Das menschliche Auge (Quelle: Paleontour)Das Auge – ein Wunderwerk der Wahrnehmung, und für die Menschen das wichtigste Sinnesorgan. Doch wie ist es entstanden? Fossilien helfen hier meist nicht weiter. Dafür sind Augen oft zu weich und die Strukturen zu fein. Dennoch können Biologen die Entwicklung des Auges über die Jahrmillionen inzwischen sehr gut nachvollziehen, und zwar, indem sie die Gene der heute lebenden Tiere vergleichen.

Zu diesen Forschern gehört Detlev Arendt vom Europäischen Molekularbiologischen Labor – kurz EMBL – in Heidelberg. Er forscht an Borstenwürmern aus dem Mittelmeer – also einem Tier, das auf den ersten blick so gar nichts mit dem Menschen zu tun hat. Und doch verrät er einiges über die Entwicklung des Menschen. Denn die Jungtiere, die Larven des Borstenwurms haben Augen, die die Heidelberger Forscher begeistern:

Diese Augen sind deshalb so spannend, weil sie denkbar einfach sind. Die bestehen nur aus zwei Zellen. Es gibt eine Lichtsinneszelle, und eine Pigmentzelle, die die Sehzelle abschattet . Und für dieses Auge können wir mit Sicherheit sagen, dass man damit nichts sehen kann, in dem  Sinne, dass man damit ein Bild sehen kann.  Aber diese Augen können die Richtung des Lichts feststellen. Diese Augen können also sagen woher das einfallende Licht kommt, weil sie ganz nach Lichtrichtung die Sinneszelle von der Pigmentzelle Schatten bekommt oder nicht.

Rasterelektronenmikroskop-Aufnahme des Facettenauges einer Taufliege (Quelle: Dartmouth College)

Für die Larve reicht das aus. Sie muss nur wissen wann Tag ist und wo die Sonne steht, denn dort findet sich ihre Beute: pflanzliche Einzeller, die zum Sonnenlichttanken  an die Meeresoberfläche steigen.

Detlev Arendt hat die Gene bei seinem Borstenwurm mit denen von Wirbeltieren verglichen, zu denen auch wir Menschen gehören. Und es zeigte sich: Die Gene, die für das Sehen verantwortlich sind, sind sehr alte Gene. Das deckt sich mit den Ergebnissen anderer Forscher: Es gibt Gene, die die Bildung von Augen in der Embryonalentwicklung steuern. Sie sind bei Menschen und Fliegen so ähnlich, dass man sie sogar austauschen kann. In Experimenten steuert ein Menschen-Gen sogar die Bildung von Augen bei Fliegen-Embryos.


Wann die ersten Ur-Augen entstanden, weiß man nicht. Wahrscheinlich ist dies etwa 40-mal unabhängig von einander geschehen und hat auch ganz andere Augentypen wie die Facettenaugen der Insekten hervorgebracht.
Mensch und Borstenwurm hatten einen gemeinsamen Vorfahren und der hatte mit Sicherheit schon so etwas wie Augen.

Ich würde schätzen, dass es etwa 600 Millionen Jahre her ist. Auf das Jahr genau kann man das nicht sagen. Aber das ist ein ganz guter Schätzwert.

Die Borstenwürmer aus den Heidelberger Laboren machen etwas besonders Interessanes: Wenn sich die Würmer von der Larve zum Wurm entwickeln, kann man ein Stück Evolution nachvollziehen. Wenn die Jungtiere zum erwachsenen Wurm heranreifen, bekommen sie viel komplexere Sehorgane:

Dank der Ur-Augen aus zwei Zellen konnten die ersten Organismen offenbar hell und dunkel unterscheiden (Quelle: dpa)

Das sind ganz normale Augen, mit denen sie sehen können.  Davon haben sie zwei Paar. Die sind bei solchen See-Ringelwürmern noch relativ einfach. Man muss die sich als so eine Art Augenbecher vorstellen, an dem aber vorne schon eine Art Linse befestigt ist, mit denen die richtig ein Bild erzeugen.

So ähnlich wie bei der Augen-Entwicklung von der Larve zum Wurm hat sich wahrscheinlich auch die Evolution zum Hochleistungs-Linsenauge abgespielt, wie es Menschen, Falken, aber auch Tintenfische haben. Forscher haben so viele Beispiele für mögliche Zwischenstadien gefunden, dass sie eine Abfolge der einzelnen Schritte rekonstruieren können.

Am Anfang steht immer ein Sehfleck wie bei der Larve – aus einer oder aus mehreren Sinneszellen.

Und von einem solchen Augenfleck kommt man als nächstes zu einem einfachen Pigmentbecherauge – einfach indem sich dieser Augenfleck etwas absenkt. Das kann zu seinem Schutz passieren. Es hat aber sobald er sich eingesenkt hat, auch unmittelbar den Vorteil, dass sich dadurch auch die Optik ändert, die Orientierung des Auges in eine Richtung effektiver wird. Wenn sich dieser Becher weiter einsenkt, gibt es ja auch irgendwann einen Lochkamera-Effekt, dass es dann sogar zu einem Abbild der Umgebung kommt – auf der dann so entstandenen Retina.

Detlev Arendt erforscht die Entwicklung des zentralen Nervensystems von Bilateria (Quelle: EMBL)

Detlev Arendt erforscht die Entwicklung des zentralen Nervensystems von Bilateria (Quelle: EMBL)

Man kann sich auch gut vorstellen, dass sich durch Einlagerung bestimmter Proteine in die Zellen – die diesen Augenbecher füllen – mit der Zeit eine Linse ausbildet, das Licht also gebrochen und das Bild immer schärfer wird. Und dann ist man von einer Anordnung, einer Struktur, wie man sie im Wirbeltierauge findet, gar nicht mehr weit entfernt.

Bei der Evolution der Augen hat also ein typischer Mechanismus gewirkt: Um das Ur-Auge bildete sich im Lauf der Zeit ein kleiner Wall und ein paar durchsichtige Zellen, um es vor äußeren Einwirkungen zu schützen. Aus dem wall entstand später die Augenhöhle und aus den durchsichtigen Zellen die Linse. So funktioniert Evolution oft. Jeder Schritt baut auf vorangegangene Entwicklungen auf. Das bedeutet aber auch, dass – anders als oft behauptet – Organe wie die Augen eben nicht immer optimal gebaut sind. Gerade weil die Evolution immer mit dem arbeiten muss, was schon da ist. Für den Evolutionsgenetiker Steve Jones vom University College London ist das Auge ein Paradebeispiel für solche Probleme, die sich aus der Entwicklungsgeschichte ergeben.

Es steckt voll extremer Designfehler. Es hat den lichtempfindlichen Film auf der Rückseite, das Licht muss durch das Papier bevor es den lichtempfindlichen Teil erreicht. Kein Kamerakonstrukteur würde es so bauen.

 

Quelle:

swr.de/evolution

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