Max-Planck-Forschungsgruppe Evolutionäre Entwicklungsdynamik

Unsere Forschungsgruppe beschäftigt sich mit drei zentralen Fragen der modernen evolutionären Entwicklungsbiologie:

1) Wie kann ein bestimmter Satz konservierter Gene die Bildung grundlegend unterschiedlicher Strukturen steuern, und wie entsteht die morphologische Variabilität?
2) Wie haben sich die Zelltypen der Wirbeltiere entwickelt und inwieweit haben de novo-Gene zu diesem Prozess beigetragen?
3) Was ist die Grundlage für die gemeinsame Evolution und Entwicklung von Gehirn und Schädel?

 

 

1. Morphologische (kraniofaziale) Divergenz der Wirbeltiere

Um ein mechanistisches Verständnis dieses Phänomens zu erhalten, untersuchen wir die Divergenz der cis- und trans-regulatorischen Landschaften entlang der Ontogenese verschiedener Wirbeltierarten. Unsere wichtigsten Forschungsmodelle sind Maus, Küken, Zebrafisch und Kleingefleckter Katzenhai.

Wir setzen Einzelzell-omics-Technologien ein, um zu verstehen, wie die Divergenz in der cis-Regulierung bestehende Genregulationsnetzwerke umgestaltet und unterschiedliche Genexpressionsmuster während der Embryonalentwicklung erzeugt, die den Kern der morphologischen Evolution darstellen. Als Indikator für die Entwicklungsdivergenz bewerten wir die Morphologie der Schädelregion. Unser Ansatz wird ergänzt durch Mikro-Computertomographie, Morphometrie, Ganzkörperaufnahmen und ein Spektrum konventioneller molekular- und entwicklungsbiologischer Methoden.

 

2. Evolution der Zelltypen

Wir versuchen, die molekulare Evolution der Zelltypen zu verstehen und herauszufinden, inwieweit de novo-Gene zur Entstehung von Zelltypen beitragen. Der Zelltyp ist die grundlegende evolutionäre Einheit, die das Auftreten neuartiger morphologischer und funktioneller Merkmale bestimmt. Die Entstehung neuer Zelltypen hängt von der Entwicklung ihrer genetischen Programme ab, die den Aufbau neuartiger molekularer Komplexe und den Erwerb neuer biologischer Funktionen vorantreiben. Wir verbinden die Phylostratigraphie mit der Einzelzelltranskriptomik, um das evolutionäre Alter der zelltypspezifischen Transkriptome abzuschätzen, ihren schrittweisen Aufbau entlang der Phylogenie zu verfolgen und das Transkriptom der Vorfahren des Zelltyps zu identifizieren. Diese Forschungsstrategie ermöglicht es uns, die grundlegenden Prozesse zu erforschen, die die makroevolutionären Innovationen und Übergänge in der Evolution der Zelltypen antreiben.

 

3. Co-Evolution und Co-Entwicklung von Gehirn und Schädel

Der Kopf der Wirbeltiere besteht aus einem Spektrum von Geweben, empfindlichen Sinnesorganen und dem Gehirn, die alle in den kompliziert geformten Schädel integriert sind. Die Strukturen entstehen in einem vierdimensionalen Prozess der Morphogenese, und ihre Entstehung, ihr Wachstum und ihre Integration sind während der Embryogenese eng aufeinander abgestimmt.

Zwischen dem Gehirn und dem Schädel gibt es eine eindeutige evolutionäre und entwicklungsbedingte Verbindung. Dies wird durch zahlreiche angeborene kraniofaziale Anomalien belegt, die mit Störungen des zentralen Nervensystems oder der Sinnesorgane einhergehen, sowie durch eine Reihe koordinierter Anpassungen dieser beiden Module.

Wir untersuchen, wie das entstehende Gehirn und der Schädel kommunizieren und ihr Wachstum während der Embryonalentwicklung koordinieren. Detaillierte Kenntnisse über das zugrundeliegende molekulare Zusammenspiel ermöglichen es uns zu verstehen, wie die Kernsignale entlang der Phylogenie kalibriert wurden, um ein Spektrum von Schädelformen zu erzeugen, und wie die Nervenstrukturen zur Variabilität des Gesichts innerhalb und zwischen den Spezies beitragen.

 

Wichtigste Fachkenntnisse und Methoden

Schädelentwicklung, Wirbeltiermodelle, Ontogenese, Phylogenie, Zelltyp-Evolution, genregulatorische Netzwerke, Einzelzell-RNA und ATAC-Sequenzierung, fortschrittliche Bioinformatik, Multiplex-RNA-FISH und IHC-Ganzkörperbildgebung, funktionelle Validierungen, Mikro-Computertomographie, Morphometrie.

 

Unser internationales Team verfügt über interdisziplinäres Fachwissen und umfangreiche methodische Fähigkeiten. Wir haben ein exzellentes Kooperationsnetzwerk aufgebaut und arbeiten zusammen, um grundlegende Entdeckungen im Bereich Evo-Devo zu machen. Motivierte und talentierte Studierende und Forschende sind herzlich eingeladen, sich mit uns in Verbindung zu setzen, um unser Team zu verstärken oder mit uns zusammenzuarbeiten.