Wie von Zauberhand formen sich in der Embryonalphase der Lebewesen die Körperstrukturen aus – welche Mechanismen steuern diese faszinierenden Entwicklungen? Nun haben Forscher Einblicke in ein System gewonnen, das die verschiedenen Formen der Gliedmaßen einiger Tiere prägt: Interessanterweise spielt dabei offenbar die Sauerstoffmenge eine Rolle, die einen Embryo umgibt.
Von der Flosse mit Schwimmhäuten über freie Finger bis hin zu Hufen – bei den Strukturen an den Enden der Gliedmaßen von Tieren gibt es eine große Variationsbreite. Was die Entwicklungsprozesse dieser Körperteile betrifft, ist bekannt, dass es bei der Formgebung zwei unterschiedliche Verfahren im Tierreich gibt: Bei Amphibien wie Fröschen und Molchen bilden sich Hände und Füße während der Embryonalentwicklung durch Unterschiede in der Wachstumsrate bestimmter Bereiche des Ursprungsgewebes. Im Gegensatz dazu formt bei den sogenannten Amnioten, wie den Vögeln und Säugetieren, auch ein gezieltes Absterben von Zellen die Enden der Gliedmaßen. Das bedeutet: Zunächst entsteht eine Grundstruktur, die anschließend durch den Zelltod in bestimmten Bereichen zu einer speziellen Form modelliert wird.
Dieser Prozess ermöglicht eine besonders feine Formgebung – das System führte bei den Amnioten zur Entwicklung einer Vielzahl komplexer Extremitäten-Formen. Diesem System und seiner evolutionsgeschichtlichen Entstehung haben nun die Forscher um Mikiko Tanaka vom Tokyo Institute of Technology eine Studie gewidmet. Konkret gingen sie dabei dem Verdacht nach, dass Sauerstoff aus der Umgebung eine Rolle bei dem formgebenden Zelltod spielt. Dazu führten sie Versuche an Embryonen von Hühnern und verschiedenen Froscharten durch.
Reaktive Sauerstoffspezies sind am Werk
“Wir konnten belegen, dass die formgebende Entfernung der Gewebestrukturen durch den Zelltod von der Produktion reaktiver Sauerstoffspezies abhängt, zu der es nur bei Embryonen kommt, die während ihrer Entwicklung vergleichsweise hohen Sauerstoffmengen ausgesetzt sind”, resümiert Tanaka. Dies wirkt erstaunlich, denn reaktive Sauerstoffspezies sind eigentlich als „Bösewichte“ bekannt, die Gewebeschäden und Alterungsprozesse verursachen. Doch wie die Forscher betonen, ist bereits bekannt, dass diese Sauerstoffformen auch als Signalmoleküle im Körper fungieren können.
Offenbar haben sie diese Funktion auch im Rahmen der Entwicklung der Gliedmaßen bei der Embryonalentwicklung der Amnioten, wie aus der Studie hervorgeht. Konkret konnten die Forscher zeigen, dass die Produktion von reaktiven Sauerstoffspezies für den formgebenden Zelltod bei Vögeln erforderlich ist. In Kombination mit früheren Ergebnissen bei Säugetieren zeichnet sich nun ab, dass dieser Mechanismus bei allen Amnioten, einschließlich des Menschen, für die Formung der Füße beziehungsweise Hände verantwortlich ist.
