It´s a family affair – auch unter Amöben!

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Autor: fee
Eine der interessantesten Fragen des Lebens ist wahrscheinlich: “Wie kam es zur Entstehung von mehrzelligen Organismen? Und weshalb?” Die wahrscheinlichste Antwort: “Weil es einen Fitnessvorteil darstellte!”. Kooperation und Zusammenarbeit zahlt sich in der Natur in vielen Varianten aus und resultiert entsprechend in erfolgreicherer Fortpflanzung.
Ein beliebter Modellorganismus für diese Fragestellung ist die Amöbe Dictyostelium discoideum, die ihr Leben einzellig und alleine verbringt. Solange es anständig zu Knabbern gibt, mit ihrer Vorliebe für Bakterien, fült sie sich pudelwohl in ihrer Membran. Kommt es jedoch zu Einschränkungen bei der Nahrung, rotten sich viele dieser schleimigen Winzlinge zusammen und bilden ein mehrzelliges, schneckenartiges Aggregat, dessen Einzelzellen dann verschiedene Aufgaben übernehmen können, genau wie bei “echten” Mehrzelligen Organismen. Die Bewegungspräferenz wird von Chemotaxis auf Photo- und Thermotaxis umgestellt und wenn ein geeignetes Plätzchen gefunden wurde, kommt es zur Ausbildung eines Stammes und eines Sporenträgers aus toten Zellen. Der Sporenträger enthält die Sporen, die die Hungersnot überdauern und sich anschliessend sexuell Fortpflanzen können.

 It´s a family affair   auch unter Amöben!

Doch wie schon gesagt, ein gutes Viertel der Krabbler stirbt um den Stamm und die darauf befestigte Sporenkapsel auszubilden. Das ist eher ungewöhnlich für einen Einzeller, der eigentlich nach den gängigen Regeln der Evolution nur nach sich selbst schauen sollte.
Es konnte gezeigt werden, dass die Zellen einen “Schummel-Mechanismus” besitzen, um dem “tödlichen” Schicksal einer stammbildenden Zelle zu entgehen.
Altruismus, also selbstloses Handeln, kommt in der Natur ziemlich selten vor und wenn, dann auch nur um der eigenen Blutsverwandtschaft zu helfen. Und D. discoideum macht da natürlich keine Ausnahme. Nur wie unterscheidet man Verwandtschaftsgrade untereinander? D. discoideum bedient sich da eines genetischen Abgleichs und die genetische Ähnlichkeit ist dabei wichtiger als die tatsächliche Verwandtschaft. Forscher konnten dies nachweisen indem sie Amöbenstämme mit unterschiedlichen genetischen Hintergründen mischten und anschliessend die Aggregation induzierten. Darauf folgende Analysen zeigten, dass sich nach dem Zusammenrotten, Individuen mit der ähnlichsten genomischen Information zu Clustern formierten um sozusagen “unter sich” zu bleiben. Das ganze zeigt, dass es mit Sicherheit vorteilhaft ist, dass Opfer der Stammbildung auf sich zu nehmen, doch selbst dieses Opfer nur mit Bedacht erbracht wird, und zwar für Individuen mit einer hohen genetischen Ähnlichkeit.
Diese Unterscheidung zwischen Selbst und Nicht-Selbst erinnert eindrücklich an die Funktionsweise des Immunsystems der Wirbeltiere und wird für die Beantwortung entsprechender Fragestellungen verwendet.
Abschliessend noch einige interessante Fakt: Die phylogenetische Einordnung dieser seltsamen Organismen zu den Schleimpilzen war lange Zeit umstritten und genetische Analysen zeigten dann auch, dass Dictyostelium discoideum und seine ca. 70 Familienmitglieder näher mit Tieren als mit Pflanzen oder Pilzen verwandt sind.
Ausserdem ist bei diesen “Tieren” ein Immunsystem nachgewiesen worden, was die Frage: “Was benötigt man für die Entwicklung eines mehrzelligen Organismus?”, mit Brennstoff versorgt.

Elizabeth A. Ostrowski, Mariko Katoh, Gad Shaulsky, David C. Queller, Joan E. Strassmann (2008). Kin Discrimination Increases with Genetic Distance in a Social Amoeba PLoS Biology, 6 (11) DOI: 10.1371/journal.pbio.0060287

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  1. Fischer sagt:

    Cool – ein fakultativer Vielzeller. :)

    Was hat es mit dem Immunsystem auf sich?

    [Antwort]

  2. fee sagt:

    Die Viecher sind echt in mancher hinsicht überraschend!! Hier der Link zum Immunsystem:
    http://www.sciencemag.org/cgi/content/abstract/317/5838/678

    [Antwort]

  3. derele sagt:

    Interessant!
    Es geht aber bei den phagozyten-ähnlichen Immunzellen wenn ich das richtig verstanden habe (ich hab nur das abstract von dem in den Comments verlinkten paper gelesen) eher um angeborene Immunität,

    Die in dem Paper von Ostrowski et al. über das du hauptsächlich schreibst identifizierte Inkompatibilität hat m.E. ebenfalls nichts mit dem vom adaptive Immunsystem (MHC) verwendeten Mechanismus zu tun, jedenfalls folgern die Autoren dies nicht.

    wie kommst du zu der Aussage:

    Diese Unterscheidung zwischen Selbst und Nicht-Selbst erinnert eindrücklich an die Funktionsweise des Immunsystems der Wirbeltiere und wird für die Beantwortung entsprechender Fragestellungen verwendet.

    ?

    [Antwort]

  4. fee sagt:

    Ich persönlich würde dieses relativ “primitive” Abwehrsystem nicht in die für Wirbeltiere vorgesehene Klassifizierung von “innate” und “adaptiv” einordnen, auch wenn das auch mit funktionellen TLRs in Pflanzen gemacht wurde. Obwohl es sicher eine gewisse Ähnlichkeit gibt.
    Zu dem zweiten Komentar: das sehe Ich anders. Die MHC-Moleküle dienen im Wirbetier zur Identifizierung von “Selbst” und “Nicht-Selbst”, was bei Nicht-Übereinstimmung (z.B. Transplantation) bei NK- Zellen, und nach Adaption auch bei T-Zellen zu entsprechenden Abwehrmechanismen führt. Ich bin der Meinung, dass diesem Vorgang ein durchaus vergleichbarer Mechanismus, zugrunde liegt. Natürlich in einer unterschiedlich weit entwickelten Ausprägung!!

    [Antwort]

  5. derele sagt:

    Du erwähnst aber speziell das Immunsystem der Vertebraten , das macht man normalerweise um auf adaptive Immunität zu verweisen… TLRs sind eben gerade nicht Vertebraten typisch. Deshalb kann man die Phagozyten dieser “Zell-ansammlungen” als mit dem angeborenen Immunsystem verwandt bezeichnen!

    Ich bin der Meinung, dass diesem Vorgang ein durchaus vergleichbarer Mechanismus, zugrunde liegt

    Weder was den adaptiven Vorteil des Erkennens von eng Verwandten Zellen betrifft, noch beim Mechanismus kann man Parallelen zum Vertebraten-Immunsystem sehen! Wenn du dir mal überlegst, wie das Tier aussah, in dem das adaptive Immunsystem entstanden ist müsste dir auch schnell klar werden, dass dies nicht den gleichen adaptiven vorteil gehabt haben kann.
    Unter Mechanismus verstehe ich dass ähnliche Moleküle beteiligt sind!

    Es geht bei dem Paper das du diskutierst um eine Fähigkeit, die jede Zelle besitzt, nicht nur die Phagozyten in dem comment-link! Die Erwähnung des Immunsystems und der Link den du zu Fischer’s Frage gibst sind daher m.E. irreführend!

    [Antwort]

  6. fee sagt:

    Du schreibst oben:

    “Du erwähnst aber speziell das Immunsystem der Vertebraten , das macht man normalerweise um auf adaptive Immunität zu verweisen… TLRs sind eben gerade nicht Vertebraten typisch. Deshalb kann man die Phagozyten dieser “Zell-ansammlungen” als mit dem angeborenen Immunsystem verwandt bezeichnen!”

    Das ist schlicht und einfach falsch. Das Immunsystem der Vertebraten besteht aus zwei funktionellen Einheiten: einerseits der angeborene (innate) und andererseits der adaptive Arm des Immunsystem. Und deine Aussage das TLRs nicht vertebratenspezifisch sind, ist auch falsch. In Säugetieren (die meiens Erachtens zu den Vertebraten zählen!) kommen insgesamt 12 verschiedene TLRs vor, die unterschiedliche Liganden erkennen und massgeblich an der angeborenen Immunantwort beteiligt sind. Diese, auch pattern-recognition-receptors genannt, erkennen Muster die ebenfalls der Selbst/Nicht-Selbst Unterscheidung dienen und normalerweise nicht vorkommen. Um nur einige zu nennen: doppelsträngige RNA (RNA-Viren), unmethylierte CpGs (Bakterien) oder auch Zuckerverbindungen, die typisch für spezifische Krankheitserreger sind. Diese angeborenen Antwort dient der schnellen Reaktion, und reicht entweder allleine aus oder überbrückt die 3-7 Tage, die das adaptive System braucht, bis eine spezifische Zellpopulation aufgebaut wurde.
    Schlussendlich verstehe Ich nicht, warum du mich versuchst auf das adaptive Immunsystem festzunageln! Ich ahbe nirgendwo etwas vom adaptiven Immunsystem geschrieben, und Ich bleibe eindeutig bei meiner Aussage, dass dieser Mechanismus der Unterscheidung von Selbst/Nicht-Selbst parallelen zum Immunsystem der Wirbeltiere aufweist.
    Und deinen letzten Absatz, von wegen irreführend, versteh ich einfach nicht. Ich habe in meinem Post eindeutig geschrieben: Abschliessend noch einige interessante Fakten!” und das trennt diese Aussagen meines Erachtens von dem diskutierten Paper ab. Dabei ging es mir nur darum weitere interessante Ergebnisse zu diesem Organismus auszuführen.

    [Antwort]

  7. derele sagt:

    Klar, genau das will ich doch sagen: Die TRLs sind nicht auf Vertebraten beschränkt… das meint man doch normalerweise mit typisch, oder? Zumindest meine ich das so in meinem Kommentar!

    Nochmal das Zitat aus deinem Text, das sehrwohl noch zur Diskussion des Papers gehört
    Diese Unterscheidung zwischen Selbst und Nicht-Selbst erinnert eindrücklich an die Funktionsweise des Immunsystems der Wirbeltiere und wird für die Beantwortung entsprechender Fragestellungen verwendet

    Niemand benutzt die von Ostrowski et al. gefundene Fähigkeit dieser Amoeben zur Selbst/Nicht-selbst Unterscheidung als Modell für “die Beantwortung entsprechender Fragestellungen”. Da einfach der Zusammenhang mit der “Funktionsweise des Immunsystems der Wirbeltiere” nicht gegeben ist.

    [Antwort]

  8. derele sagt:

    Ja, “irrefuehrend” war hart, “verwirrend” wär vielleicht etwas freundlicher gewesen.

    Beim letzten Komment hat das blockquote nicht funktioniert
    So:

    Diese Unterscheidung zwischen Selbst und Nicht-Selbst erinnert eindrücklich an die Funktionsweise des Immunsystems der Wirbeltiere und wird für die Beantwortung entsprechender Fragestellungen verwendet

    [Antwort]

  9. fee sagt:

    Mann, mann, mann…du bist aber echt hartnäckig! Jetzt hab Ichs kapiert!
    Bei diesem Satz, über den du dich so aufregst, habe ich das abschliessende “werden” vergessen, das ein Ausdruck meiner scheinbar polarisierenden Überzeugung sein soll, dass dieses System durchaus geeignet sein wird, die Entwicklung des Immunsystems in mehrzelligen Organismen nachzuvollziehen!
    Und mit “Immunsystem der Vertebraten” wird trotzdem und definitiv nicht auf das adaptive Immunsystem sondern eben auf beide funktionellen Einheiten Bezug genommen!

    [Antwort]

  10. derele sagt:

    Wenn du meinst du hättest Implikationen eines Papers gefunden, die selbst den Autoren verborgen geblieben sind, ist das eine schöne Sache,
    darüber kann man dann ja prima diskutieren…
    …du hast eben m.E. einen entscheidenden Fehler in deiner Argumentation korrigiert, du schreibst, dass:

    dieses System durchaus geeignet sein wird, die Entwicklung des Immunsystems in mehrzelligen Organismen nachzuvollziehen

    Sehr gut! Mit “mehrzelligen Organismen” könnte das schon eher Sinn machen. Das “Immunsystem der Wirbeltiere” ist schließlich in einem Vielzeller entstanden.

    [Antwort]

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