Ein molekularer Schalter für Leben, Fortpflanzung und Tod

Alle Organismen brauchen Energie. Doch weil Energiequellen wie Futter in der Regel begrenzt sind, müssen Tiere entscheiden, wie sie die zur Verfügung stehenden Ressourcen am besten einsetzen. Fortpflanzung ist oft mit einer erheblichen Investition von Ressourcen verbunden, insbesondere, wenn Tiere eine große Zahl von Nachkommen zeugen.

Im Gegenzug bleiben ihnen dann weniger Ressourcen für andere Funktionen wie das Körperwachstum übrig. Bei Tieren, die bei der Fortpflanzung eine „Alles-oder-Nichts“-Strategie verfolgen, ist dieses Prinzip auf die Spitze getrieben: Wenn diese Tiere sich fortpflanzen, stecken sie alle verbleibende Energie in die Produktion des Nachwuchses, und sterben danach. Somit wird Fortpflanzung in diesen Tieren zu einer Frage von Leben und Tod.

Das Forschungsteam von Florian Raible entschlüsselt die molekularen Signalmoleküle, die es Tieren ermöglichen, diese wichtige Entscheidung zu treffen. Dafür nutzt das Team den Meeresborstenwurm Platynereis. Das Gehirn dieses Tieres produziert ein Hormon, das entscheidet, ob ein Tier wächst oder sich fortpflanzt und stirbt.

Das Hormon, das schon seit über 60 Jahren gesucht wurde und die Forscher nun identifizieren konnten – Methylfarnesoat – unterdrückt die Produktion des Dotter-Gens bei Weibchen und greift damit direkt in einen besonders ressourcenlastigen Schritt in der Fortpflanzung ein. Für Sven Schenk, Erstautor der Studie, war die Entdeckung der Substanz eine große Überraschung:

„Verwandte Substanzen waren bislang nur bei Insekten und nahe mit ihnen verwandten Tiergruppen entdeckt worden. Unsere Entdeckung des Hormons in einem Wurm macht klar, dass diese Art Hormon bereits viel früher in der Tierevolution entstanden sein musste als bisher angenommen.“

Mit der Entdeckung verbunden ist aber auch noch eine mögliche negative ökologische Konsequenz: Es gibt zahlreiche Insektizide, die eben diesen Signalweg beeinflussen. Diese Insektizide werden massiv eingesetzt, etwa im momentanen Kampf gegen die Tigermücke, die das Zika-Virus überträgt. Als das Forscherteam diese Insektizide an Platynereis testete, stellte sich heraus, dass sie das Hormonsystem der Würmer bereits in geringer Dosis entscheidend beeinträchtigten. „Das bedeutet auch, dass der Einsatz dieser Mittel möglicherweise tiefer in das gesamte Ökosystem der betroffenen Gebiete eingreift als beabsichtigt.“

Die Forscher konzentrieren sich nun auf die Erforschung der Verbreitung dieser Hormon-Klasse sowie ihre Funktion bei anderen Tiergruppen, wie zum Beispiel Schnecken und Muscheln. Das Team wird sich aber auch mit der Regulation des Hormons beschäftigen. „Schon seit langem weiß man, dass die Fortpflanzung der Meeresborstenwürmer von einem Monatszyklus abhängt, der durch das Mondlicht eingestellt wird. Nachdem wir nun ein entscheidendes Hormon der Reproduktion entdeckt haben, können wir und unsere KollegInnen der Forschungsplattform 'Rhythmen des Lebens' nun möglicherweise entscheidende Fortschritte darin machen, diesen Zyklus in seinem Wirkmechanismus zu entschlüsseln“, erklärt Raible.

Um das Hormon zu identifizieren, wurden Mittel des Europäischen Forschungsrats (ERC) sowie des Fonds zur Förderung wissenschaftlicher Forschung (FWF) verwendet. Entscheidend für die Entdeckung war auch die Kooperation mit der Arbeitsgruppe des Chemikers Christopher Gerner vom Institut für Analytische Chemie der Universität Wien. Diese Zusammenarbeit wurde durch die interdisziplinäre Forschungsplattform „Rhythmen des Lebens“ der Universität Wien ermöglicht.

Über die Forschungsplattform „Rhythmen des Lebens“
Die Universität Wien fördert seit 2013 die fakultätsübergreifende Forschungsplattform „Rhythmen des Lebens“. Beteiligt sind die Max F. Perutz Laboratories (MFPL), die Fakultät für Lebenswissenschaften und die Fakultät der Chemie. Universitäre Forschungsplattformen erleichtern die Kollaboration zwischen unterschiedlichen Zentren und Fakultäten der Universität Wien. Ihre Ergebnisse liefern oftmals die Grundlage für erfolgreiche Einreichungen für Drittmittelförderungen.

Publikation in „eLife“:
Sven Schenk, Christian Krauditsch, Peter Frühauf, Christopher Gerner, Florian Raible.
Discovery of methylfarnesoate as the annelid brain hormone reveals an ancient role of sesquiterpenoids in reproduction
eLife, 29. November 2016.
DOI: 10.7554/eLife.17126.001

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Die Max F. Perutz Laboratories (MFPL) sind ein gemeinsames Forschungs- und Ausbildungszentrum der Universität Wien und der Medizinischen Universität Wien am Vienna Biocenter, einem der größten Life Sciences Cluster in Österreich. An den MFPL sind rund 500 MitarbeiterInnen aus 40 Nationen in durchschnittlich 60 Forschungsgruppen mit Grundlagenforschung und Lehre im Bereich der Molekularbiologie beschäftigt.