Die meisten Schnecken besitzen ein rechtsgewundenes Gehäuse. Bei einigen Arten kommen jedoch auch Tiere vor, deren Schneckenhäuser spiegelverkehrt nach links gewunden sind. Wissenschaftler der University of Nottingham und der japanischen Tohoku University haben nun eine genetische Ursache dieser unterschiedlichen Drehrichtungen identifiziert. Bereits kleine Veränderungen in einem bestimmten Myosin-Gen können darüber entscheiden, wie sich ein Schneckenkörper entwickelt. Besonders bemerkenswert ist, dass beide Varianten vollkommen lebensfähige Tiere hervorbringen, obwohl ihre Körper spiegelbildlich organisiert sind.
Die Richtung einer Schneckenspirale erscheint zunächst wie ein unbedeutendes Detail der äußeren Körperform. Tatsächlich hängt sie jedoch mit einer grundlegenden Eigenschaft tierischer Lebewesen zusammen: der Links-rechts-Asymmetrie. Obwohl zahlreiche Tiere auf den ersten Blick weitgehend symmetrisch aufgebaut sind, unterscheiden sich die beiden Körperseiten bei genauer Betrachtung erheblich. Beim Menschen befindet sich beispielsweise das Herz überwiegend auf der linken Körperseite, während die Leber größtenteils rechts liegt.
Wie diese feste räumliche Orientierung während der frühen Entwicklung entsteht, beschäftigt Entwicklungsbiologen seit Langem. Schnecken bieten dafür ein besonders geeignetes Untersuchungsmodell, weil bei manchen Arten beide spiegelbildlichen Körperformen natürlich vorkommen. Ein internationales Forschungsteam hat nun anhand japanischer Landschnecken untersucht, welche genetischen Unterschiede darüber entscheiden, ob ihre Gehäuse nach links oder rechts gewunden sind.
Im Mittelpunkt der Untersuchung im Fachjournal Current Biology standen japanische Landschnecken der Gattung Euhadra. Die Forscher analysierten natürliche Populationen, in denen Tiere mit links- und rechtsgewundenen Gehäusen vorkommen. Mithilfe genetischer Vergleiche konnten sie einen Zusammenhang zwischen der Drehrichtung und unterschiedlichen Varianten eines Gens nachweisen, das ein Protein aus der Familie der Myosine herstellt.
Myosin ist vor allem als Bestandteil des Bewegungsapparats bekannt. Bestimmte Myosine ermöglichen gemeinsam mit dem Protein Aktin beispielsweise die Kontraktion von Muskelzellen. Die große Proteinfamilie erfüllt jedoch noch zahlreiche weitere Aufgaben. Einige Varianten sind an Transportvorgängen innerhalb von Zellen beteiligt und beeinflussen, wie sich Zellbestandteile bewegen oder die räumliche Form einer Zelle verändert.
Das bei den japanischen Schnecken identifizierte Gen codiert ein ungewöhnliches Myosin der Gruppe I a/b. Diese Variante war zuvor nicht als entscheidender Faktor bei der Festlegung der tierischen Links-rechts-Asymmetrie bekannt. Die Wissenschaftler fanden Hinweise darauf, dass bestimmte Veränderungen innerhalb des Motorbereichs des Proteins beeinflussen, wie Myosin mit Aktin zusammenarbeitet. Dadurch könnte sich verändern, in welche Richtung frühe embryonale Zellen ihre innere Struktur verdrehen.
Der entscheidende Unterschied entsteht demnach nicht erst beim Wachstum des sichtbaren Gehäuses. Vielmehr wird die spätere Drehrichtung bereits in einem sehr frühen Stadium der Embryonalentwicklung vorbereitet. Aus einer zunächst winzigen molekularen Veränderung entwickelt sich schließlich eine spiegelbildlich organisierte Körperform.
Die Form eines tierischen Körpers entsteht durch das koordinierte Wachstum und die Bewegung zahlreicher Zellen. Dabei müssen die Zellen ihre Position zueinander verändern und eine bestimmte räumliche Orientierung einnehmen. Eine wichtige Rolle spielt das Zellgerüst, ein Netzwerk aus Proteinfasern, das unter anderem aus Aktin besteht. Dieses Gerüst verleiht Zellen Stabilität und ermöglicht gleichzeitig gezielte Veränderungen ihrer Form.
Myosine können Kräfte auf dieses Netzwerk ausüben. Schon geringfügige Unterschiede in ihrer Arbeitsweise könnten deshalb dazu führen, dass Zellen bei der frühen Teilung eine bevorzugte Drehrichtung entwickeln. Bei Schnecken sind solche asymmetrischen Zellbewegungen besonders gut zu beobachten. Die zunächst kleinen Unterschiede können sich auf nachfolgende Zellteilungen auswirken und damit die spätere räumliche Organisation des gesamten Körpers beeinflussen.
Für diese Eigenschaft verwenden Wissenschaftler den Begriff Chiralität. Er beschreibt Strukturen, die sich wie eine linke und eine rechte Hand zueinander verhalten. Beide besitzen vergleichbare Bestandteile, lassen sich aber nicht durch einfaches Drehen vollständig zur Deckung bringen. Das Prinzip findet sich nicht nur bei Schneckenhäusern, sondern auch bei zahlreichen Molekülen und biologischen Strukturen.
Die neuen Ergebnisse verbinden diese beiden Ebenen miteinander. Sie zeigen, dass die unterschiedliche Chiralität ganzer Tiere mit Varianten eines Proteins zusammenhängen kann, das bereits bei der Organisation einzelner Zellen mitwirkt. Allerdings ist der genaue mechanische Ablauf zwischen den veränderten Myosin-Eigenschaften und der endgültigen Gehäuseform noch nicht vollständig aufgeklärt. Die genetischen Analysen liefern wichtige Hinweise auf die beteiligten Prozesse, aber noch keine lückenlose Beschreibung sämtlicher Entwicklungsschritte.
Besonders interessant ist der Vergleich zwischen den japanischen Euhadra-Schnecken und anderen Arten, bei denen die Drehrichtung bereits früher untersucht wurde. Bei der europäischen Spitzschlammschnecke Lymnaea stagnalis war zuvor ein anderes Gen namens Lsdia1 identifiziert worden, das an der Festlegung der Gehäusewindung beteiligt ist. Es codiert ein Protein aus der Gruppe der Formine, die ebenfalls die Organisation von Aktinfasern beeinflussen.
Bestimmte Veränderungen dieses Gens können dazu führen, dass normalerweise rechtsgewundene Schnecken linksgewundene Nachkommen hervorbringen. In dem von den Forschern untersuchten Vergleichsmodell waren solche genetischen Veränderungen jedoch mit erheblichen Störungen der normalen Entwicklung verbunden. Damit war lange unklar, ob eine natürlich vorkommende spiegelbildliche Körperform auch ohne entsprechende Nachteile entstehen kann.
Die japanischen Euhadra-Schnecken liefern nun ein anderes Beispiel. Bei ihnen kommen beide Varianten unter natürlichen Bedingungen vor. Die Wissenschaftler fanden keine Hinweise darauf, dass eine der beiden Drehrichtungen grundsätzlich mit krankhaften Veränderungen oder Entwicklungsstörungen verbunden ist. Auch Untersuchungen der Genaktivität in sehr frühen Embryonen zeigten nur geringe Unterschiede zwischen den beiden Formen.
Damit wird deutlich, dass eine Änderung der Körperasymmetrie nicht zwangsläufig den gesamten Entwicklungsprozess durcheinanderbringen muss. Offenbar kann das biologische System unter bestimmten Bedingungen eine umgekehrte Orientierung erzeugen und dennoch einen gesunden, funktionsfähigen Organismus hervorbringen. Das eröffnet einen neuen Zugang zu der Frage, wie flexibel grundlegende Entwicklungsmechanismen im Verlauf der Evolution sein können.
Für viele Schneckenarten hat die Drehrichtung des Gehäuses unmittelbare Folgen für die Fortpflanzung. Die Körper der Tiere sind nicht nur äußerlich spiegelbildlich aufgebaut. Auch die Position ihrer Fortpflanzungsorgane hängt häufig mit der Gehäusewindung zusammen. Treffen zwei Schnecken mit entgegengesetzter Chiralität aufeinander, kann die körperliche Ausrichtung eine erfolgreiche Paarung erheblich erschweren.
In einem abgelegenen japanischen Gebirgstal fanden die Wissenschaftler jedoch Populationen, in denen links- und rechtsgewundene Euhadra-Schnecken miteinander leben und sich auch untereinander fortpflanzen können. Die beiden Formen tauschen dadurch Erbinformation aus, obwohl ihre Körper unterschiedlich orientiert sind. Für die genetische Untersuchung war diese Besonderheit entscheidend, weil sich die Varianten innerhalb eines zusammenhängenden natürlichen Systems vergleichen ließen.
Die Forscher konnten dadurch untersuchen, welche genetischen Unterschiede tatsächlich mit der Drehrichtung zusammenhängen, ohne die Ergebnisse auf weit voneinander entfernte Arten übertragen zu müssen. Die gefundenen Myosin-Varianten erwiesen sich dabei nicht als kürzlich entstandene Einzelmutationen. Vielmehr handelt es sich um alte genetische Varianten, die offenbar über längere evolutionäre Zeiträume erhalten geblieben sind.
Für die linksgewundene Form fanden sich außerdem Hinweise auf natürliche Selektion. Das bedeutet, dass ihre genetischen Merkmale im Verlauf der Evolution nicht ausschließlich durch Zufall beeinflusst worden sein dürften. Welche konkreten Vorteile die jeweilige Windungsrichtung unter bestimmten Umweltbedingungen bietet, ist damit allerdings noch nicht vollständig geklärt.
Die unterschiedliche Drehrichtung von Schneckenhäusern kann mehr bewirken als eine äußerliche Veränderung. Wenn links- und rechtsgewundene Tiere Schwierigkeiten haben, sich miteinander zu paaren, kann sich der genetische Austausch zwischen Populationen verringern. Über längere Zeiträume könnte eine solche Trennung dazu beitragen, dass sich neue Arten entwickeln.
Umgekehrt zeigen die japanischen Euhadra-Schnecken, dass eine unterschiedliche Körperasymmetrie nicht zwangsläufig eine vollständige Fortpflanzungsbarriere darstellen muss. Wenn sich die Tiere trotz spiegelbildlicher Körperform erfolgreich paaren können, bleibt ein genetischer Austausch möglich. Das macht die untersuchten Populationen zu einem besonderen Modell für die Erforschung der Artbildung.
Auch die molekulare Grundlage ist für die Evolution interessant. Die Ergebnisse zeigen, dass verschiedene Proteine des Zellgerüsts zur Festlegung der Links-rechts-Asymmetrie beitragen können. Während bei einigen Schnecken ein Formin-Gen eine zentrale Rolle spielt, haben die Wissenschaftler bei Euhadra eine bestimmte Myosin-Variante identifiziert. Die räumliche Orientierung eines Körpers kann demnach durch unterschiedliche molekulare Mechanismen beeinflusst werden.
Die Forscher vermuten, dass die Veränderungen im Myosin-Protein durch eine Phase abgeschwächter evolutionärer Einschränkungen ermöglicht wurden. Unter solchen Bedingungen können genetische Varianten erhalten bleiben, die bei stärkerem Selektionsdruck möglicherweise verschwinden würden. Diese Interpretation beruht auf genetischen Vergleichen und Strukturmodellen, nicht auf einer vollständigen experimentellen Rekonstruktion der früheren Evolution.
Die Untersuchung könnte auch das allgemeine Verständnis der Körperentwicklung anderer Tiere verbessern. Bei Wirbeltieren werden die linke und rechte Körperseite durch ein komplexes Zusammenspiel mechanischer und molekularer Vorgänge festgelegt. Bestimmte Signalwege sorgen anschließend dafür, dass innere Organe ihre typische Position erhalten. Störungen dieser Prozesse können dazu führen, dass Organe spiegelbildlich angeordnet sind oder sich fehlerhaft entwickeln.
Das bedeutet allerdings nicht, dass das neu untersuchte Myosin-Gen bei Menschen unmittelbar dieselbe Aufgabe erfüllt. Die Ergebnisse stammen aus Untersuchungen an japanischen Landschnecken und lassen sich nicht ohne weitere Experimente auf den Menschen übertragen. Ihr wissenschaftlicher Wert liegt vor allem darin, einen natürlichen genetischen Unterschied sichtbar zu machen, der die räumliche Orientierung eines vollständigen Tieres beeinflusst.
Die Forscher können damit gezielter untersuchen, wie aus Bewegungen und Kräften innerhalb einzelner Zellen eine dauerhafte Körperasymmetrie entsteht. Besonders aufschlussreich könnte der Vergleich verschiedener Tiergruppen sein, deren Entwicklung auf ähnlichen Bestandteilen des Zellgerüsts beruht, die jedoch unterschiedliche Mechanismen zur Festlegung ihrer Körperseiten verwenden.
Die gegensätzlichen Spiralen japanischer Schnecken zeigen damit ein grundlegendes Prinzip der Entwicklungsbiologie. Bereits kleine Veränderungen an einem einzelnen Protein können die räumliche Organisation eines ganzen Körpers beeinflussen, ohne seine Lebensfähigkeit grundsätzlich zu beeinträchtigen. Wie aus solchen molekularen Unterschieden schließlich die komplexen Baupläne unterschiedlicher Tierarten entstehen, bleibt eine wichtige Frage für die weitere Forschung.
Current Biology, An ancient polymorphism in myosin I a/b determines chiral variation in Japanese Euhadra snails; doi:10.1016/j.cub.2026.09.059
