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Quallen durchlaufen eine erstaunliche Metamorphose, von winzigen Polypen, die auf dem Meeresboden wachsen, bis hin zu schwimmenden Medusen mit stechenden Tentakeln. Diese Formverschiebung hat ihnen gute Dienste geleistet und Quallen durch mehr als 500 Millionen Jahre Massenaussterben auf der Erde geführt.

„Was auch immer sie tun, hat wirklich für sie funktioniert“, sagte David Gold, Assistenzprofessor für Paläobiologie am UC Davis College of Letters and Science.

Der erste eingehende Blick auf das Genom einer Qualle — der Mondgelee Aurelia aurita — enthüllt die Ursprünge dieser erfolgreichen Überlebensstrategie. Das Aurelia-Genom, online veröffentlicht Dez. 3 in der Zeitschrift Nature Ecology and Evolution und Co-geführt von Wissenschaftlern an der University of California San Diego, zeigt frühe Quallen recycelt vorhandene Gene von Polyp zu Medusa zu verwandeln. Die Ergebnisse deuten darauf hin, dass Tiere relativ leicht in neue Nischen und Formen ausstrahlen können.

„Diese Ergebnisse liefern einen weiteren Beweis dafür, dass die Evolution den genetischen Code nicht unbedingt komplexer macht“, sagte Gold, ein leitender Forscher der Genomstudie. „Quallen können eine große, komplexe Lebensgeschichte aufbauen, indem sie viele der gleichen Gene verwenden, die in einfacheren Tieren gefunden werden.“

Das Forschungsteam wurde zu gleichen Teilen von Gold geleitet, der einen Großteil der Arbeit als Postdoktorand am California Institute of Technology durchführte, und von Takeo Katsuki, einem ehemaligen Projektwissenschaftler am Kavli Institute for Brain and Mind an der UC San Diego und derzeit Anwendungsspezialist bei Thorlabs Japan Inc.

„Quallen sind sowohl evolutionär als auch ökologisch wichtig, so dass ihre Genomsequenz ihre Studie als eine wichtige Ergänzung zu dem, was wir über ihre Biologie wissen, etabliert“, sagte Ralph Greenspan, Professor an der Abteilung für Neurobiologie der UC San Diego Division of Biological Sciences und stellvertretender Direktor des Kavli Institute for Brain and Mind, der auch die Studie leitete.

Mondgelees im Birch Aquarium an der Scripps Institution of Oceanography, UC San Diego.

Das Genom: ein Mehrzweckwerkzeug

Quallen stammen aus einem der ältesten Zweige des Tierstammbaums, dem Stamm Cnidaria, zu dem Korallen und Anemonen gehören. Quallen waren wahrscheinlich die ersten muskelbetriebenen Schwimmer im offenen Ozean. Sie erschienen in der späten präkambrischen Ära, einer Zeit großer geologischer und ökologischer Veränderungen, die der kambrischen Explosion des Tierlebens vorausgingen.

Irgendwann in ihrer Evolution erlangten Quallen die Fähigkeit, von einem stationären Polypen zu einer schwimmenden Medusa überzugehen. Der Übergang beinhaltet große Veränderungen im Nervensystem der Quallen, Muskeln und Waffen, auch bekannt als die stechenden Zellen, die Nesselzellen genannt werden. Um dies zu erreichen, kooptiert das Medusa-Lebensstadium häufig vorhandene Entwicklungsgennetzwerke und Zelltypen, die in Polypen vorhanden sind, fanden die Forscher heraus. Darüber hinaus scheint Aurelia seine verschiedenen Lebensstadien mit vielen der gleichen Gene zu strukturieren, die in Tieren wie Fruchtfliegen und Menschen gefunden werden, berichtet die Studie (alle diese Tiere haben einen gemeinsamen Vorfahren, wenn auch einen alten).

Es gibt eine zweite, umstrittenere Erklärung dafür, was die Wissenschaftler im Quallengenom gefunden haben. Vielleicht zeigen die Ähnlichkeiten zwischen dem Mondquallengenom und „höheren“ Tieren, dass die Cnidaria ursprünglich eine Medusa-Lebensphase hatte, die Tiere wie Korallen und Seeanemonen verloren.

„Unsere Ergebnisse können nicht zwischen diesen beiden Szenarien unterscheiden“, sagte Gold. Wenn sich die zweite Hypothese als richtig herausstellt, „Schwimmen, fleischfressende Tiere können sogar älter sein als wir denken.“

Zusätzlich zu Fragen der Evolution wird sich das Aurelia-Genom in vielen anderen Bereichen der Biologie als wertvoll erweisen, sagte Gold. Aurelia ist ein wichtiges Modell für die Untersuchung der Entwicklung und Funktion von Nervensystemen und kann Einblicke in die Wundheilung und Regeneration von Tieren geben. Mondgelees sind auch ein Hauptschuldiger für umwelt- und wirtschaftsschädigende Quallenblüten, die immer häufiger werden. Zum Beispiel haben riesige Schwärme von Mondgelees Wasseransaugrohre verstopft und die Abschaltung von Kernkraftwerken in Florida und Schweden erzwungen. Ein verbessertes Verständnis der Aurelia-Genetik könnte neue Ideen zur Kontrolle der Blüten bieten.

„In vielerlei Hinsicht sind die alten Ozeane im späten Präkambrium sehr ähnlich wie die modernen Ozeane in naher Zukunft aussehen werden“, sagte Gold, „was bedeutet, dass das Studium, wie sich Quallen in der Vergangenheit entwickelt haben, uns über ihre möglichen Auswirkungen auf die Zukunft informieren kann.“

Weitere Autoren auf dem Papier sind: Yang Li und Xifeng Yan, UC Santa Barbara; Michael Regulski, Cold Spring Harbor Laboratory, New York; David Ibberson und Thomas Holstein, Universität Heidelberg, Heidelberg, Deutschland; Robert Steele, UC Irvine; und David Jacobs, UCLA.

Die Finanzierung wurde von den National Institutes of Health, einem Cordes Postdoctoral Fellowship am Caltech, der W.M. Keck Foundation, der Gordon and Betty Moore Foundation, einem Stipendium der Uehara Memorial Foundation und dem NASA Astrobiology Institute bereitgestellt.

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