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8.2: Fallstudie - Die Evolution der Insektenflügel - Biologie

8.2: Fallstudie - Die Evolution der Insektenflügel - Biologie


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Insektenflügel sind eine unglaublich wichtige Neuheit, die mit der Strahlung der Insekten in eine der vielfältigsten Gruppen der Welt verbunden ist. Sie besetzen Land, Wasser und Luft und fressen fast jede erdenkliche Nahrungsquelle. Während ihr Ursprung fast "aus heiterem Himmel" erscheint, haben sorgfältige entwicklungs- und paläontologische Studien wichtige Einblicke in ihre Evolutionsgeschichte ergeben. Im Gegensatz zu Insektenbeinen, die sich auf der Bauchseite des Körpers bilden, sind Flügel dorsale Anhängsel. Dies allein deutet auf einen separaten evolutionären Ursprung von Beinen hin, da sie nicht seriell homolog sind. Aber wie bei den Beinen finden sich Flügel nur an den Brustsegmenten - was darauf hindeutet, dass Hox-Gene die Expression von Flügelorganisator-Genen einschränken. Der Insektenkörperplan hat drei Brustsegmente - T1, T2 und T3. Davon bauen nur T2 und T3 Flügel. In Drosophila, die T3-Flügel sind reduziert und bilden winzige Halfter, die propriozeptive Organe sind. Bei Käfern wie Tribolium, der im Mittelpunkt mehrerer Flügelentwicklungsstudien stand, bildet der T2-Flügel ein Flügeldecken (Plural: Flügeldecken), eine harte Schutzhülle (Abbildung 1).

Das Hox-Gen Scr unterdrückt die Flügelentwicklung in T1, senkt die Scr-Expression in Tribolium Käfer gibt einen zusätzlichen T1-Auswuchs, der einem Flügeldecken ähnelt6. Bei genauerer Betrachtung des T1-Gewebes, das bei Scrbeetles das zusätzliche Elytron bildet, stellten Forscher im Tomoyasu-Labor fest, dass es aus zwei getrennten Geweben besteht, die normalerweise beide ein Gen namens Vestigial exprimieren6. Vestigial wird normalerweise in frühen Flügelgeweben (genannt "Flügelscheiben") exprimiert, wird aber auch in einigen anderen Geweben im Insektenkörper exprimiert. Das Tomoyasu-Labor war sehr fasziniert von der Tatsache, dass Scr. Diese beiden Gewebe werden als Pleuraplatte (das am weitesten ventral gelegene Gewebe, als "Pleural" bezeichnet) und der karinierte Rand (das am weitesten dorsale Gewebe, als "Tergal" bezeichnet) bezeichnet. Das Tomoyasu-Labor stellte die Hypothese auf, dass sich Flügel aus diesen beiden Körperwandgeweben entwickelt haben, die miteinander verschmelzen und aus dem Körper herauswachsen (Abbildung 2). Einige Beweise dafür stammen aus dem Vergleich von Insekten mit Krebstieren (beachten Sie hier, dass ich "Krebstiere" verwende, um mich auf alle Nicht-Insekten-Pancrustaceen zu beziehen, aber "Krusten" ist keine echte evolutionäre Klade).

Insekten und Krebstiere bilden eine monophyletische Klade namens Pancrustacea und teilen den gleichen Gesamtkörperplan. Insekten haben jedoch Gliedmaßen abgeleitet, die in der gesamten Klade ähnlich sind, während Krebstiere im Allgemeinen eine viel größere Vielfalt aufweisen. Vorfahren waren Pancrustaceen Meeresorganismen und hatten verzweigte Gliedmaßen, wobei ein Ast Strukturen wie Kiemen bildete. Insekten verwenden offensichtlich keine Kiemen, da sie an Land und nicht im Wasser leben. Daher wird angenommen, dass die kiemenbildenden Strukturen bei Krebstieren die Pleuraplatten bei Insekten bilden. Wenn die Tomoyasu-Hypothese richtig ist, haben Insekten eine kiemenbildende Ahnenstruktur, die sich mit einem Teil der dorsalen Körperwand (Tergalposition) verbindet, um ein neues Anhängsel zu bilden - den Flügel (Abbildung 2).

Das Tomoyasu-Labor fand weitere Beweise dafür, als es nach anderen seriellen Homologen von Flügelgewebe in Bauchsegmenten suchte. Sie fanden eine wiederholte vestigiale Genexpression in dorsalen Körperwandstrukturen, die als "Gin-Fallen" bezeichnet werden. Dies sind Verteidigungsstrukturen in Tribolium Puppen, verschwinden aber im Erwachsenenalter. Sie exprimieren andere flügelspezifische Gene wie Vestigial, Apterous (Ap) Nubbin und Disheveled (Dsh). Interessanterweise bilden sie sich am Bauch, einem Körperteil bei Insekten, der dafür bekannt ist, dass keine Gliedmaßen wachsen. Das Labor fand auch ein zweites Gewebe, das flügelspezifische Gene exprimiert, den ventralen karinierten Rand (Abbildungen 1 und 2). Das Labor verwendete den Flügel- und Gin-Trap-Marker Nubbin, um die Entwicklung sowohl des karinierten Randes als auch der Gin-Falle zu verfolgen7.

Als die Forscher experimentell die Werte der abdominalen Hox-Gene Ubx und AbdA senkten, fanden sie heraus, dass sie anstelle von Gin-Fallen eine Fusion der beiden Nubbin-exprimierenden Gewebe erhielten. Dieses verschmolzene Gewebe bildete später einen flügelartigen Auswuchs in einem Bauchsegment (Abbildung 3). Dies deutet auf ein evolutionäres Szenario hin, bei dem der Pancrustacea-Vorfahr zwei Vestigal/Nubbin-exprimierende Gewebe in seinen abdominalen und thorakalen Segmenten aufwies. Das Tergalgewebe würde Teil der Körperwand werden und das Pleuragewebe würde sich mit den ventralen Beinen verbinden und zum Kiemenzweig werden. Wenn Insekten jedoch an Land zogen, war das kiemenbildende Gewebe auf dem Spiel, da keine Kiemen mehr ausgewählt wurden. Im Abdomen wird das kiemenbildende Gewebe Teil der Körperwand, aber im Thorax verschmilzt es mit dem Vestigial/Nubbin, das Tergalgewebe exprimiert, um Flügel zu bilden. Im Abdomen, wo die Flügelbildung unterdrückt ist, ist das tergale Vestigial/Nubbin-Gewebe frei für ein neues Schicksal. Im Falle des Tribolium, bildet es im Unterleib eine Abwehrstruktur, die Puppen-Gin-Fallen (Abbildungen 3 und Abbildung 4). Im Thorax bildet es den karinierten Rand. Auf diese Weise sind die Flügel ein Novum, können aber auch als serielle Homologe zu den Pleuraplatten + kariniertem Rand im Thorax sowie zur Gin-Trap + Pleuragewebe im Abdomen gedacht werden.


Schau das Video: Assessment Center - Die 7 wichtigsten Tipps für die Fallstudie. Case Study im Assessment-Center (Juni 2022).


Bemerkungen:

  1. Zolomuro

    It is rather valuable phrase

  2. Dolius

    Und es passiert nicht so))))))

  3. Raedanoran

    Sie haben den Punkt erreicht. Ich denke, das ist eine gute Idee. Ich stimme mit Ihnen ein.

  4. Gwawl

    Interessante Sache

  5. Mu'adh

    Es scheint mir, es ist eine ausgezeichnete Idee. Ganz mit Ihnen werde ich zustimmen.

  6. Eorlson

    Sehr unterhaltsame Meinung

  7. Bragami

    Ich weiß nicht, ich weiß nicht



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