Die laterale Hemmung ist eine weit verbreitete Entwicklungsstrategie, bei der Zellen mit ihren unmittelbaren Nachbarzellen kommunizieren, um deren Differenzierung in denselben Zelltyp zu verhindern. Dadurch entstehen häufig regelmäßig angeordnete Muster unterschiedlicher Zelltypen – ein Prinzip, das bei vielen Organismen vorkommt.
Das Team unter der Leitung von Josep Mercadal, Postdoktorand in der Gruppe von Pau Formosa-Jordan am Max-Planck-Institut für Pflanzenzüchtungsforschung in Köln, identifizierte einen uralten Mechanismus, der die Anordnung von Ölkörperzellen in Lebermoosen steuert. Diese spezialisierten Strukturen spielen eine wichtige Rolle in der Abwehr gegen Pflanzenfresser. Analysiert wurden sie sowohl in heutigen Arten als auch in außergewöhnlich gut erhaltenen Fossilien von Metzgeriothallus sharonae, einer der frühesten bekannten Lebermoosarten. In den Fossilien werden diese speziellen Zellen als dunkle Zellen bezeichnet.
Die Forschenden zeigten, dass diese dunklen Zellen in regelmäßigen, gleichmäßig verteilten Mustern angeordnet sind, die für die laterale Hemmung charakteristisch sind. Dies deutet darauf hin, dass dieser Mechanismus der Musterbildung bereits bei einigen der frühesten Landpflanzen vorhanden war.
Da Fossilien nur selten genetische oder molekulare Informationen bewahren, war es bislang schwierig, die evolutionären Ursprünge der Entwicklungsmechanismen der Zellspezifizierung nachzuvollziehen.
Das Team ging diese Herausforderung an, indem sie computergestützte Modelle nutzten, mit denen sich die in fossilen Geweben beobachteten räumlichen Muster rekonstruieren lassen. Dabei zeigte sich, dass sich diese Muster durch einen einfachen Mechanismus erklären lassen, der lokale Aktivierung mit hemmenden Signalen zwischen benachbarten Zellen kombiniert. So entsteht die charakteristische regelmäßige Anordnung unterschiedlicher Zelltypen. Dasselbe Prinzip erklärt auch die Verteilung der Ölkörperzellen in modernen Lebermoosen wie Marchantia polymorpha.
Die Studie zeigt, dass sich in Fossilien erhaltene Zellmuster nutzen lassen, um Rückschlüsse auf zugrunde liegende Entwicklungsmechanismen zu ziehen. Damit eröffnet sie einen neuen Ansatz zur Untersuchung der Evolution und langfristigen Konservierung der Zellspezifizierung über Hunderte Millionen Jahre hinweg.
Max-Planck-Institut für Pflanzenzüchtungsforschung
Originalpublikation:
Josep Mercadal, Susan Tremblay, Leonie Krask, Martin A. Hutten, Pau Formosa-Jordan: Lateral inhibition governs ancestral cellular patterning in fossil and extant liverworts. Development July 2026: 153 (14): dev205696, https://doi.org/10.1242/dev.205696
