The endoderm cell trajectory of urochordate Styela clava reveals the dual developmental origin and evolution of digestive tract

Stellen Sie sich das Verdauungssystem als ein komplexes, mehrräumiges Haus vor, das jedes Tier während seines Wachstums baut. Wissenschaftler wissen schon lange, dass diese Häuser bei verschiedenen Arten sehr unterschiedlich aussehen, aber sie waren sich nicht sicher, wie die Baupläne gezeichnet wurden oder woher die verschiedenen Räume (wie der Magen und der Darm) ursprünglich in unserem evolutionären Stammbaum stammten.

Diese Studie konzentriert sich auf ein kleines, im Meer lebendes Geschöpf namens Styela clava, eine Art von Seescheide (oder Seescheide). Betrachten Sie dieses Geschöpf als ein „lebendes Fossil“ oder einen zeitreisenden Cousin, der uns hilft zu verstehen, wie Chordaten (die Gruppe, zu der Menschen, Mäuse und Fische gehören) entstanden sind. Die Forscher wollten genau sehen, wie dieses Geschöpf sein Verdauungs„haus“ baut, während es sich von einer Larve in ein adultes Tier verwandelt.

Hier ist das, was sie herausgefunden haben, einfach aufgeschlüsselt:

1. Die „Zell-Volkszählung“
Die Forscher machten eine hochtechnologische Momentaufnahme von fast 27.000 einzelnen Zellen in fünf verschiedenen Stadien des Lebens des Geschöpfs. Es ist, als würde man jeden Tag ein Foto von einer Baustelle machen, um genau zu sehen, wie das Gebäude hochgezogen wird. Sie sortierten diese Zellen in 21 verschiedene Gruppen, so als würde man Arbeiter nach ihren spezifischen Jobtiteln ordnen (Klempner, Elektriker, Zimmerleute).

2. Die „Zwei-Teams-Baucrew“
Die größte Überraschung war, dass das Verdauungssystem nicht mit einer einzigen großen Gruppe von Arbeitern begann. Stattdessen begann es mit zwei unterschiedlichen Teams von „Progenitor“-Zellen (den Rohstoffen oder Lehrlingen).

• Team A war dazu bestimmt, den Magen zu bauen.
• Team B war dazu bestimmt, den Darm zu bauen.
  Unter Verwendung eines speziellen digitalen Werkzeugs namens „Pseudotime“ (das wie eine Vorwärts-/Rückwärtsspultaste fungiert, um den zukünftigen Weg einer Zelle zu sehen) beobachteten sie, wie sich diese zwei Teams frühzeitig aufspalteten und zu ihren jeweiligen Zielen marschierten.

3. Die „Familiäre Ähnlichkeit“
Als die Wissenschaftler die Baupläne von Styela clava mit denen einer Maus verglichen, fanden sie eine verblüffende familiäre Ähnlichkeit. Die zwei Teams der Seescheide stimmten mit zwei spezifischen Arten von Zellen im Mausembryo überein (dem „definitiven“ und dem „viszeralen“ Endoderm). Dies deutet darauf hin, dass die Idee von zwei getrennten Ursprüngen für Magen und Darm nicht nur eine Besonderheit von Seescheiden ist; es ist eine uralte Regel, die wahrscheinlich im gemeinsamen Vorfahren aller Chordaten, einschließlich uns, existierte.

4. Die „Frühe Entscheidung“-Regel
Einen interessanten Unterschied bemerkten sie bezüglich des Timings. Bei der Seescheide entscheiden die Arbeiter sehr früh im Prozess, ob sie Magen- oder Darmbauer werden. Es ist, als würde ein Student sein Studienfach bereits am ersten Tag wählen. Bei Wirbeltieren (wie Mäusen und Menschen) findet diese Entscheidung etwas später statt, was den Zellen mehr Zeit gibt, um umherzuwandern, bevor sie einen spezifischen Pfad wählen.

Das Fazit
Dieses Paper bietet keine neue medizinische Behandlung oder einen Weg, Krankheiten zu heilen. Stattdessen löst es ein historisches Rätsel. Es zeigt uns, dass sich der komplexe Verdauungstrakt moderner Tiere aus einem uralten „Zwei-Teams“-System entwickelt hat. Indem wir dieses einfache Meerestier studieren, können wir die ursprünglichen architektonischen Pläne sehen, die die Natur verwendete, um die Verdauungssysteme aller Chordaten zu bauen, und offenbaren, dass Magen und Darm schon immer zwei getrennte Wurzeln hatten.