SdWSBMH0217

mehr in alle Richtungen symmetrisch sein. Stattdessen

können sich einzelne Teile davon spezialisieren. Beispiels­

weise erkennen die haarförmigen Zilien am einen Ende

des Schneckengangs im Ohr hohe Frequenzen, die am

anderen Ende niedrige. Eine solche Asymmetrie einer

Gewebeschicht bezeichnen Forscher als planare Polarität.

Die Gene, deren Proteinprodukte für die planare Polari­

tät sorgen, ähneln sich sehr auch bei entwicklungsge­

schichtlich weit voneinander entfernten Arten, etwa

zwischen Säugetieren und Insekten. Entsprechend sind

die zugehörigen Gene sehr alt: Sie entstanden schon vor

mehr als 500 Millionen Jahren im Zuge der damaligen

Herausbildung des Tierreichs.

Vieles, was wir über die planare Polarität wissen,

haben Forscher seit Mitte des 20. Jahrhunderts durch

Studien an Insekten herausgefunden. Der Einfachheit

halber konzentrierten sie sich mit ihren Experimenten

nicht auf innere Organe, sondern auf die leichter zugängli­

che harte Außenhaut (Cuticula), die man bei den meisten

ausgewachsenen Insekten findet. Ausgeschieden wird die

Cuticula von einer unmittelbar darunter liegenden Schicht

weicherer Epithelzellen, der Epidermis.

Im Mikroskop zeigt sich die Außenseite der Cuticula als

klar geordnete Landschaft aus Leisten und Schuppen,

die in regelmäßigen Abständen mit Haaren und Borsten

versehen ist. Manche dieser Auswüchse sprechen auf

Druckveränderungen oder chemische Substanzen an und

tragen so dazu bei, dass die Tiere auf ihre Umwelt rea­

gieren können. Außerdem sind solche Haare oder Borsten

fast immer parallel zu ihren Nachbarn angeordnet, so

dass alle Spitzen in die gleiche Richtung weisen. An den

Flügeln zeigen die Haare vom Körper weg, am Rumpf

weisen sie in die vom Kopf abgewandte Richtung. Wie die

Wände des entstehenden Neuralrohrs wissen anschei­

nend auch diese Zellen, wo vorn und hinten liegt. Außer­

dem scheinen sie ermitteln zu können, in welcher Rich­

tung der Abstand zu anderen Geweben kleiner (proximal)

oder größer (distal) ist.

Wie Peter Lawrence von der University of Cambridge,

Michael Locke von der University of Western Ontario und

andere schon vor mehr als 40 Jahren mit einer Reihe

bahn brechender Experimente nachweisen konnten,

tauschen Zellen solche Richtungsinformationen unterein­

ander aus. Die Forscher schnitten damals bei Wanzen der

Gattungen Rhodnius und Oncopeltus winzige Hautquadra­

te aus jener Epidermisschicht heraus, die das Außenske­

lett hervorbringt. Sie drehten die Stückchen dann um

180 Grad und pflanzten sie am Bauch der Insekten wieder

in die Epidermis ein.

Nun könnte man annehmen, dass die Leisten oder

Borsten, die in der Cuticula aus dem verdrehten Trans­

plantat wuchsen, im Vergleich zu ihrer Umgebung in die

entgegengesetzte Richtung wiesen. Aber nach der nächs­

ten Häutung, als die Insekten ihr altes Außenskelett

abgelegt und ein neues aufgebaut hatten, beobachteten

die Wissenschaftler eine verblüffende Veränderung: An

den Grenzen des verpflanzten Quadrats bildeten sich

wunderschöne Wirbel. Deren Verteilung zufolge hatten

benachbarte Zellen ihre Orientierung jeweils so ange­

passt, dass die Unterschiede möglichst gering blieben.

Offensichtlich konnten die Zellen sich also darüber ver­

ständigen, in welche Richtung ihre Leisten und Borsten

zeigen sollten. Aber wie machten sie das?

Um die dahinterstehenden zellulären und molekularen

Mechanismen aufzuklären, brauchte man eine neue

Taktik – einen genetischen Ansatz statt chirurgischer

Eingriffe. Und wenn es um Genetik geht, ist kein anderes

Insekt so gut erforscht wie die bereits seit 1910 eingehend

untersuchte Taufliege Drosophila melanogaster.

Taufliegen mit Wuschelfrisur

Seit den 1980er Jahren beschäftigten sich einige Wissen­

schaftler, darunter auch einer von uns (Adler), näher mit

der Gewebepolarität bei Taufliegen. Dazu identifizierten

wir mutierte Taufliegen mit defektem Polaritätssystem, die

wir daraufhin genauer analysierten. Das ermöglichte uns

Rückschlüsse auf die normale Funktion des Systems. So

weisen etwa die Haare auf den Flügeln von Drosophila

genau wie die am Bauch der Wanzen einheitlich in die

gleiche Richtung, in diesem Fall zum äußeren Flügelende.

Bei Mutationen in einem Gen namens frizzled sehen die

Fliegen dagegen völlig unfrisiert aus: Viele Haare zeigen in

falsche Richtungen. Ein ähnliches Muster erzeugen Muta­

tionen in dem Gen dishevelled. Die Übereinstimmungen

deuten darauf hin, dass beide Gene zum gleichen System

gehören, das die Orientierung der Zellen kontrolliert.

Zwei Forschergruppen haben die Frage systematisch

untersucht, wie sich frizzled, dishevelled und andere

Mu tationen bei Taufliegen auf verschiedene Teile der

Mutationen in einem dieser Gene

lassen Haarwirbel entstehen,

die an die Pinselstriche von van

Gogh erinnern

AUF EINEN BLICK

JEDE ZELLE HAT IHREN PLATZ

1

Alle Tierzellen müssen wissen, wo im Körper sie sich

befinden. Forscher haben einige Proteine identifiziert,

mit deren Hilfe Zellen spüren, in welcher Richtung im

Tier vorn oder hinten, oben oder unten ist.

2

Diese Gewebepolaritätsproteine sind so wichtig, dass

sich die zugehörigen Gene seit ihrer Entstehung kaum

verändert haben; sie finden sich in Taufliegen und

Mäusen ebenso wie in Menschen.

3

Das lässt sich etwa an Haarwuchsmustern untersu­

chen. Laut einem Modell verbreiten die Proteine

Informationen über die Position mittels Anziehungs­

und Abstoßungseffekten quer durch Zellschichten.