Heu­te, lie­be Lesen­de, möch­te ich Sie ein­mal an die Gren­zen des­sen füh­ren, was man als "Letz­ten Stand der wis­sen­schaft­li­chen Erkennt­nis" bezeich­nen kann. Die­ses (bebil­der­te und daher recht über­sicht­li­che) Bei­spiel [Quel­le / aus: Tra­cing the evo­lu­tio­na­ry ori­gins of insect renal func­tion (PDF)] stellt meh­re­re Insek­ten­ar­ten gegen­über, bei denen mit einer neu ent­wickel­ten Metho­de spe­zi­fi­sche Neu­ro­trans­mit­ter unter­sucht wur­den. Neu­ro­trans­mit­ter sind che­mi­sche Sub­stan­zen, die eine Infor­ma­ti­on zwi­schen Zel­len über­tra­gen und zwar spe­zi­fisch, was bedeu­tet: Sie sind nur bei die­sem defi­nier­ten Pro­zess wirk­sam.

In der Arbeit die­ser Grup­pe von Wis­sen­schaft­lern wird her­aus­ge­stellt, wie sich die Aus­schei­dungs­funk­ti­on der ver­schie­de­nen Insek­ten­ar­ten unter­schei­det, wie sie im Lau­fe der Evo­lu­ti­on gewan­delt wur­de und von eini­gen Arten wie­der auf­ge­ge­ben ist. Es soll nicht auf Ein­zel­hei­ten näher ein­ge­gan­gen wer­den, son­dern ledig­lich gezeigt wer­den, wel­che Tie­fe in eini­gen Wis­sen­schafts­zwei­gen erreicht wur­de - die schie­re Fül­le der in den letz­ten Jahr­zehn­ten erforsch­ten Mecha­nis­men der beleb­ten Umwelt ist über­wäl­ti­gend.

Die­ses Bei­spiel bie­tet zugleich die Gele­gen­heit Ihnen zu erklä­ren wie sehr sich das Wis­sen in die­ser Zeit­span­ne ver­än­dert hat. Als ich 1970 mit dem Bio­lo­gie­stu­di­um begann gab es das Fach "Bio­che­mie" nur als Teil­ge­biet der Pflan­zen- und Tier­phy­sio­lo­gie. Erste Ansät­ze die Struk­tur der Erb­infor­ma­ti­on, und der von ihr gesteu­er­ten Stoff­wech­sel­pro­zes­se, ver­tieft zu beschrei­ben war zu die­ser Zeit ein Spe­zi­al­ge­biet, auf dem sich nur weni­ge Wis­sen­schaft­ler aus­kann­ten und eine noch klei­ne Zahl von ihnen aktiv For­schung betrie­ben.

Wat­son und Crick hat­ten den Anstoß zu einer völ­lig neu­en For­schungs­rich­tung gege­ben, als sie 1953 die Struk­tur der Dop­pel­he­lix beschrie­ben, die alle nöti­gen Infor­ma­tio­nen für den Auf­bau von leben­den Wesen auf unse­rem Pla­ne­ten beinhal­tet.
Das war aller­dings zu mei­ner Stu­di­en­zeit (1970 -'77) noch nicht Gegen­stand der Aus­bil­dung von Bio­lo­gen.

Um den Rie­sen­sprung vor­wärts bes­ser zu beschrei­ben möch­te ich eine Ana­lo­gie aus dem täg­li­chen Leben wäh­len und zu ver­deut­li­chen, wel­chen enor­men Fort­schritt die hier vor­ge­stell­te Unter­su­chung bedeu­tet:

Stel­len Sie sich die Signal­ge­bung der India­ner mit Rauch­zei­chen als Beginn der Infor­ma­ti­ons­tech­no­lo­gie vor - und dann stel­len Sie dem die Tech­nik eines Mobil­te­le­fo­nes der neue­ren Genera­ti­on gegen­über! Von einer Decke, die den Rauch in ein­zel­ne Wol­ken teil­te, zu Minia­tur­schalt­krei­sen, die aus so klei­nen Bau­ele­men­ten bestehen, dass man sie ohne tech­ni­sche Unter­stüt­zung nicht mehr erken­nen kann.


Soll­ten Sie nun nach dem Nut­zen sol­cher Erkennt­nis­se fra­gen - eine oft gestell­te Fra­ge, weil For­schung natür­lich Geld kostet, und das muss irgend­wo­her kom­men - nur soviel:
Wenn man an nie­de­ren Tie­ren Erkennt­nis­se gewon­nen hat ver­fei­ner­te man so die Metho­den sol­che Ergeb­nis­se zu errei­chen. Das "Werk­zeug" um die­se For­schung zu betrei­ben wird also erprobt, und steht dann für Unter­su­chun­gen auch an höhe­ren Orga­nis­men zur Ver­fü­gung.

[Wobei ich noch anmer­ken will, dass es bei der For­schung stets zuerst um einen Erkennt­nis­ge­winn geht - die Fra­ge nach dem Nut­zen stel­len Men­schen, denen die Freu­de an rei­ner "Erkennt­nis", also letzt­lich dem Gewinn an Wis­sen, durch das kapi­ta­li­sti­sche System 'aberzo­gen' wor­den ist.]
 

 

 

Bild­text:[Phy­lo­ge­ne­tic dis­tri­bu­ti­on of the two-cell-type model for insect renal func­tion. Con­sen­sus insect phy­lo­ge­ny of the insect spe­ci­es used in our stu­dy with super­im­po­sed cha­rac­ter matrix. A full green cir­cle deno­tes apo­si­ti­ve, while a full red cir­cle indi­ca­tes a nega­ti­ve, for each cate­go­ry for each spe­ci­es. By con­trast, a half green or red cir­cle indi­ca­tes that, for at least one mem­ber of that insect group, a posi­ti­ve or nega­ti­ve has been expe­ri­ment­al­ly con­fir­med. A grey cir­cle implies that data is not avail­ab­le. A colou­red tri­ang­le indi­ca­tes a key event in the evo­lu­ti­on of insect renal func­tion and con­trol:
Green tri­ang­le, SCs aro­se; blue tri­ang­le, SCs adop­ted kinin signal­ling; pur­p­le tri­ang­le, kinin-signal­ling secon­da­ry lost. The phy­lo­ge­ne­tic rela­ti­ons­hips and error bars reflec­ting 95% con­fi­dence inter­vals of the esti­ma­ted diver­gence times for the bran­ching nodes were adop­ted from refs 32,46,63,64.]

Über­set­zung des *abstracts*:
Ver­fol­gung der evo­lu­tio­nä­ren Ursprün­ge der Nie­ren­funk­ti­on bei Insek­ten

Ken­neth A. Hal­berg 1,2, Selim Terhzaz 1, Pablo Cabre­ro 1, Shireen A. Davies 1 und Juli­an A.T. Dow 1

Das Wis­sen über Neuro­pep­tid­re­zep­tor­sy­ste­me ist ein wesent­li­cher Bestand­teil des Ver­ständ­nis­ses der Tier­phy­sio­lo­gie.

Es ist jedoch pro­ble­ma­tisch, einen all­ge­mei­nen Ein­blick in die Neuro­pep­tid­si­gna­li­sie­rung in einer Grup­pe zu erhal­ten, die so bio­lo­gisch viel­fäl­tig ist wie die der Insek­ten. Hier wen­den wir fluo­res­zie­ren­de Ana­loga von drei wich­ti­gen Insek­ten-Neuro­pep­tiden an, um die Archi­tek­tur des Nie­ren­ge­we­bes über syste­ma­tisch aus­ge­wähl­te Ver­tre­ter der wich­tig­sten Insek­ten­ord­nun­gen hin­weg abzu­bil­den und einen bei­spiel­lo­sen Über­blick über die Nie­ren­funk­ti­on und -kon­trol­le von Insek­ten zu erhal­ten.

Bei endop­te­ry­go­ten Insek­ten wie Dro­so­phi­la emp­fan­gen zwei unter­schied­li­che trans­por­tie­ren­de Zell­ty­pen sepa­ra­te Neuro­pep­tid­si­gna­le, wäh­rend bei den ange­stamm­ten Exop­te­ry­go­ten ein ein­zel­ner all­ge­mei­ner Zell­typ alle Signa­le ver­mit­telt.

Inter­es­san­ter­wei­se haben die Coleop­te­ra (Käfer) der größ­ten Insek­ten­ord­nung einen ein­zig­ar­ti­gen Ansatz ent­wickelt, bei dem nur ein klei­ner Teil der Zel­len Zie­le für die Neuro­pep­tid­wir­kung sind. Unse­re Ergeb­nis­se zei­gen nicht nur einen uni­ver­sel­len Nut­zen die­ser Tech­no­lo­gie, son­dern zei­gen auch eine all­ge­mei­ne Signal­über­tra­gung durch die evo­lu­tio­när alten Neuro­pep­tid­fa­mi­li­en, sowie eine kla­re funk­tio­nel­le Tren­nung der Zell­ty­pen, die das Signal ver­mit­teln.

Ori­gi­nal­text:
Tra­cing the evo­lu­tio­na­ry ori­gins of insect renal func­tion

Ken­neth A. Hal­berg 1,2 , Selim Terhzaz 1 , Pablo Cabre­ro 1 , Shireen A. Davies 1 & Juli­an A.T. Dow 1

Know­ledge on neuro­pep­ti­de recep­tor systems is inte­gral to under­stan­ding ani­mal phy­sio­lo­gy.

Yet, obtai­ning gene­ral insight into neuro­pep­ti­de signal­ling in a cla­de as bio­di­ver­se as the insects is pro­ble­ma­tic. Here we app­ly fluo­re­scent ana­lo­gues of three key insect neuro­pep­ti­des to map renal tissue archi­tec­tu­re across syste­ma­ti­cal­ly cho­sen repre­sen­ta­ti­ves of the major insect Orders, to pro­vi­de an unpre­ce­den­ted over­view of insect renal func­tion and con­trol.

In endop­te­ry­go­te insects, such as Dro­so­phi­la, two distinct trans­porting cell types recei­ve sepa­ra­te neuro­pep­ti­de signals, whe­re­as in the ance­stral exop­te­ry­go­tes, a sin­gle, gene­ral cell type media­tes all signals.

Intri­guin­gly, the lar­gest insect Order Coleop­te­ra (beet­les) has evol­ved a uni­que approach, in which only a small frac­tion of cells are tar­gets for neuro­pep­ti­de action. In addi­ti­on to demon­stra­ting a uni­ver­sal uti­li­ty of this tech­no­lo­gy, our results reve­al not only a gene­ra­li­ty of signal­ling by the evo­lu­tio­na­ri­ly anci­ent neuro­pep­ti­de fami­lies but also a clear func­tio­n­al sepa­ra­ti­on of the types of cells that media­te the signal.