Eine Entdeckung, die das Lehrbuch buchstäblich verändert

Eine Entdeckung, die "ändert buchstäblich das Lehrbuch"

Siehe, das Gehirn des Gar. In diesem Mikroskopbild fluoresziert die linke Gehirnhälfte grün und die rechte magenta. Am unteren Rand des Bildes sind jedoch Nerven beider Farben zu sehen, die sich mit beiden Hemisphären verbinden. Dies zeigt, dass beide Augen des Gar mit beiden Seiten seines Gehirns verbunden sind, wie es die Augen eines Menschen sind. Bildnachweis: Nachdruck mit freundlicher Genehmigung von RJ Vigouroux et al. Science 372: eabe7790 (2021)

Das Nervennetzwerk, das unsere Augen mit unserem Gehirn verbindet, ist hoch entwickelt, und Forscher haben jetzt gezeigt, dass es sich dank einer unerwarteten Quelle viel früher entwickelt hat als bisher angenommen: dem Gar-Fisch.

Ingo Braasch von der Michigan State University hat einem internationalen Forschungsteam dabei geholfen zu zeigen, dass dieses Verbindungsschema bereits vor mindestens 450 Millionen Jahren in alten Fischen vorhanden war. Damit ist es etwa 100 Millionen Jahre älter als bisher angenommen.

“Für mich ist es das erste Mal, dass eine unserer Veröffentlichungen das Lehrbuch, mit dem ich unterrichte, buchstäblich ändert”, sagte Braasch als Assistenzprofessor am Institut für Integrative Biologie des College of Natural Science.

Diese Arbeit wurde in der Zeitschrift veröffentlicht Wissenschaft am 8. April bedeutet auch, dass diese Art der Auge-Gehirn-Verbindung älter ist als Tiere, die an Land leben. Die existierende Theorie war, dass sich diese Verbindung zuerst bei terrestrischen Kreaturen entwickelte und von dort aus auf den Menschen überging, wo Wissenschaftler glauben, dass sie bei unserer Tiefenwahrnehmung und 3D-Sicht hilft.

Und diese Arbeit, die von Forschern der öffentlichen Forschungsorganisation Inserm in Frankreich geleitet wurde, verändert mehr als unser Verständnis der Vergangenheit. Es hat auch Auswirkungen auf die zukünftige Gesundheitsforschung.

Das Studium von Tiermodellen ist eine unschätzbare Möglichkeit für Forscher, etwas über Gesundheit und Krankheit zu lernen, aber es kann schwierig sein, aus diesen Modellen Verbindungen zu menschlichen Bedingungen herzustellen.

Zebrafische sind zum Beispiel ein beliebtes Modelltier, aber ihre Verkabelung zwischen Auge und Gehirn unterscheidet sich stark von der eines Menschen. Dies erklärt in der Tat, warum Wissenschaftler dachten, die menschliche Verbindung habe sich zuerst bei viergliedrigen Landtieren oder Tetrapoden entwickelt.

“Moderne Fische haben diese Art von Auge-Gehirn-Verbindung nicht”, sagte Braasch. “Das ist einer der Gründe, warum die Leute dachten, es sei eine neue Sache bei Tetrapoden.”

Braasch ist einer der weltweit führenden Experten für eine andere Fischart, die als Gar bekannt ist. Gar hat sich langsamer entwickelt als Zebrafische, was bedeutet, dass Gar dem letzten gemeinsamen Vorfahren von Fischen und Menschen ähnlicher ist. Diese Ähnlichkeiten könnten Gar zu einem leistungsstarken Tiermodell für Gesundheitsstudien machen, weshalb Braasch und sein Team daran arbeiten, Gar-Biologie und -Genetik besser zu verstehen.

Aus diesem Grund haben die Forscher von Inserm Braasch für diese Studie aufgesucht.

“Ohne seine Hilfe wäre dieses Projekt nicht möglich gewesen”, sagte Alain Chédotal, Forschungsdirektor bei Inserm und Gruppenleiter des Vision Institute in Paris. “Wir hatten keinen Zugang zu Spotted Gar, einem Fisch, den es in Europa nicht gibt und der eine Schlüsselposition im Baum des Lebens einnimmt.”

Für die Studie verwendeten Chédotal und sein Kollege Filippo Del Bene eine bahnbrechende Technik, um die Nerven zu sehen, die die Augen bei verschiedenen Fischarten mit dem Gehirn verbinden. Dazu gehörten der gut untersuchte Zebrafisch, aber auch seltenere Exemplare wie Braasch’s Gar und australischer Lungenfisch, die von einem Mitarbeiter der University of Queensland zur Verfügung gestellt wurden.

Bei einem Zebrafisch hat jedes Auge einen Nerv, der es mit der gegenüberliegenden Seite des Gehirns des Fisches verbindet. Das heißt, ein Nerv verbindet das linke Auge mit der rechten Gehirnhälfte und ein anderer Nerv verbindet sein rechtes Auge mit der linken Gehirnhälfte.

Die anderen, “älteren” Fische machen die Dinge anders. Sie haben sogenannte ipsilaterale oder bilaterale visuelle Projektionen. Hier hat jedes Auge zwei Nervenverbindungen, eine zu beiden Seiten des Gehirns, was auch der Mensch hat.

Mit einem Verständnis für Genetik und Evolution konnte das Team in die Vergangenheit zurückblicken, um abzuschätzen, wann diese bilateralen Projektionen zum ersten Mal auftauchten. Mit Blick auf die Zukunft freut sich das Team, auf dieser Arbeit aufzubauen, um die Biologie visueller Systeme besser zu verstehen und zu erforschen.

“Was wir in dieser Studie gefunden haben, war nur die Spitze des Eisbergs”, sagte Chédotal. “Es war sehr motivierend, Ingos begeisterte Reaktion und herzliche Unterstützung zu sehen, als wir ihm die ersten Ergebnisse vorstellten. Wir können es kaum erwarten, das Projekt mit ihm fortzusetzen.”

Sowohl Braasch als auch Chédotal stellten fest, wie leistungsfähig diese Studie dank einer soliden Zusammenarbeit war, die es dem Team ermöglichte, so viele verschiedene Tiere zu untersuchen, was laut Braasch ein wachsender Trend auf diesem Gebiet ist.

Die Studie erinnerte Braasch auch an einen anderen Trend.

“Wir stellen immer mehr fest, dass viele Dinge, von denen wir dachten, dass sie sich relativ spät entwickelt haben, tatsächlich sehr alt sind”, sagte Braasch, wodurch er sich ein bisschen mehr mit der Natur verbunden fühlt. “Ich lerne etwas über mich selbst, wenn ich diese seltsamen Fische betrachte und verstehe, wie alt Teile unseres eigenen Körpers sind. Ich freue mich darauf, die Geschichte der Augenentwicklung in diesem Semester in unserer Klasse für vergleichende Anatomie mit einer neuen Wendung zu erzählen.”


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Mehr Informationen:
“Bilaterale visuelle Projektionen existieren bei nicht teleostierten Knochenfischen und gehen auf die Entstehung von Tetrapoden zurück.” Wissenschaft (2021). science.sciencemag.org/cgi/doi… 1126 / science.abe7790

Journalinformationen:
Wissenschaft

Bereitgestellt von der Michigan State University

Zitat: Eine Entdeckung, die das Lehrbuch buchstäblich verändert (2021, 8. April), wurde am 9. April 2021 von https://phys.org/news/2021-04-discovery-literally-textbook.html abgerufen

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“Bilaterale visuelle Projektionen existieren bei nicht teleostierten Knochenfischen und gehen auf die Entstehung von Tetrapoden zurück.” Wissenschaft (2021). science.sciencemag.org/cgi/doi… 1126 / science.abe7790

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Wissenschaft

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