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Musterbildung biologie

Posted by admin on 30/07/20
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Wie wurden angesichts der vielen Ideen Musterprinzipien erforscht? Im Fall des Seeigel-Embryos stellte eine Reihe von Experimenten, die vor dem Wissen über molekulare Informationen durchgeführt wurden, mehrere Eigenschaften des Systems: Es wurde erfuhren, dass sich jeder der 64 SCs an jedem Ort entlang des Skeletts aufhalten konnte. Dies deutete darauf hin, dass jeder SC im Wesentlichen gleich den anderen 63 war, und es bedeutete, dass Musterinformationen von woanders für jede Zelle zur Ausführung ihres einzigartigen Beitrags zum Skelettmuster bereitgestellt werden mußten (Ettensohn, 1990, 1999; Ettensohn & Sweet, 2000; Guss & Ettensohn, 1997; Malinda & Ettensohn, 1994). Ein Experiment mit Nickel, das Kalziumkanäle blockiert, stellte fest, dass zumindest einige Musterinformationen aus dem Ektoderm stammen (Armstrong, Hardin, & McClay, 1993; Armstrong & McClay, 1994; Hardin & Armstrong, 1997; McClay, Armstrong, & Hardin, 1992). Bei Embryo-Rekombinanten waren die Skelette normal, wenn die SCs vor der Rekombination mit Nickel behandelt wurden. Wurde dagegen nur das Ektoderm vor der Rekombination mit Nickel behandelt, so wurde das Skelett radialisiert oder es fehlten Rechts-Links- und dorsal-ventrale Positionsinformationen. Mit anderen Worten, das Ektoderm lieferte wichtige Mustereingaben für die SCs, die die Skelettgenese mit diesen Anweisungen ausführten. Das Muster, das von SCs ausgeführt wurde, war genotypisch für die SC-DNA geeignet. Wenn SCs einer Art in das Blastocoel einer zweiten Art eingeführt wurden, war das detaillierte Skelettmuster genotypisch für die transplantierten SCs geeignet, obwohl sie ektodermale Wirtsinformationen benötigten, die ihnen sagten, wo das Skelett zu produzieren sei. Das bedeutete, dass Informationen über die Position innerhalb des Blastocoels durch Ektoderm diktiert wurden (Positionsinformationen), und sobald sie über diese Position informiert waren, erstellten die SCs eine Auslesung des Musters, das dieser Position angemessen war. So war die Musterung sowohl autonom als auch nicht autonom, und sie bot einen zusätzlichen Vorteil, indem sie zeigte, dass Positionsinformationssignale zwischen den Arten stark konserviert waren. Da die Position durch SCs entsprechend entschlüsselt werden konnte, obwohl das Ektoderm, das diese Signale lieferte, durch mehr als 50 Millionen Jahre seit einem gemeinsamen Vorfahren getrennt war, war klar, dass das Signalsystem sowohl komplex als auch konserviert war.

Rubenstein et al. (2009) haben ein Modell für die Regeneration entwickelt, das auf der «regenerativen» Musterung von Robotern, einschließlich «Nanobots», basiert. Die Autoren argumentieren, dass in vielerlei Hinsicht die Organisation einer Population homogener Stammzellen in unterschiedliche Organogeneseeinheiten der Notwendigkeit ähnelt, eine Population von Schwarmrobotern zu organisieren. Wenn eine Gruppe von Robotern eine bestimmte Aufgabe erfüllt, können sie Beschädigt werden. Wie gruppieren oder «regenerieren» sie unter diesen Umständen ihre ursprüngliche Konfiguration, damit die verbleibenden Roboter auch bei reduzierter Kapazität weiter funktionieren können? Dies zeigt uns ein weiteres Beispiel dafür, wie Wissen über Musterbildung, Stammzellmusterung, Tissue Engineering und Robotik einander zugute kommen kann. Woher kommt die musterorganisierende Fähigkeit lebender Systeme? Wie werden die Informationen gespeichert und abgerufen? Hier werden wir uns darauf konzentrieren, wie der eindimensionale genetische Code in mehrdimensionale biologische Muster übersetzt wird, die sowohl zeitliche als auch räumliche Komponenten enthalten können. Wir untersuchen, wie verschiedene gemusterte Phänotypen in einzelnen Ontogenies erzeugt und im Laufe der Evolutionszeit ausgewählt werden.

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