woher weiß eine omnipotente Zelle, was sie werden soll?
Diese Frage stelle ich mir schon seit der Schule, vielleicht weiß hier jemand eine Antwort. Meine Bio-Lehrerin kannte keine.
Also, wenn neues Leben entsteht, dann sind die ersten Zellen ja omnipotent. Aus ihnen kann also alles werden. Sie teilen sich und teilen sich und irgendwann werden sie dann zu bestimmten Zellen. Hautzellen, Muskeln, Blutzellen, usw....
Aber was gibt den Anstoß dazu? Und woher weiß die Zelle, was sie werden soll?
In der DNA ist vermutlich eine Art Bauplan gespeichert, aber woher weiß die Zelle: "ach, ich liege hier.... gut, dann werde ich nun eine Knochenzelle!"
Wäre toll, wenn hier das jemand wüsste :)
6 Antworten
Jede Zelle hat die gleichen genetischen Informationen (da ja jeder Zellkern die gesamte DNA des Menschen enthält). Dass die Zellen dennoch so unterschiedlich aussehen und unterschiedliche Funktionen haben liegt daran, dass in jeder Zelle nur ein Teil der Gene, die auf der DNA liegen, abgelesen werden. Jeder Zelltyp hat daher andere Eigenschaften, es sind je nach Zelltyp andere Strukturproteine, Rezeptormoleküle an der Oberfläche, Enzyme usw. aktiv. Die Stummschaltung der "unnötigen" Gene passiert bei der Differenzierung der Stammzellen zu einem entsprechenden Zelltyp, jede Tochterzelle einer fertig differenzierten Zelle bekommt alle Stummschaltungen gleich mit vererbt.
So, nun zu deiner Frage, woher die Stammzelle weiß, zu was sie differenzieren soll und welche Gene sie stumm schalten soll. Es werden von anderen Zellen Wachstumsfaktoren ausgeschüttet und Hormone ausgeschüttet. Diese Binden bestimmte Rezeptoren an der Oberfläche der Stammzelle und lösen dadurch die Differenzierung aus. Also das Rezeptor-Signal löst eine Signal-Kaskade aus, an deren Ende die Stummschaltung bestimmter Gene steht. Auch Durch direkten Zell-Zell-Kontakt bei benachbarten Zellen kann ein Signal zur Differenzierung weitergegeben werden.
Zudem gibt es noch die "asymmetrische Zellteilung". Dabei werden zwar die Chromosomen gleich-verteilt weitervererbt, aber andere Moleküle in der Zelle, bestimmte Proteine und Makromoleküle, werden nicht gleich verteilt sondern verstärkt an eine der Tochterzellen weitergegeben. Durch diese Unterschiedliche Protein-Ausstattung der Zelle wird auch beeinflusst, zu was sich die Zelle differenziert (Stichwort Determination, Zell-Schicksal/cell fate)
diese cell fate determination, also das mit der asymmetrischen Zellteilung kann ich mir auch nur schwer vorstellen. Aber es gibt einige Veröffentlichungen dazu, auch in so hoch angesehenen Journals wie "Nature" und "Science". Ich denke mal, da wird sich auch noch einiges tun in den nächsten 5-10 Jahren in der Grundlagenforschung...
danke für den Stern/Wimpel
Wenn ich mich richtig erinnere war das folgendermaßen: Wenn eine Eizelle befruchtet wird und sich entwickelt, dann finden Furchungen statt und dadurch wird auch der Dotter in der Eizelle geteilt und wenn das 64-Zell-Stadium erreicht ist, dann haben die einzelnen Zellen verschieden viel Dotter und je nachdem wir viel Dotter in einer Zelle ist weis diese dann wie sie sich entwickeln muss.
Genau die selbe Frage stelle ich mir auch, woher wissen die ganzen Zellen, was sie werden müssen? Zu was sie heranwachsen müssen, welchem Körperteil, welche Funktion sie haben und das alles. Nuuk84 hat es sehr gut erklärt, allerdings ist mir das zu wissenschaftlich, so dass ich es als Laie nicht richtig verstehe.
Die Erbanlagen steuern in allen Organismen alle Lebensvorgänge, auch deren Entwicklung. Dabei sorgen regulatorische Vorgänge dafür, dass je nach Bedarf bestimmte Gene aktiviert werden und andere nicht, was von Zelltypus zu Zelltypus verschieden ist. Erst vor gut einem Jahrzehnt fand man heraus, wie solche Regulationsprozesse am Anfang der Individualentwicklung aussehen und die ersten Entwicklungsschritte steuern. Dabei spielen so genannte „Hox-Gene" eine entscheidende Rolle für die grundsätzliche Festlegung erster Differenzierungen. Am besten untersucht sind die allerersten Schritte ins Leben bei der Fruchtfliege Drosophila. Im Labor von Christiane Nüsslein-Volhard haben Entwicklungsbiologen herausgefunden, wie das Muttertier dazu eine regelrechte „genetische Brutpflege“ betreibt: Es sondert vier Substanzen ab, die in Eizellen strategisch wichtige Punkte besetzen. Zwei dieser Signalstoffe (Fachbegriff: Morphogene“) lagern sich jeweils in den gegenüberliegenden Polen des Eies ein, der dritte an beiden Polen und der vierte an der Bauchseite.
So werde ein eindeutiges dreidimensionales Koordinatensystem für die weitere Entwicklung festgelegt, erklärt Nüsslein-Volhard: „Vorn und hinten, oben und unten sind damit ein für allemal definiert. Vom beispielsweise ist immer dort, wo der Signalstoff bicoid deponiert ist." Nach der Befruchtung lösen diese Signalstoffe im Ei eine Nachrichtenkaskade aus. Die dabei ausströmenden Proteine spüren ganz bestimmte Gene an Hand einer charakteristischen Erkennungssequenz auf und erwecken sie aus dem zellulären Tiefschlaf. So werden zunächst ein paar wenige Gene angeknipst. Diese aktivieren nach dem gleichen Mechanismus weitere Gene und legen so eine erste Grobeinteilung des späteren Insekts fest. Die Kaskade erreicht ihren Höhepunkt, wenn die „homöotischen" oder Hox-Gene angeschaltet werden und die Kontrolle über die Entwicklung übernehmen. Gleich - griechisch homoios - werden sie deswegen genannt, weil sie in allen Organismen, in denen sie zu Hause sind, die Ausbildung vergleichbarer Körperteile entlang deren Längsachse steuern. Die Hox-Gene liegen auf dem Erbfaden im Block beieinander und enthalten eine typische kurze DNA-Sequenz, die so genannte Homöobox. In ein Protein übersetzt wirkt sie wie ein Generalschlüssel zum Öffnen weiterer noch verschlossener Steuergene aus der Hox-Klasse. Diese nachgeschalteten Hox-Gene rufen schließlich, Bereichsleitern einer Fabrik vergleichbar, in den nun bereits vordefinierten Segmenten des werdenden Insekts nach einer genauen zeitlichen Vorgabe jene untergeordneten „Arbeiter"-Gene zum Einsatz, die letztlich Flügel, Antennen, Beine oder Augen erstellen. Das Ergebnis war überraschend: Egal, wo die Forscher fahndeten, ob in Würmern, Krebsen oder Affen - überall fanden sie die gleichen Hox-Gene. Einzig deren Anzahl ist verschieden: Während eine simple Fliege mit einer Kette von 8 Hox-Genen auskommt, weisen die viel komplizierteren Wirbeltiere 4 Stränge mit insgesamt 38 Genen auf. In allen Tieren, in denen sie vorkommen, so stellte sich heraus, leisten Hox-Gene dasselbe: Sie steuern das allmähliche Embryowachstum vom Kopf zum Schwanz, indem sie das entstehende Wesen nach einem Baukastenprinzip zusammenfügen. Nur die untergeordneten Gene, die über die genaue Gestalt der Einzelteile bestimmen, unterscheiden sich von Tiergruppe zu Tiergruppe. Experimente des Genfer Mäusezüchters Duboule führten zu genaueren Erkenntnissen: Der Wissenschaftler hat einen Zwischenschritt der Evolution detailliert untersucht, der notwendig war, um Fischen die Eroberung des Landes zu ermöglichen: die Erfindung des Fußes. Wachstum von Fuß und Flosse, erklärt Duboule, werden von den gleichen Genen gesteuert - nur wird das Programm (des entsprechenden Gens Hoxd-13) bei der Flosse etwas früher abgeschaltet.
Diese Zellen sind "programmiert", sie fügen sich zu dem zusammen, wofür sie bestimmt sind.
Ja, aber sie befinden sich nicht "zufällig" dort, wo sie sind. Das hat alles einen Zweck. Bei Behinderungen waren dann wohl einige Zellen nicht da, wo sie hingehört hätten. Der Körper ist ein "Wunderding", da wird programmiert, manipuliert - und alles wirkt nach außen gleich.
"Bei Behinderungen waren dann wohl einige Zellen nicht da, wo sie hingehört hätten." <-- What??
Am Anfang hast du nur eine Zelle... die befruchtete Eizelle. Da gibts kein "wo sie hingehört"... Und bei angeborenen Behinderungen gibt es immer eine molekulare Ursache, die zu dieser Behinderung führt.
klingt gut, auch wenn ich es mir nur schwer vorstellen kann. Ich glaube, da fehlt mir einfach nur die Vorstellungskraft