Wachstum und Entwicklung der Wirbeltiere – Steuerung und Regulation

Hallo. Hast du gewusst, dass es ein Tier gibt, das nie erwachsen wird? Der sogenannte Axolotl erreicht schon in seinem Jugendstadium die Geschlechtsreife. Hier siehst du das etwas bizarr anmutende Amphibium aus Mittelamerika. In diesem Video geht es um die Steuerung der Entwicklung. Wir werden uns zuerst mit der Embryonalentwicklung bei Wirbeltieren auseinandersetzen, mit der Furchung, Gastrulation und Neurulation. Anschließend erfährst du mehr über hormonelle Einflüsse bei der Individualentwicklung und mögliche Manipulationsexperimente. Schauen wir uns zunächst die Embryonalentwicklung an. Obwohl diese bei allen Wirbeltieren sehr ähnlich verläuft, beschränken wir uns hier auf das Beispiel des Frosches. Alles beginnt mit der Befruchtung der Eizelle. Im Grunde gibt es drei Stadien. Das erste ist die Furchung. Die Zygote beginnt sich zu teilen, einmal, zweimal, dreimal. Man unterscheidet den vegetativen Pol, an dem sich der Dotter sammelt und der später den Schwanz bilden wird, vom animalen Pol, die dotterame, zukünftige Kopfregion. Der Keim ist also polar. Die nach weiteren Teilungen entstandene Zellkugel heißt Morula. Sie besteht aus kleinen Mikromeren am animalen Pol und größeren, dotterreichen Makromeren am vegetativen. Im nächsten Schritt bildet sich ein flüssigkeitsgefüllter Hohlraum in der Nähe des animalen Pols. Dieses Blastocoel macht den Keim zur Blastula. Im zweiten Stadium wird der einschichtige Keim zur Gastrula. Diese zeichnet sich durch die Bildung dreier Keimblätter beziehungsweise Zellschichten aus. Beim Frosch werden Zellen des vegetativen Pols von Zellen des animalen Pols umwachsen. Die Zellschichten Ektoderm und Entoderm sind entstanden. Hier siehst du den Urdarm und den Urmund, an dessen Rändern abermals Zellen nach innen verlagert werden. So bildet sich das dritte Keimblatt, das Mesoderm. Später werden aus dieser Schicht Muskulatur, Skelett, Blut, Blutgefäße und Ausscheidungsorgane hervorgehen. Das Entoderm wird Darmtrakt und Lunge bilden. Haut, Nervensysteme und Sinnesorgane werden aus dem Ektoderm entwickelt. Dieser Vorgang ist das dritte und letzte Stadium und heißt Organogenese. Hier siehst du noch einmal die Gastrula im Endstadium mit den Zellschichten Ektoderm, Mesoderm und Entoderm. Wichtig in der Embryonalentwicklung ist die Herausbildung des Nervensystems. Beim Frosch bildet sich zunächst die Neuralplatte, die sich absenkt. Diese Rinne schließt sich später zum Neuralrohr, welches im Laufe der Entwicklung Gehirn und Rückenmark bildet. Der Vorgang heißt Neurulation. Gleichzeitig wird vom Mesoderm eine Stützstruktur ausgebildet, die Chorda dorsalis. Diese wird später zurückgebildet, stellt also nicht die Wirbelsäule dar. Skelett und Körpermuskulatur gehen aus den ebenfalls vom Mesoderm gebildeten Somiten hervor, die Chorda und Neuralrohr umschließen. Am Ende der Neurulation ist ein länglicher Keim entstanden, dessen Kopf, Rumpf und Schwanzknospe erkennbar sind. Die Individualentwicklung eines Lebewesens von der befruchteten Eizelle bis zum Tod wird hormonell beeinflusst, von der Entwicklung des Embryos an. Bei Tieren, die eine Metamorphose durchmachen, also eine Umwandlung der Larve zum geschlechtsreifen Adult, ist dies besonders sichtbar. Bei der Kaulquappe eines Frosches zum Beispiel bilden sich deutliche Vorderbeine aus, der muskulöse Ruderschwanz verschwindet, der Darm wird auf die Verdauung von Fleisch umgestellt, das Maul weitet sich. Außerdem werden die Kiemen durch Lungen ersetzt, um auf das Landleben vorzubereiten. All diese Prozesse werden durch ein einziges Schilddrüsenhormon ausgelöst, Thyroxin. Forscher und Forscherinnen haben sich an verschiedenen Manipulationsexperimenten versucht. Tatsächlich lässt sich die Individualentwicklung stoppen oder künstlich herbeiführen. Werden Kaulquappen zum Beispiel in iodfreiem Wasser gehalten, wird die Bildung von Thyroxin verhindert. Als Folge wachsen übergroße Kaulquappen heran, die jedoch nicht die Geschlechtsreife erreichen. Das passende Gegenexperiment beinhaltet das künstliche Hinzufügen von Thyroxin ins Wasser. Die Metamorphose der Kaulquappen verläuft nun unkoordiniert, was ihren vorzeitigen Tod herbeiführen kann. Beispielsweise wird die Aufnahme von Sauerstoff durch die Haut zu früh verringert oder der Ruderschwanz vorzeitig zurückgebildet. Erinnerst du dich noch an den Axolotl, der ewigen Kaulquappe? Der Axolotl ist ein Lebewesen, welches die Metamorphose nicht vollständig durchläuft und somit ewig im Larvenstadium stehen bleibt. Man erkennt deutlich die nach außenstehenden Kiemen, die für das Larvenstadium der Metamorphose typisch sind. Doch der Axolotl muss nicht ewig eine Larve bleiben. Mit der richtigen Dosierung an Thyroxin wächst sie zu einem Molch heran, der in der Natur nicht vorkommt. Fassen wir noch einmal zusammen. Die Embryonalentwicklung beginnt mit der Furchung, bei der die Zygote zum mehrzelligen Blastula wird. Die Mikro- und Makromere sind sichtbar, außerdem der dotterreiche, vegetative Pol und der dotterarme, animale Pol sowie das flüssigkeitsgefüllte Blastocoel. Im zweiten Stadium bildet sich die Gastrula heraus, mit den drei Keimblättern Ektoderm, Mesoderm und Entoderm. Abschließend bilden sich die verschiedenen Organsysteme während der Organogenese heraus. Ein besonderer Prozess ist die Neurulation, bei der das Nervensystem angelegt wird. Es bilden sich die Neuralplatte, die zum Neuralrohr wird, die Chorda dorsalis und Somiten. Durch hormonelle Einflüsse wird die Individualentwicklung von Lebewesen geregelt, so auch die Metamorphose. Darunter versteht man die Umwandlung eines Larvenstadiums in ein geschlechtsreifes, adultes Tier. Bei Fröschen wird dieser Prozess durch das Schilddrüsenhormon Thyroxin eingeleitet. Durch Manipulationsexperimente kann die Metamorphose künstlich herbeigeführt oder gänzlich unterdrückt werden. Tschüss und bis zum nächsten Mal.