Jedes Leben beginnt mit einer einzigen Zelle. Diese teilt sich wieder und wieder, bis ein vollständiger Organismus entsteht. Doch wie genau dieser fundamentale Prozess bei manchen Tieren abläuft, war bislang ein Rätsel. Forschende der Technischen Universität Dresden haben nun einen überraschenden Mechanismus entdeckt, der unser Verständnis von Zellteilung grundlegend verändert.
Die Entdeckung betrifft Tiere mit besonders großen Eizellen. Haie, Vögel, Reptilien und Zebrabärblinge, eine Fischart, gehören dazu. In ihren Embryonen sind die Zellen riesig und voller Dotter. Dieser Dotter dient als Nahrungsvorrat. Genau er macht aber die Zellteilung kompliziert.
Die Rolle der Gerüststrukturen
Normalerweise teilen sich Zellen nach einem einfachen Prinzip. Ein Ring aus dem Protein Aktin bildet sich in der Zellmitte und zieht sich zusammen wie eine Beutelschnur. „Bei einem so großen Dotter im embryonalen Zellinneren gibt es eine geometrische Einschränkung", erklärt Alison Kickuth vom Exzellenzcluster Physics of Life. Sie ist Erstautorin der in Nature veröffentlichten Studie. Der klassische Schnürring kann sich nicht vollständig schließen. Trotzdem gelingt die Teilung.
Das Forschungsteam untersuchte Embryonen des Zebrabärblings. Mit präzisen Laserschnitten durchtrennten sie den Aktinring während der Teilung. Überraschend schnürte sich der Ring trotzdem weiter ein. Das zeigte, dass er über die gesamte Länge hinweg Halt findet. Die Wissenschaftler entdeckten dabei eine weitere wichtige Struktur. Mikrotubuli sind winzige Röhrchen im Zellinneren. Sie bilden das Gerüst der Zelle. Die Experimente zeigten, dass diese Röhrchen den Aktinring stabilisieren. Ohne sie bricht der Ring zusammen.
Ein Mechanismus wie eine Ratsche
Das Zellinnere, das Zytoplasma, verändert seine Konsistenz rhythmisch. In bestimmten Phasen wird es fest und gibt dem Aktinring Halt. In anderen Phasen wird es flüssig. Dann kann sich der Ring tiefer einschnüren. Dieser Wechsel wiederholt sich über mehrere Zellzyklen. Der Ring zieht sich Stück für Stück zusammen. „Der zeitliche Ratschenmechanismus verändert unser Verständnis der Zytokinese grundlegend", betont Jan Brugués, Leiter der Studie.
„Zebrabärblinge sind ein faszinierender Sonderfall, da die zytoplasmatische Teilung in ihren embryonalen Zellen von Natur aus instabil ist", erläutert Alison Kickuth. Die Zellen würden sich besonders schnell teilen, um diese Instabilität zu überwinden. Die Teilung erfolge über mehrere Zellzyklen durch den Wechsel zwischen Stabilität und Verflüssigung. Die Entdeckung könnte für viele eierlegende Arten gelten. Sie zeigt, wie anpassungsfähig die Natur ist. Für die Wissenschaft eröffnet das neue Perspektiven zur Erforschung biologischer Prozesse.
