Hoe deed de darm, de huid en het spierstelsel evolueren? Deze vraag houdt wetenschappers al meer dan een eeuw bezig. Door het onderzoek naar de embryonale ontwikkeling van zeeanemonen, een zeer oude dierenlijn, onderzoekers van de Universiteit van Wenen zijn nu tot conclusies gekomen die de 150 jaar oude hypothese van de homologie (gemeenschappelijke evolutionaire oorsprong) van de kiemlagen die alle latere organen en weefsels vormen in twijfel trekken.

Volgens een 150 jaar oude hypothese alle weefsels en organen in ons lichaam komen voort uit een van de drie kiemlagen die tijdens de vroege embryogenese worden gevormd. Deze "kiemlaaghypothese" stelt dat de huid en het zenuwstelsel voortkomen uit de buitenste ectodermlaag, de darm en sommige inwendige organen, zoals de alvleesklier, afgeleid van de binnenste endodermlaag, terwijl spieren en geslachtsklieren voortkomen uit de middelste laag, het mesoderm. Vroegtijdig, onderzoekers constateerden een fundamenteel verschil in het aantal kiemlagen in verschillende diergroepen.

Terwijl de meeste dieren, zoals mensen, insecten en wormen, ontstaan ​​uit drie kiemlagen, de neteldieren (koralen, zeeanemonen of kwallen) missen de tussenlaag en vertonen slechts twee cellagen tijdens de ontwikkeling en gedurende het hele leven. De opkomst van mesoderm als de derde tussenliggende kiemlaag wordt beschouwd als een belangrijke gebeurtenis tijdens de evolutie van complexe dieren. Tot dusver, echter, het was controversieel hoe mesoderm is geëvolueerd, en hoe de twee neteldierkiemlagen zich verhouden tot de drie lagen bij de meeste andere dieren. Een nieuwe publicatie van het laboratorium van Ulrich Technau van de afdeling Moleculaire Evolutie en Ontwikkeling van de Universiteit van Wenen presenteert een fundamenteel nieuwe kijk op de evolutie van kiemlagen.

De binnenste, darmvormend endoderm is altijd beschouwd als evolutionair gerelateerd tussen neteldieren en andere dieren. In hun studie hebben Technau en collega's hebben deze hypothese nu getest door de embryonale oorsprong van spijsverteringsenzymproducerende cellen te traceren, evenals hun ontwikkelingsregulatorgenen die typisch zijn voor de darm en pancreas in een zeeanemoon. De auteurs laten zien dat in zeeanemonen, tegen alle eerdere overtuigingen, spijsverteringsenzym- en insulineproducerende kliercellen ontwikkelen zich niet vanuit het endoderm maar vanuit het ectodermale deel van de mond, de keelholte. "Ik was verbaasd toen ik voor het eerst zag dat alle endodermderivaten van zeeanemonen volledig verstoken zijn van spijsverteringskliercellen. Dat werd niet geleerd in biologieboeken", legt Patrick Steinmetz uit, die de meeste experimenten heeft bijgedragen en nu groepsleider is aan de Universiteit van Bergen in Noorwegen.

"De resultaten veranderen de manier waarop we denken over de oorsprong van kiemlagen volledig. Het betekent dat 'endoderm' in zeeanemonen en gewervelde dieren, hoewel ze hetzelfde worden genoemd, zijn eigenlijk niet evolutionair gerelateerd", voegt Ulrich Technau eraan toe. Als het mond-ectoderm van de zeeanemoon en niet het endoderm overeenkomt met de ingewanden en pancreas van gewervelden, wat is dan het gewervelde correlaat van het zeeanemoon endoderm? Toen Steinmetz en Technau dieper op deze vraag ingingen, ze vonden sterke overeenkomsten tussen het cnidarian endoderm en de tussenliggende mesoderm-laag:beide delen een groot aantal regulerende genen, en beide geven aanleiding tot vergelijkbare celtypen zoals spier- of geslachtskliercellen. De zeeanemoon vertoont dus een duidelijk correlaat van mesoderm, maar niet in een tussenpositie zoals bij drielaagse dieren. positionering, en geen nieuwe opkomst, van weefsel tussen de darm en de huid was dus de belangrijkste gebeurtenis die leidde tot de evolutie van drielaagse dieren.

"Een overweldigende meerderheid van de dieren ontwikkelt tegenwoordig drie kiemlagen, en we hebben een grote stap gezet in de richting van het begrip van een van de meest cruciale gebeurtenissen die ten grondslag liggen aan dit evolutionaire succesverhaal", besluit Steinmetz.