Das Großhirn macht uns Menschen aus: Kunst, Literatur und Wissenschaft existierten ohne diesen am höchsten entwickelten Teil unseres Gehirns nicht. Wie jedoch ist das Großhirn im Verlauf der Evolution entstanden? Heidelberger Wissenschaftler haben jetzt eine unerwartete Entdeckung gemacht: Ein echtes Gegenstück zu unserem Großhirn findet sich bereits in einem Wirbellosen, dem Meeresringelwurm Platynereis dumerilii, einem entfernten Verwandten des Regenwurms.
Die neuen Ergebnisse am Europäischen Laboratorium für Molekularbiologie (EMBL) in Heidelberg geben einen Hinweis darauf, wie die ältesten hochentwickelten Gehirnregionen ausgesehen haben könnten, wann sie entstanden sind und welche Aufgaben sie hatten.
Kein Großhirn beim Lanzettfischchen
Nicht neu ist, dass wir — evolutionsbiologisch betrachtet — das Großhirn mit anderen Wirbeltieren teilen, unklar war bisher jedoch die frühe Evolution in wirbellosen Vorfahren. Selbst bei unseren nächsten wirbellosen Verwandten, dem Lanzettfischchen, konnte bislang keine dem Großhirn ähnliche Gehirnstruktur nachgewiesen werden.
Jetzt jedoch haben EMBL Wissenschaftler im Meeresringelwurm, einem im Stammbaum der Tiere sehr viel weiter entfernt stehenden Lebewesen, Gehirnstrukturen entdeckt, die dem Großhirn von Wirbeltieren ähneln und auf einen gemeinsamen Ursprung hinweisen. Dies ist den Forschern zufolge umso erstaunlicher, da sich die Entwicklungspfade von Mensch und Wurm bereits vor etwa 600 Millionen Jahren trennten.
Großhirn viel älter als gedacht
„Diese Ergebnisse sind in zweierlei Hinsicht verblüffend“, sagt EML-Forscher Detlev Arendt in der Fachzeitschrift „Cell“: „Erstens, das Großhirn ist wesentlich älter als man sich bisher vorstellen konnte, wahrscheinlich genauso alt wie die höheren Tiere selbst. Und zweitens wissen wir nun, dass sich diese besondere Struktur in Anpassung an das Leben in den Meeren des Präkambrium entwickelt hat.“
Zur Klärung der evolutionären Herkunft unseres Großhirns hat der verantwortliche Wissenschaftler, Raju Tomer, eine bestimmte Gehirnregion, die für die Verarbeitung von Geruchs- und anderen Sinnenreizen zuständigen so genannten Pilzkörper des Meeresringelwurms genauer untersucht.
Molekularer Fingerabdruck von Zellen bestimmt
Dazu entwickelte er eine neue Technik, das „Cellular profiling by image registration (PrImR)“, die es den Wissenschaftlern erstmalig ermöglicht, eine große Anzahl an Genen in einem kompakten Gewebe zu untersuchen und somit herauszufinden, welche Gene gleichzeitig in den selben Zelltypen aktiviert sind. Mit Hilfe dieser Technik gelang es Tomer, den molekularen Fingerabdruck jeder einzelnen Zelle zu bestimmen und anhand der jeweils exprimierten Gene auf den Zelltypus zu schließen — eine wesentliche Verbesserung zu der gängigen Bestimmung von Zellarten anhand ihrer Lage und spezifischen Form.
„Der Vergleich der molekularen Fingerabdrücke der sich entwickelnden Pilzkörper im Wurm mit den verfügbaren Daten von Wirbeltieren war eindeutig. Pilzkörper und Großhirn müssen einen gemeinsamen Vorläufer in der Evolutionsgeschichte gehabt haben, da sie zu ähnlich sind, als dass sie unabhängig voneinander entstanden sein könnten“, sagt Arendt.
Ansammlung dichtgepackter Zellen
Diese Urstruktur war nach Angaben der Wissenschaftler höchstwahrscheinlich eine Ansammlung dichtgepackter Zellen, die Geruchsinformationen empfangen und weiterverarbeitet haben und zugleich Bewegungen kontrollierten. Die Urahnen orteten Nahrung mit Hilfe des Geruchssinns, verarbeiteten diese Information in ihrem Großhirnvorläufer und bewegten sich dann zielgerichet auf dem Meeresboden auf die Nahrungsquelle zu. Möglicherweise nutzten sie diese Erfahrungen in einer frühen Form des Lernens.
„Bisher hat man angenommen, dass sich die Pilzkörper der Wirbellosen und das Großhirn der Wirbeltiere voneinander unabhängig entwickelt haben, wir konnten jedoch zeigen, dass dies wohl nicht der Fall war“, sagt Tomer. Und Arendt fasst zusammen: „Die Evolutionsgeschichte unseres Großhirns muss neu geschrieben werden.“
(European Molecular Biology Laboratory (EMBL), 03.09.2010 – DLO)
