Neun Monate (2/9): Chaos - vom Zellhaufen zum Körper

Zellteilung bei einem Embryo

Neun Monate (2/9): Chaos - vom Zellhaufen zum Körper

Von Susanne Billig und Petra Geist

Der Mensch, ein komplexes System, entsteht aus einer einfachen Zelle, dem befruchteten Ei. Doch wie schafft es die Natur, aus dieser einen Zelle zweihundert verschiedene Zelltypen zu bilden und daraus einen menschlichen Körper zu formen?

Direkt nach der Verschmelzung von Spermium und Eizelle, noch bevor die Eizelle in die Gebärmutter wandert, beginnt eine erste Zellteilung im Eileiter. Etwas mehr als 24 Stunden dauert die erste Zellteilung in zwei gleiche Tochterzellen. Diese teilen sich weiter in vier gleiche Tochterzellen. In weiteren Schritten entstehen danach acht, 16, 32, 64 Zellen und so weiter. Äußerlich sind sie gleich, alle tragen das selbe, komplette Erbgut im Inneren.

Neun Monate (2/9): Chaos - vom Zellhaufen zum Körper

WDR 5 Leonardo - Neun Monate 20.06.2016 15:20 Min. Verfügbar bis 31.12.2021 WDR 5


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Der genaue Blick zeigt die Unterschiede

Eigentlich müssten sich alle Zellen identisch entwickeln. Schaut man sich diese aber genauer an, entdeckt man Unterschiede. In jeder Zelle schwimmen neben dem Erbgut noch andere Eiweiße und kleine Zell-Strukturen. Diese Bestandteile einer Zelle - die Organellen - sind nach einer Zellteilung nicht gleich verteilt. Schon bei der ersten Teilung entstehen also unterschiedliche Zellen. Ihre spätere Funktion ist aber noch nicht bestimmt.

Ein ruhelos blubbernder Schaum

Langsam wächst ein kleiner Zellhaufen in einer schützenden Hülle heran. Noch ist keine eindeutige Struktur erkennbar. Dann passiert etwas Merkwürdiges. Die Zellen im Zentrum des Haufens entwickeln sich plötzlich anders als die am Rand.

Wo eben noch alles gleich aussah, bilden sich sichtbar unterschiedliche Zellen.

Der Zufall spielt eine entscheidende Rolle

Nicht der genetische Bauplan allein entscheidet, ob aus einer bestimmten Zelle eine Leber- oder Hautzelle wird. Nein, der zufällige Ort bestimmt ihre Zukunft. Er bestimmt wie die Zellen untereinander kommunizieren - und klärt, wer künftig welche Aufgabe übernehmen wird. Dieses Wunder, wie Zellen Informationssignale austauschen, beginnen die Wissenschaftler erst jetzt langsam zu verstehen.

Ein einfacher Trick: Die Dosis macht's

Im Zellhaufen schwimmen winzige Moleküle von einer Zelle zur anderen. Es sind Signal-Moleküle. Sie aktivieren einzelne Gene im Erbgut der Zelle und geben damit Befehle, in was sie sich verwandeln soll. Offenbar werden an unterschiedlichen Orten des Zellhaufens auch unterschiedliche Gene eingeschaltet. Nur so kann schließlich ein funktionierender Organismus entstehen. Wo viele Signal-Moleküle auf eine Zelle treffen, werden andere Gene aktiviert als in den Zellen, die nur wenige Signal-Moleküle erreichen.

Das große Wunder des Lebens

Obwohl alle Zellen das gleiche Erbgut tragen, finden an den Rändern des Zellhaufens andere Entwicklungen statt als in der Mitte. Der Grund ist, dass die Konzentration der Signal-Moleküle unterschiedlich verteilt ist. Mit diesem genial einfachen Mechanismus schafft es die Natur, dass aus einer Eizelle hunderte verschiedene Zelltypen wachsen können. Genau dieser Mechanismus ist das große Wunder des werdenden Lebens: das Zusammenspiel, das entscheidet, wann welcher genetische Bauplan wo aktiviert wird, welche Zelle eine Hirnzelle wird und welche ein Teil des kleinen Zehs.

Wo ist oben, wo ist unten?

Diese Basis-Informationen müssen die Gene von sich aus liefern, das können die Zellen nicht allein organisieren. Die Grundpositionen werden am Anfang eines Lebens festgelegt, wenn der Embryo ein undifferenzierter Zellhaufen ist. Die frühe Festlegung der Körperachsen ist von entscheidender Bedeutung - nur so können sich die Organe am richtigen Platz bilden.

Die Zellen wachsen wild drauf los

Nerven, Adern oder das Immunsystem erhalten ihre endgültige Form erst, wenn der Körper des Embryos beginnt, sie zu nutzen. Die Blutgefäße zum Beispiel wachsen eigenständig immer in Richtung der Gewebe, die unter Sauerstoffmangel leiden. Auf diese Weise wird ihr ganzer Körper nach und nach bestens mit einem Blutgefäß-System versorgt - ganz ohne genetischen Masterplan.

Viele Fragen sind noch offen

Wie bilden sich die Extremitäten des Fötus genau? Wann müssen welche Signale mit welcher Zuverlässigkeit vorhanden sein, damit sich der Organismus richtig entwickeln? Auf diese Fragen suchen Biologen noch nach Antworten.

Stand: 20.06.2016, 15:05