Evolution und Entwicklung von evolutionären Neuheiten in der Ontogenese der Anura

• Antragsteller: Dr. Paul Lukas
• Fachliche Zuordnung: Evolution, Anthropologie ; Entwicklungsbiologie
• Förderung: Förderung von 2019 bis 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 418528051

Evolutionäre Neuheiten sind morphologische Strukturen, die einem Organismus neue Funktionen ermöglichen oder zuvor vorhandene Funktionen weiter spezialisieren. Wie evolutionäre Neuheiten im Verlauf der Evolution entstehen konnten und welche Mechanismen ihrer Entstehung zu Grunde liegen, sind zentrale Fragen der entwicklungsbiologischen Forschung. Die Kaulquappen der Froschlurche besitzen im Vergleich zu anderen Wirbeltiergruppen ein einzigartiges Knorpelskelett. Im Grundmuster der Froschlurche verfügen die Kaulquappen über zwei zusätzliche Knorpel. Am Vorderrand des Oberkiefers befindet sich der Suprarostral- und im vorderen Bereich des Unterkiefers der Infrarostralknorpel. Der Infrarostralknorpel ist über das ebenso einzigartige Intramandibulargelenk mit dem Meckelschen Knorpel verbunden. Abgesehen von diesen zwei Knorpelstrukturen treten bei einigen Kaulquappen weitere einzigartige Knorpel auf, welche je nach Lage als sub-meckelsche, Admandibular- oder Adrostralknorpel bezeichnet werden.Der Evolution und Entwicklung dieser evolutionären Neuheiten müssen genetische Signale zu Grunde liegen, die während der Individualentwicklung eines Organismus dafür sorgen, dass sich der Organismus in einer bestimmten Art und Weise entwickelt. Untersuchungen am Krallenfrosch haben gezeigt, dass bapx1 und zax, zwei Gene der nkx Familie, an der Evolution der Infrarostral- und Adrostralknorpel beteiligt gewesen sein könnten.Für ein grundlegendes Verständnis der Ontogenese von Fröschen wird in diesem Projekt die muskuloskelettale Entwicklung von drei Froschlurchen untersucht. Dies soll Aufschluss über die Entwicklungssequenz von Muskeln und Knorpeln, über die jeweilige Angepasstheit muskuloskelettaler Strukturen an die Ernährungsweise und über die Entwicklung der evolutionären Neuheiten der Froschlurche geben. Außerdem soll der Einfluss von ausgewählten nkx-Genen auf die Evolution und Entwicklung dieser Neuheiten untersucht werden.Für die morphologischen Untersuchungen werden klassische Methoden der Histologie mit modernen Methoden wie Immunhistochemie, konfokaler Laser-Scanning-Mikroskopie und µ-Computertomographie kombiniert. Zur Untersuchung und Manipulation der Genexpression verschiedener nkx-Gene werden pharmakologische Substanzen und die CRISPR/Cas9-Methode eingesetzt. Die Genexpression wird mittels whole mount in situ Hybridisierung und quantitativer PCR sowohl räumlich als auch im zeitlichen Verlauf untersucht.Damit wird das Projekt die Kenntnisse über die muskuloskelettale Entwicklung larvaler Froschlurche maßgeblich erweitern und unser Verständnis über die Mechanismen, die für die Evolution und Entwicklung von evolutionären Neuheiten verantwortlich sind, wesentlich voranbringen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen