Tarmens evolutionære oprindelse

Hvordan havde tarmen, udvikler huden og muskulaturen sig? Dette spørgsmål vedrører forskere i mere end et århundrede. Gennem undersøgelse af den embryonale udvikling af søanemoner, en meget gammel dyreslægt, forskere fra universitetet i Wien er nu kommet til konklusioner, der udfordrer den 150 år gamle hypotese om homologien (fælles evolutionær oprindelse) af kimlagene, der danner alle senere organer og væv.

Ifølge en 150 år gammel hypotese, alle væv og organer i vores krop stammer fra et af tre kimlag, der etableres under tidlig embryogenese. Denne "kimlagshypotese" siger, at hud og nervesystem stammer fra det ydre ektodermlag, tarmen og nogle indre organer, ligesom bugspytkirtlen, stammer fra det indre endodermlag, mens muskler og kønskirtler stammer fra det midterste lag, mesoderm. Tidligt, forskere bemærkede en grundlæggende forskel i antallet af kimlag i forskellige dyregrupper.

Mens de fleste dyr, ligesom mennesker, insekter og orme, udvikle sig fra tre kimlag, cnidarians (koraller, havanemoner eller vandmænd) mangler mellemlaget og præsenterer kun to cellelag under udvikling og gennem hele livet. Fremkomsten af ​​mesoderm som det tredje mellemliggende kimlag betragtes som en vigtig begivenhed under udviklingen af ​​komplekse dyr. Indtil nu, imidlertid, det var kontroversielt, hvordan mesoderm har udviklet sig, og hvordan de to cnidarian kimlag forholder sig til de tre lag i de fleste andre dyr. En ny publikation fra laboratoriet i Ulrich Technau ved Institut for Molekylær Evolution og Udvikling ved Universitetet i Wien præsenterer et fundamentalt nyt syn på udviklingen af ​​kimlag.

Det inderste, tarmdannende endoderm er altid blevet betragtet som evolutionært relateret mellem cnidarians og andre dyr. I deres undersøgelse, Technau og kolleger har nu testet denne hypotese ved at spore den embryonale oprindelse af fordøjelsesenzymer-producerende celler såvel som deres udviklingsregulatorgener, der er typiske for tarmen og bugspytkirtlen i en søanemone. Forfatterne viser, at i søanemoner, mod alle tidligere overbevisninger, fordøjelsesenzym- og insulinproducerende kirtelceller udvikler sig ikke fra endoderm, men fra den ectodermale del af munden, svælget. "Jeg var forundret, da jeg første gang så, at alle endodermderivater af søanemoner er fuldstændig blottet for fordøjelseskirtelceller. Det var ikke det, der læres i biologibøger," forklarer Patrick Steinmetz, der bidrog med de fleste af eksperimenterne og nu er gruppeleder ved University of Bergen i Norge.

"Resultaterne ændrer fuldstændigt den måde, vi tænker på oprindelsen af ​​kimlag. Det betyder, at 'endoderm' i søanemoner og hvirveldyr, selvom de hedder det samme, er faktisk ikke evolutionært relaterede "tilføjer Ulrich Technau. Hvis ectoderm i munden på havanemonen og ikke endodermen svarer til hvirveldyrets tarm og bugspytkirtel, hvad er så hvirveldyrets korrelat for havanemonen endoderm? Da Steinmetz og Technau dykkede dybere i dette spørgsmål, de fandt stærke ligheder mellem cnidarian endoderm og det mellemliggende mesoderm lag:begge deler et stort antal regulatoriske gener, og begge giver anledning til lignende celletyper, såsom muskel- eller gonadceller. Havanemonen viser således et klart korrelat af mesoderm, men ikke i en mellemstilling som fundet hos trelagede dyr. Positionering, og ikke ny fremkomst, af væv mellem tarmen og huden var således den centrale begivenhed, der førte til udviklingen af ​​trelagede dyr.

"Et overvældende flertal af dyr udvikler i dag tre kimlag, og vi har taget et stort skridt i retning af forståelsen af ​​en af ​​de mest afgørende begivenheder, der ligger til grund for denne evolutionære succeshistorie "slutter Steinmetz.