Entwicklung und Evolution von Farbmustern bei Fischen

Prof. Dr. Christiane Nüsslein-Volhard,
Max-Planck-Institut für Entwicklungsbiologie, Tübingen

Ein augenfälliges Merkmal der Gestalt von Wirbeltieren ist – neben ihrer Größe – die Ausbildung farbiger Muster. Fische beispielsweise haben schöne und vielfältige Farbmuster, die durch die mosaikartige Verteilung verschieden gefärbter Pigmentzellen in der Haut zustande kommen. Das Streifenmuster ausgewachsener Zebrafische wird aus dunklen Längsstreifen durch Melanin-haltige Pigmentzellen und hellen Streifen durch gelbe Pigmentzellen gebildet. Silbrige Zellen (Iridophoren) sind in beiden Streifen vorhanden, dadurch erscheint das Muster glänzend. Während die genetischen Grundlagen der Embryonalentwicklung gut erforscht sind, ist über die Mechanismen, die die Strukturen der ausgewachsenen Tiere bilden, wenig bekannt. Das Streifenmuster entsteht im Lauf der Metamorphose im etwa drei Wochen alten Fisch und ersetzt eine schlichtere Larvenfärbung. Die Vorläufer der Pigmentzellen stammen aus der Neuralleiste, einem embryonalen Gewebe, dessen Zellen in die Peripherie des Körpers wandern und zu den verschiedensten Organen beitragen. Die Neuralleiste gibt es nur bei Wirbeltieren, sie ist die Voraussetzung für ihre Größe und Farbigkeit.

Meine Arbeitsgruppe untersucht Zebrafisch-Mutanten, die kein normales Muster bilden. Wir konnten zeigen, dass alle drei Zelltypen notwendig sind und miteinander interagieren müssen, um die Streifen zu bilden. Die Pigmentzellen der Streifen kommen von Stammzellen, die an den Ganglien des peripheren Nervensystems sitzen und deren Nachkommen von dort aus entlang der Nerven bis in die Haut wandern. Die ersten Streifen, die ein Fisch ausbildet, entstehen aus silbernen Zellen entlang der Seitenlinie und dunklen Streifen darüber und darunter. Im Lauf des Wachstums kommen durch Ausbreitung der Iridophoren nach oben und unten weitere Streifen hinzu.

Farbmuster dienen dem UV-Schutz, der Erkennung von Artgenossen, der Anlockung von Sexualpartnern und auch der Tarnung und sind damit ein besonderer Angriffspunkt für die natürliche und sexuelle Selektion. Ihre Evolution schreitet schnell voran, was daran abzulesen ist, dass die Muster nah verwandter Arten sehr unterschiedlich sein können. Mit unserer Arbeit identifizieren wir Gene, die für die Vielfalt und die Evolution der Farbmuster der Wirbeltiere verantwortlich sind.

Nobelpreis für Physiologie oder Medizin 1995