Ein Salamander verliert sein Bein. Doch statt für immer verstümmelt zu bleiben, wächst die Gliedmaße einfach nach. Perfekt geformt, mit allen Knochen an der richtigen Stelle. Und das Erstaunlichste dabei ist, dass das neue Bein immer genau zur Körpergröße des Tieres passt. Egal ob es sich um einen jungen oder einen ausgewachsenen Axolotl handelt. Wie funktioniert das? Forscher aus Dresden haben jetzt ein mathematisches Modell entwickelt, das dieses Rätsel löst.
Die Wissenschaftler vom Exzellenzcluster Physics of Life (PoL) und vom Zentrum für Regenerative Therapien Dresden (CRTD) an der TU Dresden veröffentlichten ihre Ergebnisse in der renommierten Fachzeitschrift PNAS. Sie konzentrierten sich auf zwei wichtige Botenstoffe. Diese sogenannten Morphogene tragen die Namen Sonic Hedgehog und Fibroblast Growth Factor 8. Die Forscher nennen sie kurz SHH und FGF8. Diese beiden Moleküle werden an entgegengesetzten Enden der nachwachsenden Gliedmaße produziert.
Das Bremsprinzip der Natur
Die beiden Botenstoffe arbeiten zusammen wie ein intelligentes Messsystem. Dort wo sich ihre Wirkbereiche überlappen, wächst neues Gewebe. Je mehr die Gliedmaße wächst, desto größer wird der Abstand zwischen den beiden Produktionsstellen der Morphogene. Dadurch verringert sich die Überlappung ihrer Signalbereiche. Diese Verkleinerung wirkt wie eine Bremse. Sie stoppt das Wachstum genau dann, wenn die richtige Größe erreicht ist.
Die Forschenden testeten zwei theoretische Modelle. Beim ersten Modell würden sich die Parameter der Morphogene während des Wachstums ständig ändern. Das zweite Modell geht davon aus, dass die Parameter von Anfang an festgelegt sind. Sie richten sich nach der Gesamtgröße des Tieres und bleiben während des Nachwachsens konstant. Die Auswertung zeigte, dass das zweite Modell funktioniert. Die Wissenschaftler nennen es statische Skalierung.
Bedeutung über den Axolotl hinaus
Das Modell erklärt zwar nur die erste Phase der Regeneration. Doch genau diese Phase ist entscheidend. In ihr wird festgelegt, wie die neue Gliedmaße aufgebaut wird und wie viele Knochenelemente entstehen. Die Dresdner Forscher vermuten, dass ihr Modell ein allgemeines Prinzip beschreibt. Es könnte erklären, wie Größenkontrolle während der Entwicklung und Regeneration bei verschiedenen Tierarten funktioniert.
Die Erkenntnisse gelten nicht nur für Salamander, sondern möglicherweise auch für andere Arten, die Gliedmaßen nachwachsen lassen können. Langfristig könnten solche Grundlagenerkenntnisse auch für die regenerative Medizin beim Menschen relevant werden.
