In der vorliegenden Arbeit wird eine Synthese zwischen dem vergleichend-formenkundlichen (evolutionsbiologischen) Frageansatz und der molekularen Analyse ontogenetischer Vorgänge angestrebt. Am Beispiel der Evolution des Nervensystems der Metazoen wird dargelegt, dass in den Ontogenesen hochkonservierte molekulargenetische Mechanismen für die Ausbildung der Nervensysteme verantwortlich sind. Diskutiert wird der konservierte Beitrag der Hox-Gene bei der Festlegung der anterio-posterioren Körperachse, die Funktion der Achaete-scute-Gene und des Notch/Delta-Signalweges bei der Spezifizierung von Nervenzellen und die Rolle des BMP-4/Dpp-Signalweges bei der Positionierung des Neuroektoderms entlang der Dorsoventral-Achse von Vertebraten und Insekten. Es wird verdeutlicht, dass die Evolution komplexer Strukturen auf der Veränderung von Ontogenesen beruht.
Abstract
This review tries to establish a synthesis between the comparative/morphological approach and the molecular analysis of ontogenetic processes in development and evolution. We use the formation of the nervous system in metazoans as a paradigm to point out that highly conserved molecular mechanisms may be responsible to generate tissues and organ systems in bilateria. We discuss the conserved role of the Hox genes in anterior- posterior patterning, the function of the Achaete-scute genes and of the Notch/Delta signalling cascade in determining neural fates and the role of the BMP-4/Dpp-signalling pathway in positioning the neuroectoderm along the dorso-ventral axis of vertebrates and insects. We try to demonstrate that the evolution of complex body structures is based on modifying ontogenetic processes.
2 Günther K. Über Evolutionsfaktoren und die Bedeutung des Begriffs der „ökologischen Lizenz” für die Erklärung von Formerscheinungen im Tierreich. In: Ornithologie als Biologische Wissenschaft. Festschrift Heidelberg; Stresemann 1949
3 Günther K. Ökologische und funktionelle Anmerkungen zur Frage des Nahrungserwerbs bei Tiefseefischen mit einem Exkurs über die ökologischen Zonen und Nischen. In: Moderne Biologie. Festschrift. Berlin; Nachtsheim 1950: 55-93
8 Kleinenberg N. Eine anatomisch-entwicklungsgeschichtliche Untersuchung. Leipzig; Engelmann 1872
9 Grimmelikhuijzen C JP, Westfall J A. The nervous system of Cnidarians. The nervous system of invertebrates: an evolutionary and comparative approach. In: Breibach O, Kutsch W (eds) Basel; Birkhäuser 1995
10
Jones W C.
Is there a nervous system in sponges?.
Biol Rev.
1962;
37
1-50
11 Ax P. Das System der Metazoa. Bd. I-III. Heidelberg; Spectrum 1995 - 2001
12 Rieger R M, Hazsprunar G, Schuchert P. On the origin of the Bilateria: traditional views and recent altnerativ concepts. In: Simonetta A, Conway Morris S (eds) the early evolution of Metazoa and significance of problematic taxa. 1991: 107-112
16
Holley S A, Jackson P D, Sasai Y, Lu B, De Robertis E M, Hoffmann F M, Ferguson E L.
A conserved system for dorsal-ventral patterning in insects and vertebrates involving sog and chordin.
Nature.
1995;
376
249-253
18 Wilson E B. The cell in development and heredity. Third Edition. New York; Macmillan 1925
19 Spemann H. Embryonic development and induction. New Haven, Connecticut; Yale University Press 1938
20
Sander K.
Analyse des ooplastischen Reaktionssystems von Eucelis pelbejus Fall. (Cicadina) durch Isolieren und Kombinieren von Eiteilen. II: Die Differenzierungsleistungen nach Verlagerung von Hinterpolmaterial.
Wilhelm Roux's Arch Entw Mech Org.
1960;
151
660-707
22 Sander K. The role of genes in ontogenesis: Evolving concepts from 1883 to 1983 as perceived by an insect embroylogist. In: Horder TJ, Witkowski JA, Wylie CC (eds) A History of embryology. New York; Cambridge University Press 1986: 363-365
25 Nüsslein-Volhard C, Wieschaus E, Jürgens G. Segmentierung bei Drosophila - Eine genetische Analyse. Ver Dtsch Zool Ges. Stuttgart; Fischer 1982: 91-104
26
Nüsslein-Volhard C.
Determination of the embryonic axes of Drosophila.
Development Suppl.
1991;
1
1-10
28 Garcia-Bellido A. Genetic control of wing disc development in Drosophila. In: Cell patterning. Ciba Foundation Symposium Amsterdam; Elsevier 1975 29: 161-182
30 Kaufmann T C. The genetic regulation of segmentationin Drosophila melanogaster. In: Jeffrey WR, Raff RA (eds) Time, space and pattern in embryonic development. New York; Alan Liss 1983: 365-383
31
Gehring W J, Müller M, Affolter M, Percival-Smith A, Billeter M, Qian Y Q, Otting G, Wütherich K.
The structure of the homeodomain and its functional implications.
Trends Gen.
1990;
6
323-329
32 Anderson K V, Nüsslein-Volhard C. Dorsal-group genes in Drosophila. In: Gall J (ed) Gametogenesis and the early embryo. New York; Alan Liss Inc Sym Soc Dev Biol 1986 43: 177-194
33 Chasan R, Anderson K V. Maternal control of dorsal-ventral polarity and pattern in the embryo. In: Bate M, Martinez Arias A (eds) The development of Drosophila melanogaster. New York; Cold Spring Harbor Laboratory Press 1993: 387-424
34
Kessel M, Gruss P.
Homeotic transformations of murine vertebrae and concomitant alterations of Hox codes induced by retinoic acid.
Cell.
1991;
67
89-104
40
Caudy M, Vässin H, Brand M, Tuma R, Jan L Y, Jan Y N.
Doughterless, a gene essential for both neurogenesis and sex determination in Drosophila, has sequence similarities to myc and the achaete-scute complex.
Cell.
1988;
55
1061-1067
41
Johnson J E, Birren S J, Anderson D J.
Two rat homologs of Drosophila achaete-scute specifically expressed in neuronal precursors.
Nature.
1990;
346
858-861
43
Chitnis A, Henrique D, Lewis J, Ish-Horowicz D, Kintner C.
Primary neurogenesis in Xenopus embryos regulated by a homologue of the Drosophila neurogenci gene Delta.
Nature.
1995;
375
761-766
44
Sasai Y, Lu B, Steinbeisser H, De Robertis E M.
Regulation of neural induction by the Chd and Bmp-4 antagonistic patterning signals in Xenopus.
Nature.
1995;
377
757
45
De Robertis E M, Larrain J, Oelschläger M, Wessley O.
The establishment of Spemann's organizer fand patterning of the vertebrate embryo.
Nat Rev Genet.
2000;
1
171-181
