Viele Korallen und Schwämme entwickeln Skelette oder Skelettnadeln, auch als Spicula bekannt, die ihnen ihre Struktur verleihen. Während die Bildung dieser Biomineralien bei Korallen schon eingehend erforscht wurde, blieben die molekularen Mechanismen dieses Prozesses in Meeresschwämmen lange Zeit ein Rätsel. Ein Forschungsteam um den LMU-Geobiologen Professor Gert Wörheide hat dieses Rätsel gelöst. Sie haben die genetischen Grundlagen der Nadelbildung bei Kalkschwämmen untersucht und dabei eine Gruppe von Proteinen identifiziert, die eine entscheidende Rolle in diesem Prozess spielen.
„Schwämme gehören zu den ältesten Tieren mit mineralisierten Strukturen, deshalb ermöglichen sie wertvolle Einblicke in die frühe Evolution der Biomineralisation“, sagt PD Dr. Oliver Voigt, Erstautor der Studie. Kalkschwämme zeichnen sich durch die Besonderheit aus, dass ihre Nadeln in verschiedenen Formen vorkommen und von nur wenigen spezialisierten Zellen, manchmal sogar nur zwei, gebildet werden. Dies steht im Gegensatz zur weitaus komplexeren Skelettbildung bei anderen Tieren, wie beispielsweise den Steinkorallen, wo eine ganze Zellschicht involviert ist. Aus diesem Grund sind Schwämme ein besonders faszinierendes Modell, um die zellulären Grundlagen der Biomineralisation zu erforschen.
In einem umfassenden Ansatz kombinierten die Forschenden genetische Methoden mit Proteom-Analysen. Dadurch gelang es ihnen erstmals, den Prozess der Kalknadelbildung in der Schwammart Sycon ciliatum auf zellulärer und molekularer Ebene vollständig zu entschlüsseln. Bei dieser Untersuchung wurde eine Gruppe von Proteinen, die sogenannten Calcarine, identifiziert, die eine wichtige Rolle bei der Kalkbildung spielen. Interessanterweise weisen diese Calcarine strukturelle und funktionelle Ähnlichkeiten mit Galaxinen auf, den Proteinen, die am Skelettaufbau von Steinkorallen beteiligt sind. „Diese Ergebnisse deuten darauf hin, dass Schwämme und Korallen unabhängig voneinander vergleichbare genetische Werkzeuge zur Biomineralisation entwickelt haben – ein anschauliches Beispiel für konvergente Evolution“, erklärt Voigt.
Quelle
Ludwig-Maximilians-Universität München (09/2025)
Publikation
O. Voigt et al.: Genetic parallels in biomineralization of the calcareous sponge Sycon ciliatum and stony corals. eLife 2025
https://doi.org/10.7554/eLife.106239.2