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Embryonale Spuren der Evolution

Blick auf Muskeln der Hand eines zehn Wochen alten menschlichen Embryos. (Bild: Rui Diogo, Natalia Siomava und Yorick Gitton)

Relikte aus der Stammesgeschichte? Evolutionsbiologen haben Muskelstränge entdeckt, die sich während der menschlichen Embryonalentwicklung in den Extremitäten bilden und dann vor der Geburt wieder verschwinden. Interessanterweise besitzen manche Tiere diese Muskeln noch im Erwachsenenalter. Die Ergebnisse bieten somit Hinweise auf die Evolutionsgeschichte unserer Extremitäten sowie auf deren Anomalien, sagen die Wissenschaftler.

Zuerst sehen sie aus wie fischartige Wesen mit Schwanz und an Kiemen erinnernde Strukturen und dann bilden sich immer mehr die arttypischen Merkmale aus: Während der Embryonalentwicklung durchlaufen Wirbeltiere Stadien, die an Stufen in der Stammesgeschichte erinnern. Diese Beobachtung wurde seit Charles Darwin von verschiedenen Wissenschaftlern als ein Argument für die Evolutionstheorie angeführt. Es bilden sich demnach bei einigen Arten im Verlauf der Embryonalentwicklung zunächst Strukturen aus, die ihre Vorfahren noch besessen haben. Bis zur Geburt verschwinden sie aber oder die Weiterentwicklung wird abgebrochen. Solche temporären Körperformen werden als atavistische Strukturen bezeichnet.

Atavismus heißt das Stichwort

Ein markantes Beispiel findet sich etwa bei den Walen, als deren Vorfahren vierbeinige Landsäugetiere gelten: Während der Embryonalentwicklung dieser Meeresbewohner bilden sich Ansätze von Hinterbeinen – die weitere Entwicklung dieser Strukturen wird dann aber abgebrochen. Auch beim Menschen gibt es ein interessantes Beispiel: Bei unseren Embryos bilden sich Strukturen, aus denen sich bei unseren Vorfahren noch lange Schwänze gebildet haben. Bei uns geht aus ihnen hingegen nur noch das kleine Steißbein hervor.

In diesem Zusammenhang kann es auch zu einem Phänomen kommen, das als Atavismus bezeichnet wird. Dabei schlagen Merkmale, die es bei stammesgeschichtlichen Vorfahren einer Art gegeben hat, sozusagen wieder durch. Beim Menschen kann dies eine fellartige Behaarung am ganzen Körper sein oder die Ausbildung einer schwanzartigen Struktur. Auch bei Tieren gibt es zahlreiche Beispiele für Atavismus, etwa bei Walen oder Schlangen: Es kommt bei ihnen zu einer Ausbildung von Extremitäten.

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Es gab zudem bereits Belege dafür, dass es auch subtilere Formen atavistischer Strukturen gibt: Muskelstränge, die sich während der Embryonalentwicklung bilden, dann aber vor der Geburt wieder verschwinden, beziehungsweise mit anderen Strukturen verschmelzen. Das Wissen über solche Strukturen beim Menschen war allerdings bisher gering, betonen die Forscher um Rui Diogo von der Howard University in Washington. Er und seine Kollegen präsentieren nun die erste detaillierte Analyse der embryonalen Entwicklungsvorgänge bei den Muskeln der Extremitäten. Möglich wurden die neuen Einblicke durch dreidimensionale Darstellungen der Strukturen, die auf modernen Techniken der Immunmarkierungen beruhen. „Früher hatten wir ein besseres Verständnis für die frühe Entwicklung von Fischen, Fröschen, Hühnern und Mäusen als bei unserer eigenen Spezies, aber mit diesen neuen Techniken können wir nun auch die menschliche Entwicklung viel genauer beobachten“, so Diogo.

Urtümliche Muskelstränge werden temporär gebildet

Wie er und seine Kollegen berichten, enthüllten die innovativen 3D-Darstellungen das vorübergehende Vorhandensein mehrerer atavistischer Muskeln in den Extremitäten: Viele, die sich in Hand und Fuß in der 7. Schwangerschaftswoche bilden, fehlen ab der 13. Schwangerschaftswoche vollständig. Bei einigen Wirbeltieren bleiben diese Muskeln hingegen erhalten, sagen die Forscher. Durch stammesgeschichtliche Hinweise zeichnet sich ihnen zufolge beispielsweise ab, dass diese sogenannten Dorsometacarpal-Muskeln schon beim Übergang von den Reptilien zu den Säugetieren ihre Funktion bei den erwachsenen Tieren verloren haben.

„Es ist faszinierend, dass wir verschiedene atavistische Muskeln entdeckt haben, die in der pränatalen Entwicklung des Menschen noch nie beschrieben wurden“, sagt Diogo. „Es handelt sich um faszinierende Spuren der Entwicklungsgeschichte“, so der Evolutionsbiologe.“Interessanterweise sind einige dieser Muskeln auch in seltenen Fällen bei Erwachsenen anzutreffen – entweder als anatomisches Phänomen ohne nennenswerte Auswirkung oder aber in der Form einer angeborenen Missbildung. Dies untermauert somit die Annahme, dass sowohl Muskelabweichungen als auch Pathologien mit einer verzögerten oder aufgehaltenen Embryonalentwicklung zusammenhängen“, sagt Diogo.

Quelle: The Company of Biologists, Fachartikel: Development, doi: 10.1242/dev.180349

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