Ohne Gehirn, Muskeln oder sogar Organe gelingt es dem winzigen Meerestier
Trichoplax dennoch, sich bemerkenswert effizient fortzubewegen.
In einer in
Current Biology veröffentlichten Studie zeigen Wissenschaftler, dass dieser Organismus in Sekundenschnelle die Ausrichtung der Strukturen neu organisiert, die das Schlagen seiner Flimmerhärchen steuern. Dieser Mechanismus, der durch den Einstrom von Kalzium in die Zellen ausgelöst wird, könnte eine der ältesten Strategien der tierischen Fortbewegung sein.
Ein extrem einfaches Tier... aber sehr beweglich
Unter allen bekannten Tieren stellt
Trichoplax eine Ausnahme dar. Dieser winzige Meeresorganismus besitzt einen äußerst einfachen Aufbau: Er verfügt weder über Muskeln, noch über Organe, noch über ein Nervensystem. Seine abgeflachte und veränderliche Form erinnert an eine Art lebenden „Pfannkuchen", der sich ständig verformen kann.
Trotz dieser offensichtlichen Einfachheit erkundet
Trichoplax aktiv seine Umgebung. Er bewegt sich schnell über den Meeresboden, ändert die Richtung und reagiert koordiniert, wenn er berührt oder angegriffen wird. Zu verstehen, wie ein so rudimentärer Organismus solche Verhaltensweisen hervorbringen kann, stellte bislang ein Rätsel dar.
Tausende von Flimmerhärchen zum Vorwärtskommen
Zur Fortbewegung nutzt
Trichoplax Tausende mikroskopisch kleiner Flimmerhärchen auf seiner Unterseite. Indem sie koordiniert schlagen, treiben diese vibrierenden Strukturen das Tier über den Meeresboden, ähnlich wie eine Vielzahl winziger Beinchen.
Bei den meisten Tieren, die diese Fortbewegungsart nutzen, wird die Schlagrichtung der Flimmerhärchen bereits sehr früh während der Embryonalentwicklung festgelegt. Sie hängt von kleinen Strukturen an der Basis jedes Härchens ab, den sogenannten Basalkörpern, deren Ausrichtung im Laufe des Lebens dann stabil bleibt.
In einer in
Current Biology veröffentlichten Studie zeigen die Wissenschaftler, dass dies bei
Trichoplax ganz anders ist.
Eine ultraschnelle Neuorganisation auf der Ebene des gesamten Organismus
Die Arbeiten zeigen, dass die Ausrichtung der Basalkörper bei
Trichoplax im Gegenteil extrem dynamisch ist. Zu jedem Zeitpunkt spiegelt sie direkt die Richtung wider, in die sich das Tier bewegt.
Tritt ein mechanischer Reiz auf, etwa wenn das Tier berührt oder verletzt wird, richten sich sämtliche Basalkörper innerhalb weniger Sekunden neu aus. Diese Neuorganisation verändert sofort die Schlagrichtung der Flimmerhärchen und ermöglicht es dem Organismus, in die dem Reiz entgegengesetzte Richtung zu fliehen.
Die Wissenschaftler zeigen auch, dass lokale Variationen in der Ausrichtung der Basalkörper zu den schnellen Formveränderungen des Tieres beitragen. Dieses Phänomen erfordert eine bemerkenswerte Koordination zwischen Zehntausenden von Zellen, wobei jede einzelne die Ausrichtung ihrer Flimmerhärchen präzise anpasst – und das ohne die Hilfe eines zentralen Nervensystems.
Kalzium als Dirigent
Im Zentrum dieses Mechanismus steht ein bekanntes Element des Zellgeschehens: Kalzium.
Mechanische Reize führen über spezielle Kanäle in der Zellmembran zum Einstrom von Kalzium in die Zellen. Dieses Signal wirkt als Auslöser, der die Neuausrichtung der Basalkörper und damit die Richtungsänderung der Zilienschläge einleitet.
Nach und nach breitet sich diese Neuorganisation schnell durch das gesamte Gewebe aus und ermöglicht es dem gesamten Organismus, innerhalb weniger Sekunden seine Bewegungsrichtung zu ändern.
Wenn die Wissenschaftler den Kalziumeinstrom in die Zellen verhindern oder dieses Element nicht verfügbar machen, verliert
Trichoplax diese Fähigkeit zur schnellen Neuausrichtung. Das Tier kann seine Bewegungen dann nicht mehr effektiv anpassen.
Ein bislang unbekannter Mechanismus im Tierreich
Ein solcher Mechanismus der schnellen Neuorganisation zellulärer Strukturen wurde bei Tieren noch nie zuvor beobachtet. Vergleichbare Phänomene waren bekannt, aber sie spielten sich normalerweise über viel längere Zeiträume ab, von mehreren Stunden bis zu mehreren Tagen.
Diese Studie zeigt somit, dass ein extrem einfacher Organismus komplexe koordinierte Verhaltensweisen ohne Gehirn oder Nervensystem hervorbringen kann. Sie wirft auch ein neues Licht auf die grundlegenden Mechanismen der Fortbewegung und auf die Strategien, die die ersten Tiere genutzt haben könnten, um mit ihrer Umwelt zu interagieren.
Im weiteren Sinne deuten diese Arbeiten darauf hin, dass einfache lokale Regeln, kombiniert mit diffundierenden physikalisch-chemischen Signalen wie Kalzium, ausreichen können, um komplexe kollektive Verhaltensweisen auf der Ebene eines gesamten Organismus zu erzeugen.
Quelle: CNRS INSB