Max-Planck-Forschungsgruppe
Evolutionäre Entwicklungsdynamik
 

Evolution von Entwicklungsprogrammen – Wie Entwicklung komplexe Merkmale hervorbringt und wie Evolution sie verändert.

 

Vision

Wie entstehen im Laufe der Entwicklung zelluläre Komplexität und Organisation?

Der Körper der Wirbeltiere besteht aus einer Vielzahl unterschiedlicher Organe, Gewebe und Strukturen, die sich mit bemerkenswerter Präzision entwickeln und zu einem funktionellen Ganzen zusammenfügen. Wir untersuchen, wie solche komplexen Formen aus zunächst noch nicht festgelegten Zellen hervorgehen. Im Mittelpunkt steht dabei die Frage, wie Zellen Entwicklungsentscheidungen treffen, ihre Identität erwerben, miteinander kommunizieren und auf Signale im sich dynamisch verändernden räumlichen und zeitlichen Kontext des Embryos reagieren. Durch die Analyse von Zelllinien und ihren Entwicklungsverläufen sowie der zugrunde liegenden Genregulationsnetzwerke wollen wir verstehen, wie einzelne Zelllinien komplexe, funktionelle und artspezifische Strukturen hervorbringen.

 

Wie verändert Evolution konservierte Entwicklungsprogramme und erzeugt so die außergewöhnliche Vielfalt tierischer Formen?

Die außergewöhnliche Vielfalt der Wirbeltiere beruht auf bemerkenswert konservierten Entwicklungsprogrammen. Im Laufe der Evolution wurden diese Programme immer wieder verändert, verfeinert und in neuen Zusammenhängen eingesetzt. So konnten neue Formen entstehen, während die Robustheit der Embryonalentwicklung erhalten blieb. Zu verstehen, wie Evolution auf Entwicklungsprozesse einwirkt und dadurch biologische Vielfalt hervorbringt, gehört zu den grundlegenden Fragen der Biologie und ist ein zentrales Thema der modernen Evolutionsentwicklungsbiologie (Evo-Devo).

 

Unsere Systeme

Unsere Forschung umfasst verschiedene Organe und Strukturen, vom Schädel und der Wirbelsäule bis hin zum Gehirn und den Sinnesorganen. Ein System, das wir in unserer jüngeren Forschung besonders intensiv untersucht haben, ist das Gesicht. Das Gesicht gehört zu den komplexesten und variabelsten Strukturen des Körpers und spielt eine zentrale Rolle für Überleben, Kommunikation und individuelle Identität.

 

Unsere Perspektive

Entwicklung ist eine kontinuierliche Abfolge zellulärer Entscheidungen. Während sich Zelllinien verzweigen, spezialisieren und miteinander interagieren, entstehen schrittweise Gewebe, Organe und schließlich die gesamte Körperform. Wir richten unseren Blick auf Zelllinien und ihre Entwicklungsverläufe, um zu verstehen, wie und zu welchem Zeitpunkt Evolution einzelne zelluläre Entwicklungswege verändert und dadurch morphologische Vielfalt hervorbringt, während die Robustheit der Entwicklung erhalten bleibt.

 

 

Ausgewählte Forschungsschwerpunkte

Evolution von Entwicklungsprogrammen

Die Entwicklung ist bemerkenswert robust, und dennoch hat die Evolution eine außergewöhnliche Vielfalt an Formen hervorgebracht. Wir untersuchen, wie konservierte Entwicklungsprogramme zwischen Arten verändert werden, um neue morphologische Merkmale hervorzubringen und gleichzeitig die Integrität der Embryonalentwicklung zu erhalten.

Evolution von Zelltypen

Die Entstehung neuer Zelltypen war ein wesentlicher Motor in der Evolution des vielzelligen Lebens. Wir wollen verstehen, wie zelluläre Identitäten entstehen, sich diversifizieren und neue Funktionen übernehmen und wie die Erweiterung des Repertoires an Zelltypen die Evolution zunehmend komplexer Organismen ermöglicht hat.

Evolutionäre Integration

Komplexe Merkmale entstehen in der Evolution häufig als integrierte Systeme und nicht als voneinander unabhängige Strukturen. Wir interessieren uns insbesondere für die enge entwicklungsbiologische und evolutionäre Beziehung zwischen Gehirn und Schädel und dafür, wie ihre wechselseitigen Interaktionen evolutionäre Einschränkungen und zugleich Möglichkeiten für morphologische Diversifizierung schaffen.

Entwicklung und Erkrankung

Ein Verständnis davon, wie komplexe Entwicklungsprogramme das Gesicht unter normalen Bedingungen aufbauen, schafft die Grundlage dafür zu verstehen, was geschieht, wenn diese Prozesse gestört sind. Unsere Forschung trägt dazu bei, die molekularen und zellulären Mechanismen kraniofazialer Fehlbildungen und Störungen der Neuroentwicklung aufzuklären.

Evolution von Skelettgeweben

Die Evolution von Knorpel und Knochen hat bedeutende evolutionäre Innovationen und Übergänge ermöglicht. Wir untersuchen, wie sich Skelettgewebe im Laufe der Evolution entwickelt haben und wie sich die Differenzierungswege skelettbildender Zelllinien verändert haben, um die bemerkenswerte Vielfalt der Wirbeltierskelette hervorzubringen.

 

Ausblick

Wenn wir die Prinzipien verstehen, nach denen die embryonale Entwicklung das Gesicht aufbaut, und wie Evolution diese Programme verändert, um Vielfalt hervorzubringen, können wir langfristig auch Vorhersagen über die Entstehung von Formen treffen. Unser langfristiges Ziel ist es, prädiktive Modelle zu entwickeln, die genetische Variation über die Prinzipien der Entwicklung mit der Entstehung von Gesichtsmerkmalen verbinden.