Selbstheilung und potenzielle Unsterblichkeit bei Planarien

Bei der Planarie Dugesia tahitiensis deutet eine asexuelle Fortpflanzung und das vorhandene Stammzellensystem auf eine potenzielle Unsterblichkeit hin.

Planarien, die sich ausschließlich asexuell fortpflanzen, zeigen eine außerordentlich hohe Regenerations- und Fortpflanzungrate. In der Biologie unterscheidet man die so genannte reparative von der physiologischen Regeneration. Als reparativ wird diese bezeichnet, wenn Körperteile durch Verletzungen abgetrennt werden und sich aus den verbleibenden Geweben die verloren gegangenen Körperstrukturen wieder neu entwickeln. Die Physiologische Regeneration hingegen betrifft den Ersatz von Körperstrukturen (Leberlappen, Hautzellen, Knochenzellen etc.), die im Laufe der Zeit durch Alternsprozesse funktionsunfähig geworden sind. Auch bei einer asexuellen Fortpflanzung der so genannten Fissiparie werden die abgetrennten Körperfragmente durch Regenerationsprozesse neu gebildet.

Reparative Regeneration

Die Planarienart Dugesia tahitiensis zeigt neben ihrer hohen Vermehrungsfähigkeit ein außerordentlich starkes Regenerationsvermögen. Dies bestätigten Experimente, in denen diese Tiere auf verschiedenen Niveaus, beginnend von der Region knapp hinter den Augen, quer durchgeschnitten wurden. Mit Ausnahme der äußersten Spitze des Schwanzes und des Kopfes von 0,5 mm regenerierten alle Teilstücke komplette Tiere. Das Verhalten wurde durch die Amputationen nicht wesentlich beeinflusst, wenn man von der langsameren Fortbewegung der hinteren Fragmente absieht.

Ein neuer Kopf in zwei Tagen

Die Regenerationsgeschwindigkeit zeigte keine signifikante Abhängigkeit von der Schnittebene. Bei 23°C und einer Photoperiode von 12 Stunden pro Tag (700 – 1400 Lux) hatten alle hinteren Teilstücke nach 43-59 Stunden Augen regeneriert, was als Zeichen für die fast abgeschlossene Ausbildung des Gehirns gilt. Nicht alle Planarienarten regenerieren in allen Ebenen gleich schnell, manche im hinteren Körperbereich gar nicht. Sowohl diesbezüglich als auch hinsichtlich der Schnelligkeit der Regeneration liegt die untersuchte Art im Spitzenfeld.

Die asexuelle Fortpflanzung

Die Planarie Dugesia tahitiensis pflanzt sich nur asexuell fort und dies durch Querteilung. Man nennt diesen Reproduktionsmodus „Fissiparie“. Dabei reißt das Tier an einer dünnen Einschnürung durch, indem der Schwanz am Substrat angeheftet bleibt, während der vordere Körperteil weiter kriecht. Die Teilungsebene variiert stark und trennt meist das hinterste Fünftel bis Drittel des Körpers ab. Vorder- und Hinterteil regenerieren bei Dugesia tahitiensis ebenso, wie dies nach künstlicher Durchtrennung der Fall ist. Auch die Regenerationsdauer liegt im gleichen Bereich. Der Vorderteil bildet an der Wundstelle eine neue Schwanzspitze.

Die hinteren Teilungsfragmente bilden an ihrem vorderen Ende ein konisches Regenerationsblastem (Anhäufung von Stammzellen) aus. Nach zwei Tagen sind die Augen voll entwickelt, was auf einen Abschluss der Gehirnentwicklung deutet.

Die Populationsdichte reguliert die Vermehrungsrate

Bei reichlicher Fütterung (jeden vierten Tag, Würmer der Gattung Tubifex) werden sehr hohe Fissionsraten (Teilungsraten) erreicht. So vermehrte sich eine Gruppe von 30 einzeln gehaltenen Planarien auf einer Substratoberfläche von je 44,2 cm2 in 22 Tagen um den Faktor 7. Die Vermehrungsgeschwindigkeit hing dabei von der Populationsdichte ab und sank bei 1,3 cm2 pro Planarie um 47%. Dieser Effekt bedeutet eine Rückkopplungsregelung der Vermehrungsrate in Abhängigkeit von der besiedelten Fläche. Dugesia tahitiensis zeigt im Vergleich mit anderen Planarienarten ein besonders großes Regenerationsvermögen und eine sehr hohe Fissionsrate. Durch Erhöhung der Populationsdichte ist die Vermehrung nur relativ wenig gehemmt.

Melatonin hemmt die asexuelle Fortplanzung

Eine in der Literatur beschriebene Hemmung der asexuellen Fortpflanzung durch Melatonin konnte bei Dugesia tahitiensis bestätigt werden. Eine Konzentration von 0,23 mM im Kulturwasser (100 mg pro Liter) hemmte die Querteilung fast völlig. Dieser von Wirbeltieren als Epiphysenhormon bekannte Botenstoff, der unter anderem die von der Tageslänge abhängige jährliche Fortpflanzungsperiodik der Vögel regelt, hat also bereits eine lange stammesgeschichtliche Tradition.

Neoblasten als Stammzellen für die Planarien-Regeneration

Ein so hohes Regenerationsvermögen setzt entsprechend teilungsfähige Zellen voraus. Bei den meisten Tierarten liegen für die Erneuerung verschiedener Zelltypen spezielle Stammzellen bereit. Aus diesen gehen jeweils nur ein einziger Zelltyp oder Gruppen untereinander verwandter Zellen hervor, wie etwa im blutbildenden System der Wirbeltiere.

Planarien bieten insofern eine einmalige Situation, als sie nur einen einzigen teilungsfähigen Typ von Stammzellen besitzen. Man bezeichnet diese Zellen meist als „Neoblasten“. Die Mehrzahl der Autoren vertritt die Auffassung, dass alle Zellen der Planarien aus einer primären Neoblastenpopulation hervorgehen, die möglicherweise schon im Embryo existiert.

Auf Grund histologischer Befunde werden auch die Keimzellen auf Neoblasten zurückgeführt. Da Planarien ihre Gonaden während der Regeneration und in Hungerperioden völlig einschmelzen und später neu bilden können, besitzen sie auch keine eigene Keimbahn, wie man sie etwa von Wirbeltieren kennt.

Neoblasten als Modellsystems für Stammzellenforschung

Könnte dieses System auch Modellcharakter für Vorgänge haben, die über die Regeneration bei Planarien hinaus gehen? Zunächst sind alle diesbezüglichen Ergebnisse auch für die so genannte physiologische Regeneration relevant. Es müssen ja auch ohne Verwundung oder Querteilung ständig Zellen erneuert werden, was über die gleichen oder wenigstens ähnliche Wege erfolgt wie bei der Regeneration. Da in der Zellbiologie viele grundlegende Vorgänge im Lauf der Evolution mit nur geringen Veränderungen beibehalten wurden, könnten Stammzellen aus Planarien durchaus Daten über die Zelldifferenzierung und Zellerneuerung liefern, die allgemein und damit auch für Wirbeltiere gültig haben.

Biologische Bedeutung für das große Regenerations- und Fortpflanzungsvermögen

Die Amputation ist ein künstlicher Eingriff. Verletzungen kommen in der Natur zwar vor, stellen aber keine ausreichende Erklärung für die Evolution einer so großen Regenerationsfähigkeit dar. Es kann aber angenommen werden, dass Planarien mit asexueller Fortpflanzung potenziell unsterblich sind. Bei jeder Teilung einer Planarie entstehen wieder zwei gleich große Individuen mit Kopf und Schwanz, die sich wiederum je nach Ihrer Populationsdichte mehr oder weniger häufig teilen können. Dies führt dazu, dass keines der Nachkommen abstirbt, wodurch eine einzige Planarie potenziell unsterblich zu sein scheint. Einzige Ausnahme könnte die Linie der Kopffragmente sein, da das Gehirn mit seinen Anhängen der Sinnesorgane nie neu gebildet werden muss. Dazu fehlen aber bisher Befunde. Genetisch betrachtet, muss jeder Nachkomme eine identische genetische Konstellation aufweisen. Wie bereits erwähnt gibt es keine eigene Keimbahn.

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