie von Nematostella vectensis im Test

Um zu prüfen, ob Seeanemonen dieselbe Strategie einsetzen, arbeitete das Team mit Embryonen von Nematostella vectensis.

Zunächst schalteten die Forschenden das Gen für Chordin aus. Ohne dieses Molekül verschwand die BMP-Signalgebung, und die sich entwickelnden Anemonen konnten ihre sekundäre Körperachse nicht ausbilden – ein Hinweis darauf, dass das gesamte System zusammengebrochen war.

Anschliessend führten die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler Chordin wieder ein, allerdings in zwei technisch veränderten Varianten. Eine Form war an Zellmembranen fixiert.

Die andere konnte sich frei im Embryo bewegen. Nur die mobile Variante stellte auf der gegenüberliegenden Seite des Embryos eine starke BMP-Aktivität wieder her und rettete die Ausbildung der Achse. Dies liefert klare Belege dafür, dass Chordin bei dieser Art als Transportmolekül wirken muss.

Ein uralter Mechanismus mit heutigen Folgen

Dass sich dasselbe Shuttling-System sowohl bei Seeanemonen als auch bei weit entfernten Bilateria-Gruppen findet, deutet stark darauf hin, dass es vor der Aufspaltung dieser Abstammungslinien entstand – vor ungefähr 600 bis 700 Millionen Jahren. Wie Erstautor David Mörsdorf erklärt, zeigt die Abhängigkeit beider Gruppen vom Shuttling, dass „dieser Mechanismus unglaublich uralt ist“.

Der leitende Autor Grigory Genikhovich merkt an: Falls der letzte gemeinsame Vorfahr von Nesseltieren und Bilateria bereits einen zweiseitigen Körper besass, „stehen die Chancen gut, dass er Chordin nutzte, um BMPs zu transportieren“, während er seine Rücken-Bauch-Achse aufbaute.

Gleichzeitig betonen die Forschenden, dass die Biologie selten völlig eindeutige Geschichten liefert. Einige heutige Bilateria strukturieren ihren Körper mit anderen Werkzeugen; daher lässt sich eine unabhängige Entwicklung der Symmetrie in einzelnen Abstammungslinien nicht vollständig ausschliessen.

Warum dies für die heutigen Ozeane wichtig ist

Für die Umweltforschung erinnert die Studie daran, dass unscheinbare Küstentiere einen unverhältnismässig grossen Teil der Evolutionsgeschichte der Erde bewahren. Nematostella vectensis lebt in brackigen Salzwiesen und Lagunen, oft in schmalen Gräben oder flachen Flussmündungen, die leicht übersehen und ebenso leicht geschädigt werden können.

Weil diese Anemone robust und im Labor unkompliziert zu halten ist, wurde sie zu einem wichtigen Modellorganismus. Sie hilft dabei zu verstehen, wie marine Wirbellose auf Hitzewellen, Sauerstoffmangel und Verschmutzung reagieren und wie ihre Genome mit sich wandelnden Umweltbedingungen zusammenwirken.

Wenn solche Lebensräume durch Küstenbebauung oder ungebremste Erwärmung verloren gehen, verschwindet letztlich nicht nur ein weiterer kleiner Wirbelloser. Damit würden auch lebende Archive ausgelöscht, die noch immer Anweisungen aus der Frühzeit des tierischen Lebens tragen.

Beim nächsten Foto einer schlanken, durchscheinenden Seeanemone lohnt es sich daher vielleicht, daran zu denken: Dieselbe grundlegende Logik, die ihren Körper geformt hat, trägt auch zur Formung unseres Körpers bei.

Die Studie wurde in Science Advances veröffentlicht.