Woher weiß die Zelle, wozu sie gehört?
Liebe Biologen,
die Frage meine ich ganz ernst, und ist explizit keine Spassfrage.
Wenn der zukünftige Mensch nach Zeugung dann im weiblichen Körper heranwächst, dann fängt es ja ganz, ganz mini mit einer Zelle an, durch Zellteilung wird der Organismus immer größer und größer.
Woher weiß die Zelle jetzt eigentlich, dass sie zu einem Bein gehört, zu einem Auge, zu einem Ohr usw.
Ist das eine doofe Frage? Ich hoffe, nicht.
3 Antworten
Es gibt einerseits Gene, die die Entwicklung steuern, sog. homöotische Gene. Die bekanntesten sind die Hox-Gene (Homöobox-Gene). Sie sind dafür verantwortlich, dass die Körpersegmentierung richtig erfolgt, dass also z. B. ein Arm dort wächst, wo er soll. Hox-Gene sind sehr alt und kommen im Tierreich weit verbreitet vor. Auch bei Insekten steuern sie etwa, welches Segment Beine ausbildet und welches Flügel, Mundwerkzeuge usw. Ein anderes bekanntes regulatorisches Gen bei Säugern ist das Sonic-Hedgehog-Gen (SSH-Gen). Es codiert für ein Protein, das z. B. die Neurulation und Bildung der Somiten (Urwirbel) steuert.
Auch die Epigenetik spielt bei der Zelldifferenzierung eine Rolle. Epigenetik beschreibt Formen der Genregulation, die nicht die Gene selbst verändern. Epigenetische Muster führen zur Determinierung von Zellen. Die Zygote ist ja totipotent, d. h. sie kann einen ganzen Organismus mit all seinen Zelltypen bilden. Durch Determinierung können später etwa aus einer Herzmuskelzelle nur noch zwei Herzmuskelzellen werden und nicht etwa Nervenzellen.
Gut verstanden ist die Differenzierung auch dank verschiedener Modellorganismen wie dem Fadenwurm Caenorhabditis elegans. Dieser besitzt, wie viele Fadenwürmer, eine ausgesprochene Zellkonstanz (Eutelie) aus. Ausgewachsene Würmer besitzen immer genau 959 (Hermaphroditen) bzw. 1031 (Männchen) somatische Zellen auf. Dabei kennt die Wissenschaft das Schicksal und den Entwicklungsweg jeder einzelnen dieser Zellen.
Weitere Informationen findest du, wenn du in Wikipedia einmal nach Entwicklungsbiologie suchst.
Wie gesagt. C. elegans ist als Modellorganismus bis in jede einzelne Zelle untersucht. Man weiß ganz genau, wann sich welche Zelle in welche Tochterzellen teilt.
bei Zellen sinngemäß im Detail auch?
Man kennt sicher nicht jedes Detail. In groben Zügen weiß man aber schon, was passiert, siehe meine Ausführungen zu homöotischen Genen.
Das ist meines Wissens noch lange nicht vollständig geklärt. Und noch "schlimmer": wie werden komplexe Nervenstrukturen "richtig verdrahtet"?
Grob hängt das von Wachstumshormonen, den Nachbarzellen und der Herkunft der Zelle ab.
Diese Differenzierung läuft dabei Schrittweise ab
Näheres findest du im Wikiartikel dazu
Vielen Dank, das hilft schon mal weiter. Ich habe den Wikipedia-Artikel jetzt nicht wirklich im Detail verstanden, aber grob, in welche Richtung es geht.
Ist der Prozess heute vollständig verstanden oder geht man immer noch nur von Thesen aus?
Nachtrag: Der Wikipedia-Artikel zur Morphogenese ist erstaunlich kurz, für so ein grundlegendes Thema, oder?
In der englischen findest du idR mehr ansonsten kannst du die Quellen direkt lesen die geben einen tieferen Einblick.
Das sicher, aber auch genau wie und warum? Wie genau kriegt jede Zelle Anweisung, wie sie sich entwickeln soll? Wie ein Bildschirmpixel seine Anweisung bekommt, ist ganz klar — bei Zellen sinngemäß im Detail auch?