In den Ozeanen der Erde sind ständig Myriaden mikroskopischer Organismen unterwegs: Die Lebewesen des Meeres-Plankton schwimmen ständig den optimalen Lebensbedingungen in den jeweiligen Wassertiefen hinterher. Viele bewegen sich dabei mit Hilfe von sogenannten Zilien fort, tausenden von Flimmerhärchen, die sich bandförmig am Körper entlangziehen und koordinierte Schlagbewegungen ausführen. Wie dieses Forstbewegungs-System funktioniert, haben nun Forscher des Max-Planck-Instituts für Entwicklungsbiologie in Tübingen genauer untersucht: Bei Larven des Ringelwurms Platynereis haben sie Signalstoffe identifiziert, die über ein primitives Nervensystem die Schwimmtiefe dieser Plankton-Organismen regulieren. Die Substanzen haben dabei Einfluss auf die Zilienbewegung und können die Larve so in optimale Wassertiefen manövrieren. Grundlage dafür sind einfache Schaltkreise von Nervenzellen, die nach Einschätzung der Forscher ein evolutionäres Urstadium der Nervensysteme widerspiegeln.
Viele Tiere bewegen sich mit Muskeln fort. Kleine Meerestiere nutzen dagegen oft Zilienhärchen zum Schwimmen. Diese Forstbewegungsart ist evolutionär wesentlich älter als die Fortbewegung mit Muskelkraft, betonen die Forscher. Die Larvenstadien vieler wirbelloser Meerestiere sind Teil dieses Planktons, zu dem neben den Ringelwurmlarven beispielsweise auch Larven von Schnecken, Muscheln und Seesternen gehören. Für das Überleben der Winzlinge ist es wichtig, sich in der richtigen Wassertiefe zu befinden: Dementsprechend können sie kleinste Veränderungen ihrer wahrnehmen, so reagieren sie beispielsweise auf Schwankungen der Temperatur, des Lichteinfalls und des Nahrungsangebots. Das Zilienband dient dabei als Antriebssystem: Bei schnellem dauerhaften Schlagen der Härchen schwimmen die Larven aufwärts, stoppt die Schlagbewegung, sinken sie. ?Wie die Nervensysteme des Meeresplanktons Zilienbewegungen regulieren, ist immer noch weitgehend unbekannt?, sagt Gáspár Jékely vom Max-Planck-Institut für Entwicklungsbiologie
Um mehr über die Regulation dieses Verhaltens zu erfahren, analysierten die Tübinger Forscher das Erbgut des Meeresringelwurms Platynereis dumerilii. Sie entdeckten dabei Erbanlagen für mehrere neuronale Signalstoffe, sogenannte Neuropeptide. Außerdem fanden sie heraus, dass diese Neuropeptide in einzelnen sensorischen Nervenzellen der Larve produziert und direkt am Zilienband freigesetzt werden. Die Forscher zogen daraus den Schluss, dass diese Nervenzellen Sinnesinformationen direkt an die Zilien weiterleiten. Einige dieser Neuropeptide haben Einfluss auf die Schlagfrequenz der Zilien, oder bringen sie zum Stoppen, bestätigten Experimente: Durch künstliche Gabe der Signalstoffe konnten die Forscher die Auf- und Abwärtsbewegungen freischwimmender Larven steuern und somit deren Schwimmtiefe in einer Wassersäule bestimmen.
Nach Ansicht der Wissenschaftler liefert diese Entdeckung einen Einblick, wie Nervensysteme in einem frühen Stadium der Evolution ausgesehen und funktioniert haben. Darüber hinaus könnten diese Erkenntnisse auch generell für die Meeresbiologie von Interesse sein: ?Da das Schwimmverhalten von Plankton für die Verbreitung und das Überleben tausender Meerestiere ausschlaggebend ist, kann unsere Forschung auch für die Meeresökologie relevant sein?, erklärt Gáspár Jékely. Er möchte nun in weiteren Studien untersuchen, welche Nervenzellen genau die einzelnen Sinnesinformationen wie Wasserdruck, Temperatur oder Salzgehalt wahrnehmen.
Markus Conzelmann (Max-Planck-Instituts für Entwicklungsbiologie in Tübingen) et al.: PNAS, doi: 10.1073/pnas.1109085108 wissenschaft.de – Martin Vieweg
