Tübingen - Der Zebrafisch (Danio rerio), auch Zebrabärbling genannt, verdankt seinen Namen einem auffälligen Muster blauer und goldener Längsstreifen. Wie dieses entsteht, berichtet nun ein Forscherteam rund um die deutsche Medizin-Nobelpreisträgerin Christiane Nüsslein-Volhard vom Max-Planck-Institut für Entwicklungsbiologie im Fachblatt "Science".

Demnach entwickeln sich drei Typen von Pigmentzellen - schwarze, silbern reflektierende und gelbe - während des Wachstums in der Haut von jungen Fischen und ordnen sich in einem mehrschichtigen Mosaik an. Daraus ergibt sich das namensgebende Farbmuster. Bisher wusste man, dass alle drei Pigmentzelltypen in Wechselwirkung miteinander stehen müssen, um symmetrische Streifen zu entwickeln. Wo diese Zellen im Zuge der Embryonalentwicklung entstehen und wie sie das Zebra-Muster bilden, blieb jedoch ein Rätsel.

Pigmentwanderung

Die Studie beschäftigt sich mit den zellulären Vorgängen während der Streifenbildung. Einzelne junge Fische, die mit fluoreszierenden Farbstoffen markierte Pigmentzellvorläufer in sich trugen, wurden bis zu drei Wochen lang täglich mikroskopiert. Dadurch konnten die Forscher die Vermehrung, Wanderung und Ausbreitung einzelner Zellen und ihrer Vorläufer während des vollständigen Musterbildungsprozesses im lebenden und wachsenden Tier mitverfolgen.

Die Analyse zeigte, dass die drei Pigmentzelltypen auf vollkommen unterschiedlichen Wegen in die Haut der Tiere gelangen: Die gelben Zellen bedecken zunächst die Haut der Fisch-Embryos und beginnen sich zu teilen, wenn sich die Larve zum Fisch entwickelt.

Dagegen werden die schwarzen und silbernen Zellen von Stammzellen in Nervenknoten des äußeren Nervensystems gebildet, die am Rückenmark liegen. Die schwarzen Zellen gelangen entlang von Nerven in die Haut, wo sie in der zukünftigen Streifenregion auftauchen. Die silbernen Zellen dagegen durchdringen den Längsschlitz, der die seitlichen Muskeln der Fische trennt, vermehren sich und breiten sich dann in der Haut aus. Dabei liegen die silbernen und schwarzen Pigmentzellen in tieferen Hautschichten als die gelben.

Präzise Überlagerung

Interessanterweise verändern dabei sowohl die silbernen als auch die gelben Zellen ihre Form und Färbung, je nach dem, mit welchen anderen Pigmentzellen sie in Kontakt treten: Die gelben Zellen, die auf den dichten silbernen Zellen des hellen Streifens liegen, werden kompakt und färben diesen golden; dagegen bilden sie über den schwarzen Zellen des dunklen Streifens blasse Zellen mit langen Fortsätzen. Die silbernen Zellen überziehen die schwarzen als loses Netzwerk, wodurch die blaue Farbe der dunklen Streifen zustande kommt. Sie verwandeln sich aber wieder in die dichte Form, um in einem gewissen Abstand vom ersten hellen Streifen einen weiteren hellen Streifen zu bilden.

Auf diese Weise kommt die Abfolge von hellen und dunklen Streifen zustande. Die präzise Überlagerung der kompakten silbernen und gelben Zellen in den hellen Streifen und deren loses Netzwerk über den schwarzen Zellen des dunklen Streifens bewirken den scharfen Kontrast zwischen der blauen und goldenen Farbe des Musters. (APA/red, derStandard.at, 29.8.2014)