Vor rund 400 Millionen Jahren machte die Evolution einen entscheidenden Sprung: Erstmals eroberten Wirbeltiere die Landflächen der urzeitlichen Erde. Vorfahren der heutigen Lungenfische und Quastenflosser bildeten kräftige Flossen aus, mit denen sie sich auch auf festem Untergrund bewegen konnten. Aus ihnen entwickelten sich im Laufe der Zeit die ersten Tetrapoden – die Stammeslinie, die alle Amphibien, Reptilien, Vögel und Säugetiere umfasst. Damit verknüpft war auch die Umwandlung der Fischflossen zu den typischen Tetrapoden-Gliedmaßen – gegliederten Händen und Füßen mit beweglichen, funktionellen Fingern und Zehen. Doch zum Ablauf dieses Wandels gibt es zwei sich widersprechende Theorien. Nach der einen sind Finger und Zehen durch neue Formen der sogenannten Hox-Gene entstanden, der Gene, die beim Embryo die Ausbildung der Gliedmaßen aus undifferenzierten Zellen steuern. Einer zweiten Theorie zufolge gab es diese Gene schon bei den Vorfahren der Tetrapoden. Bei diesen kontrollierten sie Flossenbildung und weiteten diese dann beim Übergang zu den Händen und Füßen der Landwirbeltiere aus.
Architekten-Gene der Handbildung im Blick
“Um zu entscheiden, welche dieser alternativen Theorien zur Ausbildung der Gliedmaßen richtig liegt, muss man sie anhand der Sarcopterygii überprüfen”, erklären Joost Woltering von der Universität Konstanz und seine Kollegen. Denn dieser Fischgruppe, deren letzte noch lebende Vertreter die Lungenfische und Quastenflosser sind, gehörten einst die Vorfahren der ersten Landgänger an. “Diese Überprüfung ist jedoch schwierig, weil die Quastenflosser den unzugänglichen tiefen Ozean bewohnen, während die Afrikanischen und Australischen Lungenfische nachträglich stark reduzierte Flossen besitzen”, so die Forscher. Allein an der Anatomie der Lungenfischflossen lässt sich daher nicht ablesen, ob diese Tiere schon die Gene für die Hände und Füße der Tetrapoden besaßen. Woltering und sein Team haben daher einen anderen Ansatz gewählt: Sie konzentrierten sich auf die Embryonalentwicklung des Australischen Lungenfisches (Neoceratodus forsteri).
Für ihre Studie analysierten die Wissenschaftler, welche Gene wann während der Ausbildung der Fischflossen aktiv sind. Besonderes Augenmerk richteten sie dabei auf die Hox-Gene, die die Gliedmaßenbildung orchestrieren. Für die Bestimmung der Genaktivität entnahmen Woltering und seine Kollegen Fischembryos in verschiedenen Stadien Gewebeproben, bei denen sie die Genaktivität über das Vorhandensein der jeweils genspezifischen Boten-RNA ermittelten. Dabei zeigte sich: Schon der Lungenfisch besitzt das Gen, das bei den Tetrapoden für die Bildung der gegliederten Hand entscheidend ist. Dieses Hoxa13-Gen wird auch in den Fischlarven aktiv, wenn diese ihre Flossen ausbilden. “Erstaunlicherweise sahen wir, dass das Gen, das die Hand in Gliedmaßen spezifiziert – Hoxa13 – in einer ähnlichen Skelettregion in Lungenfischflossen aktiviert ist”, erklärt Woltering.
