Asselspinnen regenerieren nicht nur Gliedmaßen, sondern auch den Hinterleib und innere Organe
Neue Hypothese in der Evolutionsbiologie: War eine hohe Regenerationsfähigkeit ein ursprüngliches Merkmal der Gliederfüßer?
Die Asselspinne Pycnogonum litorale besitzt bemerkenswerte regenerative Fähigkeiten: Sie kann nicht nur einzelne Beine neu bilden, sondern am hinteren Körperende auch nahezu vollständige Rumpfsegmente mit inneren Organen wie Muskulatur, Darm und Geschlechtsorganen. Das hat eine Gruppe von Evolutionsbiolog*innen der Universitäten Wien, Greifswald und Berlin herausgefunden und stellt damit eine gängige Lehrmeinung über die artenreichen Gliederfüßer infrage. Die Forscher*innen um den Wiener Zoologen Georg Brenneis vermuten auch, dass dieses Regenerationspotenzial ein ursprüngliches Merkmal der Gliederfüßer gewesen sein könnte. Die Studie erscheint aktuell in "PNAS".
Die enormen regenerativen Fähigkeiten einiger Tiergruppen inspirieren Biolog*innen und Mediziner*innen schon seit unzähligen Generationen, nicht zuletzt, weil ein besseres Verständnis dieser Prozesse von großem Interesse für die regenerative Medizin ist. Bis heute wird in der Evolutionsforschung kontrovers diskutiert, weshalb die vorteilhafte Fähigkeit, verlorene Körperstrukturen zu regenerieren, bei einigen Tieren stark ausgeprägt ist, während sie bei anderen nur sehr eingeschränkt vorhanden ist (z.B. bei den Säugetieren inklusive des Menschen).
Auch bei der artenreichsten Tiergruppe unseres Planeten, den Gliederfüßern - also Insekten, Krebse, Spinnentiere, u.a. - ist es der momentane Forschungsstand, dass viele ihrer Vertreter zwar in der Lage sind, ihre Gliedmaßen zu regenerieren, jedoch nicht Teile der Körperhauptachse, also des Rumpfes. In einer neuen Studie untersuchten der Evolutionsbiologe Georg Brenneis und seine Koautor*innen die Regenerationsfähigkeit der meeresbewohnenden achtbeinigen Asselspinne Pycnogonum litorale. Die Forscher*innen dokumentierten über mehrere Monate die unterschiedlichen Entwicklungsstadien von 23 Tieren, denen verschiedene Beinpaare und hintere Körperteile entfernt worden waren. Sie analysierten die nachfolgende individuelle Entwicklung der äußeren Gestalt und der inneren Organe mit Hilfe von Fluoreszenzmikroskopie und Röntgen-Mikro-Computertomographie und visualisierten sie mittels digitaler 3D-Rekonstruktion.
Erstaunlicherweise zeigten die Untersuchungstiere eine beeindruckend hohe Überlebensrate selbst nach schwerwiegenden Verletzungen. Bei fast allen noch nicht voll ausgereiften Individuen kam es zu einer vollständigen oder nahezu vollständigen Regeneration der fehlenden Körperteile am hinteren Körperende. "Das betraf nicht nur die Neubildung von Gliedmaßen. Darüber hinaus bildeten sich fast vollständige hintere Rumpfsegmente mit Muskulatur und Mitteldarmschläuchen, der hinterste Körperanhang mit Enddarm und Anus, sowie fehlende Elemente der Geschlechtsorgane neu", so Georg Brenneis. Diese neuen Ergebnisse widerlegen Experimente des frühen 20. Jahrhunderts, die u.a. vom späteren Nobelpreisträger Thomas Hunt Morgan (1866-1945) durchgeführt wurden und die Lehrmeinung bis heute entscheidend prägen.
Da Asselspinnen eine sehr alte evolutionäre Linie der Gliederfüßer sind, stellen die Autor*innen daher die Hypothese auf, dass ihr Regenerationspotenzial ein ursprüngliches Merkmal der Gliederfüßer gewesen sein könnte. Diese Regenerationsfähigkeit könnte auch zum Erfolg ihrer beeindruckenden evolutionären Diversifizierung beigetragen haben. Weitere Untersuchungen der regenerativen Fähigkeiten anderer Gliederfüßer sowie ihrer näheren Verwandten unter den sich häutenden Tieren mit modernen Methoden könnten diese Hypothese erhärten.
Publikation in PNAS:
The sea spider Pycnogonum litorale overturns the paradigm of the absence of axial regeneration in molting animals
Georg Brenneis, Karina Frankowski, Laura Maaß, Gerhard Scholtz. PNAS, 2023
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Abb. 1: Zwei erwachsene Individuen der Asselspinne P. litorale neben einer Seeanemone (ihrer Beute). Bei Beleuchtung mit einer UV-Lichtquelle fluoreszieren die Tiere hellblau. C: Georg Brenneis
Abb. 2: Erwachsenes Tier nach vollständiger Regeneration des dritten rechten Beines sowie des gesamten letzten Rumpfsegmentes mit dem vierten Beinpaar und Körperende. C: Georg Brenneis
Abb. 3: 3D-Rekonstruktion des Darms (magenta) und der zentralen Elemente des Nervensystems (grün) aus einem Röntgen-Mikro-Computertomographischen Datensatz von P. litorale. C: Georg Brenneis
Wissenschaftlicher Kontakt Dr. Georg Brenneis Department für Evolutionsbiologie, Universität Wien 1030 Wien, Djerassiplatz 1 T +43-1-4277-76307 georg.brenneis@univie.ac.at www.univie.ac.at Rückfragehinweis Mag. Alexandra Frey Media Relations Managerin, Universität Wien 1010 Wien, Universitätsring 1 T +43-1-4277-175 33 M +43-664-8175675 alexandra.frey@univie.ac.at www.univie.ac.at
