Überlebensstrategien der Planarien

Planarien besitzen durch ihre außergewöhnliche Regenerationsfreudigkeit ein bemerkenswertes Überlebenspotential und können lange Hungerperioden überdauern.

Planarien zeigen eine erstaunliche Fähigkeit bei Verletzungen aller Art, ihre verloren gegangenen Körperfragmente wieder neu zu entwickeln. Zerschneidet man eine Planarie in zwei oder mehr Teile, so wird an jeder der Wundflächen eine Regeneration ausgelöst. Das Vorderende bildet einen neuen Schwanz und das Hinterende einen neuen Kopf (Abb. 2). Dieser Prozess unterscheidet sich nicht wesentlich von den entsprechenden Vorgängen bei niederen Tieren, außer dass sich bei den Planarien der fehlende Teil aus einem Blastem entwickelt. Ein Blastem ist eine Ansammlung undifferenzierter Zellen an der Amputationsebene. Während einer längeren Hungerperiode schmelzen Planarien einen Großteil ihres Körpergewebes ein und können nach Beginn einer erneuten Fütterung alle verlorenen Organe wieder neu bilden.

Grundlegendes zum Bauplan der Planarien

Planarien sind Plattwürmer und gehören in die Gruppe der Plathelminthen. Neben einigen Land bewohnenden Arten leben die meisten im Süßwasser. Ihr abgeflachter Körper ist an der Unterseite bewimpert, wodurch sie sich am Substrat (Blätter, Steine etc.) fortbewegen und anheften können.

Parenchym: Zwischen dem Hautmuskelschlauch (Epidermis mit darunter liegender Basalmembran sowie Längs,- Ring,- und Diagonalmuskeln) ist ein lockeres Bindegewebe (Parenchym) lokalisiert, in das sämtliche Organe eingebettet sind (Abb. 1C).

Darm: Das größte Organ ist der blind endende Darm, der sich meist in drei Äste (Tricladen) gabelt und den ganzen Körper durchzieht. Durch seine starke Verzweigung (große Oberfläche) ist eine direkte Nährstoffverteilung optimal gewährleistet, die durch das Fehlen eines Blutgefäßsystems notwendig wird. Der vorstreckbare Schlundkopf (Pharynx), mit seiner Mundöffnung liegt bauchseitig (Abb. 1B).

Nervensystem: Es besteht aus einem subepidermalen (unter der Außenhaut verlaufendem) Nervennetz und einem im Parenchym (lockeres Bindegewebe) liegenden Zentralnervensystem. Eine Zusammenballung von Nervenzellen, die so genannten Ganglienzellen, bilden in der Längsachse paarige Markstränge, die durch ringförmige Kommissuren verbunden sind. Im Kopfbereich sind gehirnartige paarige Ganglienknoten lokalisiert (Abb. 1A).

Exkretionsorgane: Sie bestehen aus zwei einzeln ausmündenden Längskanälen mit zahlreichen Seitenkanälen (Abb. 1A).

Geschlechtsorgane: Planarien sind Zwitter, besitzen also weibliche und männliche Geschlechtsorgane. Die Eierstöcke (Ovarien) und Hoden sind meist paarig angelegt. Die Ovarien sind häufig in Keim- und Dotterstöcke unterteilt (Abb. 1B).

Wundverschluss nach Abtrennung eines Körperteils

Zunächst erfolgt ein Verschluss an der Wundstelle. Dieser Prozess muss sehr schnell erfolgen, um die angrenzenden Gewebe vor hypotonen Bedingungen des Wassers gegenüber dem Gewebe zu schützen. Die Zellen dieser Gewebe würden sich unter solchen Bedingungen aufblähen und schließlich platzen.

Die an die Wundfläche angrenzenden Längs-, Quer- und Radialmuskelzellen kontrahieren durch den hypotonen Reiz des Wassers und verschließen so die Wundstelle. Mit Hilfe der so genannten Basalmembran, eine dünne Schicht, bestehend aus Faserproteinen wie Kollagen, Elastin, Fibronectin, Laminin und anderen Bestandteilen, die direkt unter der Epidermis lokalisiert ist, werden die Enden der Wunde verklebt. Nachdem die physiologisch-isotonen Bedingungen an der Wundstelle wieder hergestellt sind, relaxieren sich die angrenzenden Muskelzellen wieder.

Histogenese des Wundblastems

Als Wundblastem bezeichnet man eine Ansammlung von undifferenzierten Stammzellen an der Wundstelle. Diese Stammzellen werden als Neoblasten bezeichnet. Solche Neoblasten, die im gesamten Körper lokalisiert sind, wandern vermehrt zur Wundfläche und bilden durch rasche Vermehrung (Mitosen) ein mehrschichtiges Blastem. Die Neoblasten (Stammzellen) sind zunächst undifferenziert, unterscheiden sich also nicht in ihrer Gestalt und Funktion, sind jedoch bereits determiniert (genetisch programmiert), das heißt sie sind die Vorläufer von ganz bestimmten Zellen mit unterschiedlicher Funktion.

Differenzierung der Stammzellen

Als Differenzierung bezeichnet man in der Entwicklungsbiologie das Umgestalten von Stammzellen in spezialisierte Gewebezellen mit verschiedenen Funktionen und Morphologien. Dieser Differenzierungsprozess verläuft bei der Planarienregeneration nach einer bestimmten Hierarchie.

Wiederherstellung der Kopfstrukturen

Zunächst wird nach Abschluss des Wundverschlusses am vorderen Ende des Schwanzes das Gehirn, bestehend aus einer Ansammlung von Nervenzellen, die das so genannte Gehirnganglion darstellen, gebildet. Danach kommt es zur Ausbildung der Augen, die als Gehirnanhang entstehen. Der nächste Schritt ist die Entwicklung der erforderlichen Muskelzellen in dieser Region. Schließlich differenziert sich der verzweigte Kopfdarm und werden Neoblasten (Stammzellen) durch vermehrte Mitosen nachgebildet.

Wiederherstellung der Schwanzkomponenten

Nach erfolgreichem Wundverschluss wird am hinteren Ende des Kopfes das Wundblastem aufgebaut. Danach differenzieren sich aus den Blastemzellen in einer bestimmten Reihenfolge: Das Nervensystem, das Muskelnetz, die beiden Darmäste, die Exkretionsorgane und schließlich die Geschlechtsorgane.

Wachstum des gesamten Tieres

Wenn alle durch Verletzung verloren gegangenen Gewebetypen nachgebildet sind, kommt es zu einem Wachstumsschub. Um die erforderliche Körperproportion, Funktionalität sowie die charakteristische Größe wieder herzustellen, werden die Stammzellen zur Vermehrung und Differenzierung angeregt, bis die ursprüngliche Größe erreicht ist.

Regenerationsprozesse nach einer längeren Hungerperiode

Planarien besitzen eine außergewöhnliche Überlebensstrategie. Hält man Planarien bei längerer Nahrungskarenz und entsprechenden physiologischen Bedingungen (Wasserqualität, Temperatur und Dunkelheit) in Kultur, schmelzen sie Gewebe und Organe ein. Es kommt zu einer Umkehr der Verdauungsprozesse. Als Nahrung dienen dabei die eigenen Körperstrukturen. Dabei werden besonders jene Organe und Strukturen völlig abgebaut, die zum Überleben des Organismus nicht unbedingt erforderlich sind. Übrig bleiben Strukturen, die für das Überleben der Tiere unabdingbar sind. Dies sind vor allem der Darm, die Exkretionsorgane sowie Nerven-, Muskel- und Hautzellen, wie auch die Sinnesorgane (Augen, Gleichgewichtsorgane etc.). Unter Wahrung ihres inneren Aufbaus und ihrer Form schmelzen sie zu einem Bruchteil ihrer einstigen Größe zusammen. Nach sechs Monaten misst man nur mehr Ein Zehntel ihrer ursprünglichen Körpergröße. Während des siebten bis achten Monats (je nach Art) fangen die Tiere an abzusterben. Sie scheinen ihr äußerstes Hungerstadium erreicht zu haben.

Füttert man solche Tiere wieder, dann regenerieren sie wieder die verloren gegangenen Organe und wachsen wieder zu ihrer ursprünglichen Größe heran. Bei sexuell fortpflanzenden Tieren kann man nach Abschluss der Regeneration eine normale Fortpflanzungs-Aktivität beobachten (eigene Laborbefunde).

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