Nobelpreisträgerin: Schöne Männchen nur da, um Weibchen zu begatten

Wien (APA) - Den Medizinnobelpreis erhielt die deutsche Biologin Christiane Nüsslein-Volhard 1995 für die Erforschung der genetischen Kontrolle der frühen Embryonalentwicklung. Mittlerweile fragt sie sich, wie Zebrafische zu ihren Streifen kommen. Anlässlich eines Vortrags in Wien sprach sie mit der APA, was an der Schönheit von Zebrafischen interessant ist und wozu Tiere ein hübsches Aussehen brauchen.

Frage: Sie haben 1995 den Nobelpreis für ihre Forschung über die Entstehung der Gestalt (Morphogenese) von Fliegen bekommen, dies anschließend bei Zebrafischen untersucht und sind jetzt bei der Schönheit von Fischen angelangt. Wie kam es zu diesem Wechsel?

Christiane Nüsslein-Volhard: Farbmuster werden bei Wirbeltieren mit völlig anderen Mechanismen gemacht als bei Fliegen und anderen Insekten. Das hat mich fasziniert. Auch zellbiologisch ist es interessant, wie Farbstoff produzierende Zellen in die Haut kommen und sich dort anordnen. Dies ist sehr wenig erforscht, und ich mache immer gerne Sachen, die andere Leute nicht machen. Vor allem sind die Fische wirklich sehr schön, und es ist reizvoll herauszufinden, wie ihre Muster entstehen.

Frage: Was haben Sie darüber schon Interessantes entdeckt?

Nüsslein-Volhard: Dass die farbigen Zellen als Stammzellen in den Muskelpaketen oder dem Nervensystem angelegt werden, und von dort in die Haut wandern. Bei den Zebrafischen sind es drei Zelltypen, die miteinander wechselwirken, damit dann plötzlich diese schönen Streifen gemacht werden.

Frage: Und was sind die großen offenen Fragen?

Nüsslein-Volhard: Wir sind noch ein bisschen am Rätseln, wie das Ganze orchestriert wird. Indem wir verschiedene, nahe miteinander verwandte Arten vergleichen, wollen wir nun schauen, welche Gene beteiligt sind, damit diese Muster entstehen.

Frage: Sind die Mechanismen für die Farbmuster vergleichbar mit jenen bei der Morphogenese, die sie in ihrem früheren Forschungsleben untersucht haben, wie zum Beispiel Gradienten von Signalstoffen?

Nüsslein-Volhard: Nein, offensichtlich nicht. Gradienten sind Signale, die sehr weitreichend wirken. Je weiter man von ihrer Quelle entfernt ist, umso niedriger ist ihre Konzentration, und umso schwächer sind die Signale. Dies wird von den Zielzellen wahrgenommen, und sie reagieren entsprechend. Bei der Entstehung der Streifen scheinen solche Gradienten überhaupt keine Rolle zu spielen, was wir eigentlich sehr merkwürdig finden. Hier wirkt also ein ganz neuer Mechanismus, über den man noch sehr wenig weiß.

Frage: Sind es unterschiedliche Zellen, die jeweils blaue und silberne Streifen der Zebrafische bilden?

Nüsslein-Volhard: Es gibt dunkle Zellen in den dunklen Streifen und silberne, die sowohl in den dunklen und hellen Streifen vorhanden sind. Außerdem gibt es hauptsächlich in den hellen Streifen gelbe Zellen. Sie alle müssen sich ordentlich anordnen, sonst ist das Muster nicht schön. Dabei stoßen sie einander teils ab, teils ziehen sie einander an. Es gibt Moleküle an den Außenseiten dieser Zellen, mit denen sie sich wohl gegenseitig „anfassen“. Wie das funktioniert, ist aber noch ziemlich rätselhaft.

Frage: Wenn ich es richtig verstanden habe, ist das Muster auch dreidimensional aufgebaut.

Nüsslein-Volhard: Ja, diese drei Zelltypen liegen in Schichten übereinander und nicht nebeneinander. Die gelben Zellen sind außen, dann kommen die silbernen und schließlich die dunklen, schwarzen. Diese drei Lagen müssen untereinander kommunizieren, aber auch innerhalb der Schichten werden Signale ausgetauscht, zum Beispiel um die Wachstumsgeschwindigkeiten zu regulieren.

Frage: Gibt es Hinweise, dass dies bei Säugetieren ähnlich ist. Zebras sind ja zum Beispiel ebenso gestreift wie Zebrafische, wenn auch in eine andere Richtung?

Nüsslein-Volhard: Diese Frage stellten wir uns auch. Bei Zebras, Tigern und Hauskatzen kann man das natürlich viel schwerer erforschen. Wir wissen aber von den Zebrafischen, dass sich die Stammzellen dort zunächst nach oben und unten verteilen. Bevor übergeordnete Wechselwirkungen ihre Querstreifen erzeugen, ist die Wachstumsrichtung hier also ebenso senkrecht, wie die Streifen von Tigern und Zebras. Man kann also auch für diese Tiere von den Zebrafischen lernen. Bei Tigern und Zebras gibt es außerdem nur eine Sorte Farbzellen, die dunkler oder weniger dunkel sind, und einen einzigen Farbstoff, nämlich Melanin. Irgendwie müssen sich aber auch ihre Farbzellen auseinander heddern, damit bei diesen Tieren so schöne Streifen entstehen.

Frage: Was ist die biologische Rolle der Schönheit, wieso ist sie in der Evolution entstanden?

Nüsslein-Volhard: Sie dient hauptsächlich der Kommunikation zwischen Individuen einer Art. Ein Zebrafisch findet andere Zebrafische schön, aber das Aussehen anderer Arten regt die Tiere nicht auf, selbst wenn deren Farben für uns Menschen noch hübscher aussehen. Zunächst sind die Muster wahrscheinlich für die Anziehung der Geschlechter bei der Partnerwahl entstanden. Bei den Tieren sind meist die Männchen attraktiver, weil die Weibchen sich Schönheit oft nicht leisten können. Bei der Brutpflege werden sie schnell gefangen und gefressen, wenn sie zu auffällig sind. Männchen können dort schön sein, wo sie sich eigentlich nur darum kümmern, Weibchen zu begatten. Es gibt auch andere soziale Wechselwirkungen der Tiere über das Aussehen, zum Beispiel Warnfärbungen oder Muster, durch die Eltern ihre Kinder erkennen.

(Das Gespräch führte Jochen Stadler/APA)

ZUR PERSON: Die deutsche Entwicklungsbiologin Christiane Nüsslein-Volhard (74) war von 1985 bis 2014 Direktorin der Abteilung Genetik des Max Planck-Instituts für Entwicklungsbiologie in Tübingen. Seit ihrer Emeritierung leitet sie dort eine Forschungsgruppe zum Thema „Color pattern formation“. 1995 erhielt sie gemeinsam mit Eric Wieschaus und Edward Lewis für ihre Forschungen über die genetische Kontrolle der frühen Embryonalentwicklung den Medizin-Nobelpreis. Als Trägerin des Österreichischen Ehrenzeichens für Wissenschaft und Kunst ist sie Mitglied der Österreichischen Kurie für Wissenschaft.

(SERVICE - Vortrag von Christiane Nüsslein-Volhard auf Einladung der Österreichischen Akademie der Wissenschaften (ÖAW) und des Institute of Science and Technology (IST) Austria heute, Dienstag, 18.30 Uhr, ÖAW, Festsaal, 1., Dr. Ignaz Seipel-Platz 2)