Die charakteristischen weißen Streifen bei Clownfischen bilden sich je nach Wirt der Seeanemone unterschiedlich schnell, so eine PNAS-Studie.
- Clownfischarten entwickeln während des Metamorphoseprozesses ihre charakteristischen weißen Streifen oder Balken
- Forscher haben nun herausgefunden, dass sich die weißen Balken je nach Seeanemone, in der die Clownfische leben, unterschiedlich schnell bilden
- Die für die Metamorphose wichtigen Schilddrüsenhormone steuern die Geschwindigkeit, mit der sich die weißen Balken bilden
- Der Spiegel der Schilddrüsenhormone ist bei Clownfischen, die in der Riesenteppichanemone leben, höher als bei Clownfischen, die in der prächtigen Seeanemone leben
- Clownfische, die in der Riesenteppichanemone leben, zeigen auch eine erhöhte Aktivität von duox, einem Gen, das an der Bildung von Schilddrüsenhormonen beteiligt ist
Charismatischer Clownfisch, der Korallenrifffisch, der durch die bekannt wurde Film Finding Nemo sind sofort an ihren weißen Streifen zu erkennen. Diese Streifen, die Wissenschaftler Balken nennen, erscheinen, wenn Clownfische in einem als Metamorphose bezeichneten Prozess von Larven zu Erwachsenen heranreifen, aber wie sich diese charakteristischen Muster bilden, blieb lange Zeit ein Rätsel.
Nun hat eine neue Studie herausgefunden, dass die Geschwindigkeit, mit der sich diese weißen Balken bilden, von der Seeanemonenart abhängt, in der die Clownfische leben. Die Wissenschaftler entdeckten auch, dass Schilddrüsenhormone, die eine Schlüsselrolle bei der Metamorphose spielen, durch Änderungen in der Aktivität eines Gens, das als Gen bezeichnet wird, bestimmen, wie schnell ihre Streifen erscheinen Duox.
„Metamorphose ist ein wichtiger Prozess für Clownfische – sie verändert ihr Aussehen und auch die Umgebung, in der sie leben, da Clownfischlarven das Leben im offenen Ozean verlassen und sich im Riff niederlassen“, sagte der leitende Autor Professor Vincent Laudet, der das Meeresökosystem leitet. Evo-Devo-Einheit an der Okinawa Institute of Science and Technology Graduate University (OIST). „Das Verständnis, wie sich die Metamorphose in Abhängigkeit vom Wirt der Seeanemone ändert, kann uns dabei helfen, nicht nur Fragen zu beantworten, wie sie sich an diese unterschiedlichen Umgebungen anpassen, sondern auch, wie sie von anderen Umweltbelastungen wie dem Klimawandel beeinflusst werden könnten.“
In der Studie, veröffentlicht am 24. Mai 2021 in PNAS, untersuchte ein Forscherteam des Centre for Island Research and Environmental Observatory (CRIOBE) in Frankreich erstmals die Clownfischart, Amphiprion percula, in Kimbe Bay, Papua-Neuguinea.
Die Clownfischart Amphiprion percula verlässt sich entweder auf die langarmige Seeanemone Heteractis magnifica (links) oder die kurzarmige Stichodactyla gigantea (rechts) als Wirt. Die mit giftigen Nesselzellen an ihren Tentakeln bewaffneten Seeanemonen schützen Clownfische vor Fressfeinden am Riff. Der Clownfisch schützt die Seeanemone auch vor Raubtieren und versorgt ihren Wirt mit Nahrung und Sauerstoff. Bildnachweis: Kina Hayashi
Die dort lebenden Clownfische können entweder in der prächtigen Seeanemone, Heteractis magnifica, oder die giftigere Riesen-Teppichanemone, Stichodactyla gigantea.
Während der Umfrage machte das Team eine faszinierende Beobachtung; Die jugendlichen Clownfische, die in der Riesenteppichanemone lebten, gewannen ihre erwachsenen weißen Balken schneller als Clownfische, die in der prächtigen Seeanemone lebten.
Während der Metamorphose verfärbt sich der Clownfisch Amphiprion percula in ein leuchtendes Orange und entwickelt vom Kopf bis zum Schwanz nacheinander drei weiße Balken. Die Geschwindigkeit, mit der sich die Balken bilden, hängt von der Seeanemone ab, in der die Clownfische leben. Clownfische, die in der langarmigen Anemone Heteractis magnifica (links) leben, haben weniger Streifen als Clownfische gleichen Alters und gleicher Größe, die im kürzeren Teppich leben -Stil-Anemone, Stichodactyla gigantea (rechts). Das Bild zeigt das typische Aussehen von Clownfischen im Alter von 150-200 Tagen. Bildnachweis: Fiona Lee, Academia Sinica, Taiwan
„Wir waren wirklich daran interessiert, nicht nur zu verstehen, warum die Balkenbildung je nach Seeanemone schneller oder langsamer abläuft, sondern auch, was diese Unterschiede antreibt“, sagte Erstautorin Dr. Pauline Salis, Postdoktorandin am Observatoire Océanologique de Banyuls-sur- Mer, Sorbonne Université Paris, der Farbmuster bei Korallenrifffischen untersucht.
Im Labor arbeitete das Team mit dem Clownfisch, Amphiprion ocellaris, ein naher Verwandter von Amphiprion percula. Sie konzentrierten sich auf Schilddrüsenhormone, von denen bekannt ist, dass sie bei Fröschen die Metamorphose auslösen.
Der Clownfisch, Amphiprion ocellaris, ist eine der wenigen Arten von Korallenrifffischen, die in einem Labor gezüchtet werden können. Prof. Laudet verwendet die Art, um die Hormone zu untersuchen, die an lebensgeschichtlichen Strategien beteiligt sind, einschließlich der Metamorphose. Bildnachweis: OIST
Die Forscher behandelten Clownfischlarven mit unterschiedlichen Dosen Schilddrüsenhormonen. Je höher die Dosis der Schilddrüsenhormone, desto schneller entwickelten die Clownfische die weißen Balken, berichtete das Team. Umgekehrt, als die Forscher den Clownfisch mit a behandelten Medikament Dadurch wurde die Produktion von Schilddrüsenhormonen gestoppt, die Riegelbildung wurde verzögert.
Die weißen Balken entstehen aufgrund von Pigmentzellen, sogenannten Iridophoren, die eine bestimmte Untergruppe von Genen exprimieren. Schilddrüsenhormone beschleunigten die Bildung weißer Balken, indem sie diese Iridophore-Gene aktivierten, fand das Forschungsteam heraus.
Mit Schilddrüsenhormonen behandelte Clownfischlarven bildeten in einem früheren Entwicklungsstadium eine höhere Anzahl von Banden als Kontrolllarven, die nicht mit Schilddrüsenhormonen behandelt wurden. Das Bild zeigt eine Kontroll-Clownfischlarve (oben) und eine Larve fünf Tage, nachdem ihr eine Dosis Schilddrüsenhormon verabreicht wurde (unten). Bildnachweis: Pauline Salis, Erstautorin
Als nächstes testeten die Wissenschaftler, ob diese Beobachtungen auf das Feld zutrafen. Als das CRIOBE-Labor nach Kimbe Bay zurückkehrte, transportierten sie junge Clownfische beider Seeanemonenarten zurück zu Dr. Salis in Frankreich.
Der Spiegel der Schilddrüsenhormone war bei den Clownfischen der Riesenteppichanemone viel höher als bei den Clownfischen der prächtigen Seeanemone, bestätigte Dr. Salis.
Um einen Einblick in die Ursache dieser höheren Schilddrüsenhormonspiegel zu erhalten, maß das Team die Aktivität der meisten Gene im Clownfisch-Genom.
„Die große Überraschung war, dass sich von all diesen Genen nur 36 Gene zwischen den Clownfischen der beiden Seeanemonenarten unterschieden“, sagte Prof. Laudet. „Und eines dieser 36 Gene, genannt DuoxSie hat uns einen echten Aha-Moment beschert.“
Duox, das das Protein Dual-Oxidase bildet, spielt eine wichtige Rolle bei der Bildung von Schilddrüsenhormonen, wie frühere Forschungen gezeigt haben. Die Duox Gen zeigte bei Clownfischen aus der Riesenteppichanemone eine höhere Aktivität als bei Clownfischen aus der prächtigen Seeanemone.
Weitere Experimente in Zusammenarbeit mit Professor David Parichy von der University of Virginia, USA, bestätigten dies Duox ist wichtig für die Entwicklung von Iridophoren-Pigmentzellen. Wenn die Duox In mutierten Zebrafischen ist das Gen inaktiviert, die Entwicklung der Iridophoren-Pigmentzellen verzögert sich, so die Studie.
Zusammengenommen deuten die Daten darauf hin, dass eine erhöhte Aktivität von Duox bei Clownfischen, die in der Riesenteppichanemone leben, führen zu höheren Schilddrüsenhormonspiegeln und damit zu einer schnelleren Bildung weißer Balken, da sich Iridophoren-Pigmentzellen schneller entwickeln.
Die Forschung wirft jedoch noch mehr Fragen auf, die die Wissenschaftler beantworten müssen, einschließlich der ökologischen Gründe für diese Variation in der Rate der Bildung weißer Balken.
Es könnte daran liegen, dass die Riesen-Teppichanemone giftiger ist und der Schilddrüsenhormonspiegel als Reaktion auf Stress ansteigt, spekulierten die Forscher.
„Hier am OIST fangen wir an, uns mit einigen möglichen Erklärungen zu befassen“, sagte Prof. Laudet. „Wir vermuten, dass diese Veränderungen in der Bildung weißer Balken nur die Spitze des Eisbergs sind und dass viele andere Unterschiede vorhanden sind, die dem Clownfisch helfen, sich an die zwei verschiedenen Seeanemonen-Wirte anzupassen.“
Referenz: „Schilddrüsenhormone regulieren die Bildung und Umweltplastizität weißer Balken bei Clownfischen“ von Pauline Salis, Natacha Roux, Delai Huang, Anna Marcionetti, Pierick Mouginot, Mathieu Reynaud, Océane Salles, Nicolas Salamin, Benoit Pujol, David M. Parichy, Serge Planes und Vincent Laudet, 24. Mai 2021, Proceedings of the National Academy of Sciences.
DOI: 10.1073 / pnas.2101634118
Finanzierung: Agence Nationale de la Recherche, National Institute of Science
