Basiswissen

Der Fadenwurm Caenorhabditis elegans ist sehr kleines vielzelliges Tier (Metazoon) mit nur wenigen Zellen. An ihm können Biologen sehr gut die Wirkung verschiedener Zellen und Gene studieren. Der lateinische Name heißt übersetzt so viel wie eleganter neuer Stab. Hier stehen einige Fakten zu dem Tierchen.

Bildbeschreibung und Urheberrecht — Dieser Wurm hat als erwachsenes Männchen immer genau 1031 Zellkerne und 385 Nervenzellen: ein idealer Modellorganismus für biologische Untersuchungen. © Tormikotkas ☛

Caenorhabditis elegans in Zahlen

Länge: etwa 1 👉 Millimeter

Durchmesser: etwa 65 👉 Mikrometer

Anzahl der Nervenzellen bei Männchen: 385 👉 Neuron[en]

Jeder erwachsene Hermaphrodit besitzt immer genau 959 somatische Zellkerne

Jedes erwachsene Männchen besitzt immer genau 1031 somatische Zellkerne.

Lebensraum

C. elegans lebt typischerweise im Boden gemäßigter Klimazonen, also zum Beispiel auch in Mitteleuropa. Die optimale Temperatur liegt zwischen 4 °C und 30 °C. Das Tier ernährt sich von Bakterien, die wiederum totes organisches Material abbauen. Fadenwürmer an sich sind sehr widerstandsfähig gegenüber Säure, Salze, Kälte oder Hitze. So kommen sie beispielsweise in den Weißdünen an der deutschen Nordseeküste vor. Eine sehr große Anpassungsfähigkeit habe auch andere Arten der 👉 Fadenwürmer

Ein Modellorganismus für Vielzeller

In der Biologie ist ein Modellorganismus ein Art. Im Jahr 1998 war Caenorhabditis elegans das erste vielzellige Tier, dessen Gene völlig sequenziert waren. An den Würmern können viele Eigenschaften vielzelliger Tiere untersucht werden. Siehe auch 👉 Vielzeller

Ein Modellorganismus für neuronale Intelligenz

Beim Fressen finden sich oft viele Tiere der Art Caenorhabditis elegans zusammen. Sie bilden dann sogenannte Aggregate, im Englischen spricht man von einem social feeding. Hier konnte eine interdisziplinäre Forschung zeigen, dass die Ausprägung des Verhaltens von der Aktivität bestimmter Gene abhängt und in engem Zusammenhang steht mit dem Aufbau von Ionenkanälen in bestimmten Sinneszellen.^[1] An dem Verhalten sind auch arbeitsteilig organisierte Nervenzellen beteiligt^[1], was eine beginnende Gehirnbildung anzeigt. Die einfache Handhabbarkeit von Caenorhabditis elegans im Labor ermöglichst solche Studien ganz außerordentlich. Bemerkenswert ist, dass der Wurm eine Notwendigkeit zum Schlafen zeigt^[2]. Siehe auch 👉 neuronales Netz

Beginnende Zerebralisation

Als Zerebralisation, auf Deutsch so viel wie Gehirnbildung, bezeichnet man einzelne Schritte oder den ganzen Prozess einer Ausbildung eines Gehirns. Ein Indiz für eine Zerebralisation hin zu einem zentralen Nervensystem ist die räumliche Ballung von Neuronen (Nervenzellen). Genau das kann man bei Caenorhabditis elegans beobachten, zum Beispiel in Form einer Ausbildung von ringartigen Strukturen nahe am Kopf des Wurms. Diese sogenannten Neuropile erlauben eine räumliche Bündlung von Axonen und Dendriten von wiederum räumlich geballten Neuronen:

ZITAT:

"Das Neuropil ist eine grundlegende Art der Organisation von Gewebe in einem Gehirn. Eck gepackte Neuronen verbinden dort ihre Neuronen zu einer Kreisschaltung".^[3]

Die Axone sind dabei die Ausgänge der Neuronen, über die Axone senden Neuronen ihre Signale weiter an andere Neuronen. Dass die räumlich enge Ballung der Axone wichtig ist, wird vielleicht auch dadurch angezeigt, dass die Axone in einem Neuropil nicht mit einer Myelinschicht (Mark) isoliert sind^[4]. Diese Isolierung erhöht zwar die Geschwindigkeit der Signalübertragung, benötigt aber viel Raum. Das wiederum deutet darauf hin, dass die Geschwindigkeit, mit der die verschalteten Neuronen Signale untereinander austauschen können, eine vielleicht wichtige Rolle spielt. Neuropile sind ein wesentlicher Bestandteil der grauen Hirnsubstanz bei voll ausgeprägten Gehirnen sowie der sogenannten Ganglien bei wirbellosen Tieren^[4], etwa Caenorhabditis elegans.

Eine räumliche Ansammlung von Neuronen ist eines von mehreren Indizien einer Zerebralisation. Ein weiteres Indiz ist die funktionale Differenzierung, also eine Arbeitsteilung. Im Fadenwurm erledigen verschiedene Zellen auch verschiedene Aufgaben. die oben erwähnten Neuropile zum Beispiel verarbeiten Sinnesdaten und steuern damit Bewegungen des Wurms:

ZITAT:

"Die schichtenartige Architektur des Neuropils ist eine geometrische Darstellung der funktionellen Trennung von sensorischen Informationen und motorischen Ausgängen".^[5]

Man vermutet heute, dass wurmartige Lebensformen auch die Urahnen aller Wirbeltiere und damit auch des Menschen bildeten.^[6] Wo die neuronalen Strukturen heute lebender Würmer den erdgeschichtlich alten Vorfahren der Wirbeltiere ähneln, blicken wir vielleicht auch auf die frühe Form einer Gehirnbildung, die letzten Endes zu uns Menschen führt. Welch ein atemberaubender Gedanke!

Eine Gehirnbildung hat aber vielleicht nicht nur bei biologischen Lebewesen stattgefunden. Auch technische Gebilde wie Hochleistungsrechner oder Rechencluster) oder sogar geographisch fassbare soziale Strukturen wie Unternehmen, Städte oder ganze Regionen können ähnlichen Gesetzmäßigkeiten folgen. Dieser Gedanke ist Gegenstand des (spekulativen) Artikels zur 👉 Zerebralisation

Fußnoten

[1] Mario de Bono, David M. Tobin, M. Wayne Davis, Leon Avery, Cornelia I. Bargmann: Social feeding in Caenorhabditis elegans is induced by neurons that detect aversive stimuli. In: Nature. Band 419, Nr. 6910, 2002, S. 899–903, doi:10.1038/nature01169, PMC 3955269.

[2] Der kleine Wurm Caenorhabditis elegans mit nur etwa einer Länge von einem Millimeter zeigt alle 10 bis 16 Stunden eine Phase verminderter Aktivität von etwa 2 bis 4 Stunden. Stört man diese Ruheperioden, zeigen die Würmer einen starken Drang, diese später verstärkt nachzuholen. Bemerkenswert an diesem Wurm ist, dass die Schlafphase nicht durch äußere Umwelt bedingt zu sein scheint sondern ausschießlich eine inneren Uhr folgt. Das deutet darauf hin, dass Schlaf nicht nur unterschiedliche Umweltzustände wiedergibt, sondern eine organische, innere Ursache haben könnte. Die Befunde sind erklärt in: Ravi Allada, Jerome M. Siegel: Unearthing the Phylogenetic Roots of Sleep. In: Current Biology. Volume 18, Issue 15. 5 August 2008. Dort die Seiten R670-R679. Siehe auch 👉 Schlaf

[3] Eine beginnende Zerebralisation wird durch die Ausbildung ringartig verschalteter Neuronen mit speziellen Aufgaben angezeigt: "Neuropil is a fundamental form of tissue organization within the brain, in which densely packed neurons synaptically interconnect into precise circuit architecture." In: Moyle, M.W., Barnes, K. M., Kuchroo, M. et al.: Structural and developmental principles of neuropil assembly in C. elegans. Nature 591, 99–104 (2021). Online: https://doi.org/10.1038/s41586-020-03169-5

[4] Das Neuropil oder Neuropilem "besteht vor allem aus nichtmyelinisierten Axonen, Dendriten der benachbarten Zellen und Gliazellfortsätzen und wirkt mikroskopisch amorph bzw. filzig. Es dient der Verknüpfung der Zellen untereinander, die besonders im ZNS in hoher Anzahl vorhanden sind und einen sehr hohen Verknüpfungsgrad haben. Bei den Wirbeltieren bildet das Neuropil den größten Teil der grauen Substanz, bei wirbellosen Tieren den zentralen Teil der Ganglien." In: der Artikel "Neuropil". Wikpedia. Abgerufen am 10. April 2026. Online: https://de.wikipedia.org/wiki/Neuropil

[5] Zur Arbeitsteilung: "the stratified architecture of the neuropil is a geometrical representation of the functional segregation of sensory information and motor outputs, with specific sensory organs and muscle quadrants mapping onto particular neuropil strata." In: Moyle, M.W., Barnes, K. M., Kuchroo, M. et al.: Structural and developmental principles of neuropil assembly in C. elegans. Nature 591, 99–104 (2021). Online: https://doi.org/10.1038/s41586-020-03169-5

[6] Wurmähnliche Tiere als Urahnen der Wirbeltiere: "The chordates [Wirbeltiere] exhibit a unique body plan that evolved from a deuterostome ancestor some time before the Cambrian." Und dann als Schluss: "We conclude that “Man is but a worm…,” that our chordate ancestors were worm-like deposit and/or filter feeders with pharyngeal slits, and an anterior tripartite unsegmented neurosensory region.". In: Brown, F.D., Prendergast, A. and Swalla, B.J. (2008), Man is but a worm: Chordate origins. Genesis, 46: 605-613. Online: https://doi.org/10.1002/dvg.20471