Ein molekularer Wechsel zwischen Leben, Sex und Tod

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Anonim

"Bis der Tod uns scheidet" - für Meerborstenwürmer sind diese Worte ausnahmslos wahr: Kurz nach der Paarung sterben die Elternwürmer ab und lassen tausende neu befruchteter Eier im Wasser entstehen. Diese extreme Alles-oder-Nichts-Reproduktion zeigt ein allgemeines Prinzip: Tiere müssen entscheiden, ob sie ihre verfügbaren Energiespeicher entweder in Wachstum oder in Reproduktion investieren. Forscher um Florian Raible an den Max F. Perutz Laboratories (MFPL) der Universität Wien und der Medizinischen Universität Wien konnten nun ein 60 Jahre altes Rätsel lösen und das Molekül bestimmen, das diese Entscheidung bei marinen Borstenwürmern orchestriert. Ihre Ergebnisse werden im Journal eLife veröffentlicht.

Alle Organismen brauchen Energie, aber Energiequellen wie Nahrung sind normalerweise in begrenzten Mengen verfügbar. Tiere brauchen daher Wege, um zu entscheiden, wie sie ihre Ressourcen am besten einsetzen können. Die Fortpflanzung ist oft mit erheblichen Investitionen verbunden, insbesondere wenn Tiere große Mengen an Nachkommen auf Kosten ihres eigenen Wachstums oder Wohlbefindens produzieren. Tierarten mit einer Alles-oder-Nichts-Fortpflanzung haben dieses Prinzip zu einem Extrem entwickelt: Wenn sie sich fortpflanzen, investieren sie die gesamte verfügbare Energie in ihre Nachkommen und sterben dann. Für sie wird die Reproduktion zu einer Entscheidung für Leben und Tod.

Das Forschungsteam von Florian Raible untersucht die molekularen Signale, die es den Tieren ermöglichen, diese zentrale Entscheidung zu treffen. Dafür nutzt das Team den marinen Borstenwurm Platynereis. Das Gehirn dieser Würmer war seit langem dafür bekannt, ein Meisterhormon zu produzieren, das darüber entscheidet, ob das Tier wachsen oder sich vermehren und sterben soll. Die Forscher konnten nun dieses Hormon als das Molekül Methylfarnesoate (MF) identifizieren. Es wurde festgestellt, dass das Hormon die Produktion von Dotterprotein in weiblichen Würmern direkt unterdrückt, wodurch ein energieintensiver Schritt der Reproduktion gestört wird. "Es war eine Überraschung, MF als Masterhormon im Wurmgehirn zu identifizieren", erklärt Sven Schenk, Erstautor der Studie. "Früher glaubte man, MF und verwandte Substanzen hätten sich nur in Insekten und verwandten Tiergruppen entwickelt. Unsere Entdeckung, dass diese Substanz in Würmern wirkt, bedeutet, dass es sich wahrscheinlich um eine frühere Art von Hormon handelt, die viel früher in der Tierentwicklung entstanden ist. "

Die Entdeckung ergab aber auch eine mögliche ökologische Bedrohung: Da Substanzen wie MF lange für Insekten spezifisch gehalten wurden, wurden viele Insektizide entwickelt, um genau auf diesen Hormonweg zu zielen. Dazu gehören die derzeit in großem Umfang eingesetzten Insektizide zur Bekämpfung der Tigermücke, eines Tieres, von dem bekannt ist, dass es Zika-Viren überträgt. Als das Team diese Substanzen im Labor testete, stellte sich heraus, dass sie auch die Hormonsignale der Würmer störten. "Dieser Befund ist besorgniserregend", erklärt Sven Schenk, "denn er weist darauf hin, dass sie nach dem Besprühen dieser Stoffe einen größeren Einfluss auf das Ökosystem haben können als beabsichtigt."

Die Forscher werden sich nun darauf konzentrieren, herauszufinden, wie weit dieses Hormon in anderen Tiergruppen, die mit Würmern wie Schnecken oder Muscheln verwandt sind, verbreitet ist, um weitere Einblicke in seine Rolle im Tierreich zu erhalten. Aber das Team hat auch ein anderes Interesse. Florian Raible erklärt: "Die marinen Borstenwürmer reagieren seit langem auf das Mondlicht und vermehren sich nur zu bestimmten Zeiten im Monat. Nachdem wir einen entscheidenden Regulator der Fortpflanzung identifiziert haben, sind wir und unsere Kollegen von der Forschungsplattform 'Rhythms of Life' sind daher einen Schritt näher, um zu entschlüsseln, wie dieser faszinierende Zeitmechanismus funktioniert. "

Zur Identifizierung des Hormons verwendete das Team Mittel des Europäischen Forschungsrats (ERC) und des Österreichischen Wissenschaftsfonds (FWF). Die Entdeckung stützte sich auch auf die Zusammenarbeit mit dem Team von Christoph Gerner von der Abteilung Analytische Chemie. Diese Zusammenarbeit wurde durch die von der Universität Wien geförderte interdisziplinäre Forschungsplattform "Rhythms of Life" ermöglicht.

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