Evolution von Matrotrophie und Plazentation bei den Bryozoen

Der Stamm Bryozoa, dessen Vertreter durchwegs aquatische, koloniebildende Suspensionsfresser sind, ist unter den Evertebraten insofern einzigartig, als das in beinahe allen Klassen Arten mit Matrotrophie vorkommen. Es wird angenommen, dass sich extraembryonale Ernährung bei den Bryozoen mehrfach entwickelt hat, weshalb diese ein außergewöhnliches Modell für die Erforschung konvergenter Evolution darstellen. Ziel dieses Projektes ist es bei marinen und limnischen Bryozoen anhand vergleichender anatomischer und ultrastruktureller Analysen von Nährorganen, wichtige Entwicklungsetappen und bedeutende Trends in der Evolution der Matrotrophie zu rekonstruieren und ebenso Muster über die Verteilung der Reproduktionsmodi im Stamm zu eruieren. Eine neue Hypothese über den Ursprung beginnender Matrotrophie gefolgt von einem Oogenesewechsel, wird durch den Vergleich der Epithelauskleidung der Brutkammern und des Oogenesetyps bei einer Reihe von Arten aus verschiedenen Familien getestet. Die Vorstellung ansteigender Komplexität der nutritiven Anpassungen innerhalb des Stammes, sowie der Übergang von absorbotropher Ernährung zu einer Ernährung über plazentalen Analogien, wird ebenfalls getestet. Besonderes Augenmerk wird sowohl auf die strukturelle Komplexität und den engen Kontakt zwischen maternaler und embryonaler Gewebe, als auch auf die zytologischen Mechanismen, die einen Transfer von Substanzen während den verschiedenen Inkubationsstadien in den unterschiedlichen Brutkammertypen gewährleisten, gelegt. Ultrastrukturelle Zusammenhänge mit symbiontischen Bakterien, die sich in den Geweben des Funikulus einiger matrotropher Bryozoen entwickeln, werden gleichfalls untersucht. Dieser Teil des Projektes setzt seinen Schwerpunkt auf die Suche nach neuen` Bryozoenarten mit Symbionten, wodurch neue Perspektiven für laufende Forschungen an Bryostatinen - sekundären Stoffwechselprodukten von besonderem medizinischen Wert - aufgezeigt werden sollen. Die zytologischen Strukturen werden mit licht- und transmissionselektronen-mikroskopischen, sowie 3D- Rekonstruktionstechniken untersucht. Zusätzlich zur Bedeutung im Gebiet der Reproduktionsbiologie und der Evolution von Reproduktionsmustern bei klonalen, sessilen Organismen, wird die hier vorgeschlagene Forschung einen essentiellen Beitrag für das weitere Verständnis konvergenter Evolution von elterlicher Fürsorge bei Eumetazoen und vor allem der Evolution von extraembryonaler Ernährung bei Wirbellosen leisten. Zusammengefasst soll das Projekt morphologische, funktionelle und symbiontische Aspekte der Matrotrophie bei Bryozoen bearbeiten, mit dem Ziel, die Hauptmuster ihrer evolutionären Entwicklungspfade zu klären.

Bei den meisten sexuellen Organismen reproduzieren sich Mütter dadurch, dass sie Eier legen, die dann außerhalb der Mutter schlüpfen. Die Matrotrophie (oder extraembryonale Entwicklung) also der direkte Transfer von Nährstoffen von der Mutter zum Embryo während der Tragzeit stellt eher die Ausnahme bei Tieren dar. Matrotrophie ist am besten bei Wirbeltieren bekannt. Deren Auftreten und Verbreitung bei Wirbellosen beruht eher auf zufälligen Dokumentationen, welche meist noch dazu verstreut in Spezialliteratur anzutreffen ist. Generell gilt die Annahme, dass nur wenige Vertreter der Wirbellosen diese Sonderform der elterlichen Fürsorge besitzen. Daher nehme ich an, dass meine umfassende Untersuchung der Matrotrophie bei dem aquatischen Tierstamm der Bryozoa einen erstaunlichen und wichtigen Beitrag hierzu leistet. Entgegen allen früheren Studien konnte ich das Auftreten von Matrotrophie in 39 Gattungen innerhalb von 26 Familien der Bryozoenklasse der Gymnolaemata aufzeigen. Die Arten der Klassen Stenolaemata and Phylactolaemata sind alle matrotroph. Daher sind mehr matrotrophe Vertreter innerhalb der Bryozoa vorhanden als in jeglichen anderen aquatischen Wirbellosen.Mein Projekt beschäftigte sich mit der vergleichend anatomischen und ultrastrukturellen Analyse der Nährorgane und Eireifung bei marinen und limnischen Bryozoen, mit dem Ziel die wesentlichen Stadien und Trends innerhalb der Evolution von Matrotrophie aufzudecken. Durch die Untersuchung des Verbreitungsmusters der Reproduktionsmodi gefolgt von einer Veränderung der Oogenese konnte eine mehrfach unabhängige Entwicklung von plazenta-analogen Strukturen festgestellt werden. Die Hypothese bezüglich des Ursprungs einer einsetzenden Matrotrophie in Kombination mit einem Wechsel der Oogenese konnte erfolgreich überprüft werden. Im Rahmen dieses Projekts konnte die erste anatomische Studie über anfängliche Plazentotrophie bei Wirbellosen durchgeführt werden. Die Kombination unterschiedlicher Eitypen (macro- vs. Oligolecithal), unterschiedlicher Ausprägung der Plazenta-Entwicklung sowie die Vergrößerung des Embryos während der Bebrütung, die bei verschiedenen Bryozoenarten aufgefunden wurden, suggerieren eine Übergangsserie von anfangender bis zu stark ausgeprägter Plazentotrophie, welche durch einen inversen Wechsel der Oogenese begleitet wird. Damit besteht eine Ähnlichkeit zu einigen Wirbeltieren. Das Resultat dieses Projekts zeigt, dass dieser Tierstamm durch seine verschiedenen Reproduktionsmodi, Brutpflegeapparate und einfachen plazenta-artigen Systeme, ein zuversichtliches Modell für zukünftige Studien der parallelen Evolution von Plazentotrophie und generell Matrotrophie darstellt.