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17.09.2014

Farbige Zellen auf Wanderschaft

Wie das Streifenmuster von Zebrafischen entsteht

Hübsch ist der Zebrafisch, das wissen alle Aquarienfreunde. Für Biologen ist das Streifenmuster jedoch nicht nur schön anzusehen, sondern vor allem eine Herausforderung. Sie fragen sich: Wie können solche Muster überhaupt entstehen? Wann in der Entwicklung der Jungtiere wird das Muster angelegt? Antworten darauf haben nun Wissenschaftler des Max-Planck-Instituts für Entwicklungsbiologie in Tübingen gefunden.

Zebrafisch ist nur die umgangssprachliche Bezeichnung für den Zebrabärbling, einem beliebten Zierfisch, der eigentlich aus Asien stammt. Foto: opimages, Shutterstock.com
Zebrafisch. Foto: opimages, Shutterstock.com

Die Forscher des Instituts, das 1995 durch den Nobelpreis seiner Direktorin Christiane Nüsslein-Volhard weltberühmt wurde, sind seit Jahren der Frage auf der Spur, wie sich in der Embryonalentwicklung die vielen verschiedenen Zellen als Bausteine zu einem ganzen Organismus zusammensetzen. Dabei kommen nicht nur so komplizierte Strukturen wie das Auge oder das menschliche Gehirn zustande, sondern auch farbige Muster, die vor allem durch ihre Schönheit beeindrucken. Die Streifen des Zebrafischs sind ein gutes Beispiel dafür.

Die Tiere eignen sich zudem gut als Untersuchungsobjekte, da sich die ganze Entwicklung von der befruchteten Eizelle zur fertig ausgebildeten Larve in Echtzeit unter dem Mikroskop beobachten lässt. Zugute kommt den Wissenschaftlern dabei, dass die Tiere fast durchsichtig sind und die gesamte Entwicklung außerhalb des Muttertiers stattfindet – ganz anders als etwa bei Säugetieren. In langwierigen Experimenten ergründeten die Tübinger Wissenschaftler nun die Mechanismen bei der Streifenbildung in der Haut der Tiere.

Demnach sind es drei Typen von Zellen, die unabhängig voneinander agieren: Als erstes bedecken gelbe Zellen die Haut des Fisches und beginnen, sich am Anfang  der Entwicklung zu teilen. Die schwarzen und silbernen Zellen sind zu diesem Zeitpunkt noch nicht  in der Haut.

Sie werden erst von Stammzellen im Nervensystem gebildet und wandern dann in die Haut, und das auf verschiedenen Wegen: Die schwarzen Zellen gelangen entlang der Nerven in die Haut, wo sie in der zukünftigen Streifenregion auftauchen. Die silbernen dagegen durchdringen das seitliche Muskelgewebe und breiten sich dann in der Haut aus, wo sie sich vermehren. Dabei liegen die silbernen und schwarzen Pigmentzellen in tieferen Hautschichten als die gelben.

Die einzelnen Zellen treten dabei in Wechselwirkung mit benachbarten Zellen des anderen Typs und verändern dadurch ihre Form. So kommt es zu präzisen Überlagerungen der kompakten silbernen und gelben Zellen, die den hellen Streifen manchmal eine golden schimmernde Note geben. Durch Überlagerung bilden sich auch die scharfen Kontraste zwischen der blauen und hellen Farbe des Musters. Das Streifenmuster der Fische entsteht also aus einem komplizierten Dreiklang von Pigmentzellen.

Die Forscher vermuten, dass durch Abwandlungen des Verhaltens der Farbzellen verschiedene Muster gebildet werden können und sich damit die Entstehung der großen Vielfalt an Farbmustern bei Fischen erklären lässt. Die Untersuchungen hätten nicht nur gezeigt, wie das Streifenmuster im Zebrafisch entsteht, sagt Christiane Nüsslein-Volhard. "Sie geben uns auch Anregungen dazu, über die Entstehung von Farbmustern bei Tieren zu spekulieren, die der direkten Beobachtung während der Entwicklung nicht zugänglich sind, zum Beispiel Pfauen, Tiger oder Zebras." (ud)