Im Mutterleib bauen sich entwickelnde Menschen zusätzliche Muskeln in Händen und Füßen auf, die später spurlos verschwinden, haben Wissenschaftler entdeckt.
Die temporären Gewebe, so fanden die Forscher, könnten Reste unserer evolutionären Vorfahren sein.
Die mysteriösen Muskeln sind in Gliedmaßen zu finden, deren Finger geschickter sind als unsere, erklärte der Co-Autor der Studie, Rui Diogo, Evolutionsbiologe und Hominiden-Paläobiologe an der Howard University in Washington, DC. Viele der Muskeln treten in Eidechsen auf, die fantastisch wackelig sind Zehen, während einige von ihnen bei Säugetieren wie Schimpansen auftreten, die für ihre flexiblen Füße bekannt sind. Beim Menschen verschmelzen die Gewebe jedoch entweder mit anderen Muskeln oder schrumpfen vor der Geburt zu nichts, so die kleine Studie, die am 1. Oktober in der Zeitschrift Development veröffentlicht wurde.
Die Autoren vermuten, dass einige der vorübergehenden Muskeln vor mehr als 250 Millionen Jahren von unseren erwachsenen Vorfahren verschwunden sind, als sich Säugetiere aus säugetierähnlichen Reptilien zu entwickeln begannen. Angesichts der geringen Stichprobengröße der Studie bleibt jedoch abzuwarten, ob diese Muskeln in allen menschlichen Embryonen vorkommen und was dies für die menschliche Evolutionsgeschichte bedeuten kann.
"Für mich ist das Wichtigste die Idee, dass wir überzählige Muskeln haben, die nur vorübergehend sind und dann weg sind", sagte Alain Chédotal, Neurowissenschaftler und Entwicklungsbiologe an der Pierre and Marie Curie Universität in Paris, der nicht beteiligt war die Arbeit. Die Studie muss in größerem Maßstab wiederholt werden, bevor "große Schlussfolgerungen" gezogen werden können, betonte Chédotal, aber die vorläufigen Ergebnisse werfen interessante Fragen zur pränatalen Entwicklung auf.
Die Muskeln "waren vorhanden und dann nicht, aber dazwischen gibt es etwas, das nicht bekannt ist", sagte er. "Was bewirkt dieses Verschwinden der Muskeln?"
Unter die Haut schauen
Obwohl Chédotal nicht an der aktuellen Forschung beteiligt war, haben Daten aus seinem Labor die Untersuchung der Entwicklung der fetalen Muskeln vorangetrieben. 2017 veröffentlichten Chédotal und seine Kollegen eine Sammlung detaillierter 3D-Schnappschüsse von menschlichen Embryonen und Feten, wie sie zuvor noch nicht gesehen wurden. Das Team verwendete eine Technik namens "Ganzkörper-Immunfärbung", um die Haut ihrer Proben transparent zu machen und bestimmte Arten von Zellen im Gewebe hervorzuheben. Mit Antikörpern, die sich an Myosin binden, ein Protein, das nur in Muskeln vorkommt, haben die Forscher verschiedene Stadien der menschlichen Muskelentwicklung in hoher Auflösung erfasst.
Als Anatom hatte Diogo die Fähigkeit, ungewöhnliche Muskeln zu erkennen, die in den Bildern von Händen und Füßen des Fötus lauerten, sagte Chédotal. Diogo zog 13 3D-Bilder aus der embryonalen Bilddatenbank, die Embryonen und Feten zwischen etwa 7 und 13 Schwangerschaftswochen darstellen. Sein Team stellte fest, dass menschliche Feten in der siebten Schwangerschaftswoche Hände und Füße haben, die jeweils etwa 30 Muskeln enthalten, die Zahl jedoch etwa sechs Wochen später auf nur 20 abnimmt.
Zum Beispiel verbindet sich ein Muskel in der Hand, der als "Contrahens 5" bekannt ist, mit dem kleinen Finger und zieht die Ziffer nach unten und in Richtung der Mittellinie der Hand. Der Muskel tritt bei erwachsenen Affen auf und entwickelt menschliche Embryonen. Die Forscher beobachteten jedoch, dass sich das Gewebe ab der 10. Schwangerschaftswoche vor Woche 11 zu zersetzen beginnt und vollständig zerfällt. In den Füßen befinden sich Muskeln, die zwischen den Mittelfußknochen in den Füßen liegen und an den Füßen ziehen Zehen bilden sich vollständig zusammen und brechen dann bis Woche 9 zusammen.
Obwohl sich einige Muskeln bereits in Woche 7 zu verschlechtern oder in andere Muskeln zu verschmelzen schienen, blieben einige bis weit in Woche 11 bestehen, "was für Entwicklungsatavismen auffallend spät ist", sagte Diogo in einer Erklärung.
"Dies sind Muskeln, von denen wir wissen, dass sie in unseren Vorfahren vorhanden waren ... und sie sind immer noch da", sagte Diogo über die vorübergehenden Strukturen. Die Muskelreste sind als Atavismen bekannt - anatomische Strukturen, die in bestimmten Organismen verloren gegangen sind, aber während der Embryonalentwicklung oder bei Erwachsenen als Variationen oder Anomalien auftreten können.
Obwohl Menschen normalerweise ein Drittel ihrer atavistischen Extremitätenmuskeln vor der Geburt verlieren, bleiben laut der Studie in seltenen Fällen ein oder zwei Muskeln durch den Schnitt bestehen und hängen bis ins Erwachsenenalter herum, sagte Diogo. Die verweilenden Muskeln bleiben oft unbemerkt, verursachen weder Probleme noch gewähren sie ihrem Besitzer superflinke Ziffern, scheinen jedoch bei Personen mit Entwicklungsverzögerungen, wie z. B. Personen mit Down-Syndrom oder Edwards-Syndrom, signifikant häufiger zu sein. Es kann sein, dass Menschen eher atavistische Muskeln behalten, wenn sie eine festgefahrene oder verzögerte Entwicklung im Mutterleib erleben, schlagen die Autoren vor.
Die Studie liefert den "ersten präzisen Atlas" der Entwicklung embryonaler Gliedmaßen beim Menschen, teilte Delphine Duprez, Entwicklungsbiologin am Institut für Biologie Paris-Seine, Live Science in einer E-Mail mit. Sie fügte jedoch hinzu, dass die Ergebnisse noch nicht verifiziert wurden und sich möglicherweise als schwierig zu bestätigen erweisen, da es "schwierig bleibt, die Muskelentwicklung in menschlichen Embryonen im Vergleich zu Tiermodellen zu untersuchen".
In der Hoffnung, die Embryonalforschung zu vereinfachen, bauen Chédotal und seine Labormitglieder ihre Bilddatenbank weiter auf. Jetzt können sie bis zu acht Gewebetypen gleichzeitig mit verschiedenen Antikörpern markieren, was bedeutet, dass sie zeigen können, wie Arterien, Nerven und Muskeln in der frühen menschlichen Entwicklung interagieren. Muskeln müssen an die Nerven angeschlossen und gut mit Blut versorgt sein, um zu überleben. Die detaillierten Daten könnten es Wissenschaftlern wie Diogo ermöglichen, genau zusammenzusetzen, wann, warum und wie Muskeln im Mutterleib verschwinden, sagte er.
Die wachsende Datenbank, die bereits für die öffentliche Nutzung verfügbar ist, wird schließlich so angepasst, dass sie mit der virtuellen Realität und anderen Plattformen kompatibel ist, die es Benutzern ermöglichen, mit 3D-Bildern zu interagieren, fügte Chédotal hinzu. Er hofft, dass sich die Datenbank für alle als nützlich erweisen wird, von anerkannten Forschern bis hin zu Medizinstudenten, die bisher die Entwicklung des Fötus anhand jahrzehntealter Illustrationen in Lehrbüchern untersucht haben, sagte er.
Diogo plant, Bilder aus der Datenbank zu verwenden, um zu untersuchen, wie sich der menschliche Kopf, die Arterien und die Nerven in der Gebärmutter entwickeln. Diogo enthüllte nicht nur neue Details der menschlichen Evolutionsgeschichte, sondern wollte Medizinern auch dabei helfen, genau vorherzusagen, was unter der Haut ihrer Patienten liegt. Wenn Forscher vorhersagen könnten, welche anatomischen Variationen bei einem bestimmten Patienten vorhanden sein könnten, könnten die Ärzte besser auf die Operation vorbereitet sein und im Allgemeinen eine überlegene Versorgung bieten.
