Tübingen. Der Zebrafisch verdankt seinen Namen einem auffallenden Muster von blauen und goldenen Längsstreifen. Wie das entsteht, hat jetzt eine Arbeitsgruppe der deutschen Medizin-Nobelpreisträgerin von 1995 Christiane Nüsslein-Volhard, Direktorin am Max-Planck-Institut für Entwicklungsbiologie in Tübingen, geklärt.

Demnach tauchen drei Typen von Pigmentzellen - schwarze, silbern reflektierende und gelbe - während des Wachstums in der Haut von jungen Fischen auf und ordnen sich in einem mehrschichtigen Mosaik an. Daraus ergibt sich das namensgebende Farbmuster. Bisher wusste man, dass alle drei Pigmentzelltypen miteinander wechselwirken müssen, um ordentliche Streifen zu entwickeln. Die Herkunft der Zellen im Embryo, die dann später das Muster des erwachsenen Fisches bilden, blieb jedoch ein Rätsel.

Die Tübinger Experten haben jedenfalls jetzt geklärt, wo diese Zellen im Rahmen der Embryonalentwicklung der Fische entstehen und wie sie das Zebra-Muster bilden. Ihre Ergebnisse könnten zum Verständnis der Entwicklung und Evolution der großen Vielfalt an schönen Farbmustern bei Tieren beitragen. Zebrafische (Danio rerio) sind seit vielen Jahren Forschungsobjekte von Christiane Nüsslein-Volhard. Die neuen Resultate, jetzt im US-Journal "Science" veröffentlicht, ergänzen eine erst im Juni 2014 in "Nature Cell Biology" publizierte Studie aus dem gleichen Labor.

Beide Studien beschreiben langwierige Experimente, um die zellulären Vorgänge während der Streifenbildung zu erfassen. Einzelne junge Fische, die mit fluoreszierenden Farbstoffen markierte Pigmentzellvorläufer in sich tragen, wurden bis zu drei Wochen lang täglich mikroskopiert. So ließen sich die Vermehrung, Wanderung und Ausbreitung einzelner Zellen und ihrer Vorläufer während des ganzen Musterbildungsprozesses im lebenden und wachsenden Tier verfolgen.

Die Analyse hat überraschend gezeigt, dass die drei Pigmentzelltypen auf vollkommen unterschiedlichen Wegen in die Haut der Tiere gelangen: Die gelben Zellen bedecken zunächst die Haut der Fisch-Embryos und beginnen sich zu teilen, wenn sich die Larve zum Fisch entwickelt. Dagegen werden die schwarzen und silbernen Zellen von Stammzellen in Nervenknoten des äußeren Nervensystems gebildet, die am Rückenmark liegen. Die schwarzen Zellen gelangen entlang von Nerven in die Haut, wo sie in der zukünftigen Streifenregion auftauchen. Die silbernen Zellen dagegen durchdringen den Längsschlitz, der die seitlichen Muskelpakete der Fische trennt, vermehren und breiten sich dann in der Haut aus. Dabei liegen die silbernen und schwarzen Pigmentzellen in tieferen Hautschichten als die gelben.

Interessanterweise verändern dabei sowohl silberne als auch gelbe Zellen ihre Form und Färbung, je nachdem, mit welchen anderen Pigmentzellen sie in Kontakt treten. Schließlich kommt durch die Anordnung und Überlagerung der verschiedenen Zellen eine Abfolge von hellen und dunklen Streifen zustande. Die präzise Überlagerung der kompakten silbernen und gelben Zellen in den hellen Streifen und deren loses Netzwerk über den schwarzen Zellen des dunklen Streifens bewirken den scharfen Kontrast zwischen der blauen und goldenen Farbe des Musters.