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Daniel Ekhart

• In der vorliegenden Arbeit soll der Ursprung der typischen Hirn-Gliederung bei Wirbeltieren (die sich auch beim Gehirn des Menschen findet) untersucht werden. Es wurde der Versuch gemacht, die evolutive Entwicklung des Wirbeltier-Gehirns bis zu einem sehr frühen Zeitpunkt zurückzuverfolgen. Zu diesem Zweck wurde das vordere (rostrale) Ende des Zentralnervensystems (ZNS) des adulten Lanzettfisches (Branchiostoma lanceolatum, B. lanceolatum), einem Verwandten der Wirbeltiere, mit verschiedenen histologischen Methoden (diverse Färbungen, Tracing, Rasterelektronenmikroskopie) untersucht. Mittels der gewonnenen Daten konnten die Zytoarchitektur und die topografischen Beziehungen der Zellgruppen in diesem Bereich beschrieben werden. Der histologische Aufbau des erwachsenen ZNS gab Hinweise darauf, wie sich einzelne Strukturen im larvalen ZNS durch die Metamorphose verändern. Embryonale Genexpressions-Muster, die bei Wirbeltieren bestimmte, morphologisch unterscheidbare Abschnitte des Gehirns charakterisieren, finden sich auch bei der Branchiostoma-Larve. Ihnen konnte ein charakteristisches Muster im histologischen Aufbau des ZNS bei erwachsenen Tieren zugeordnet werden. Die Unterteilung und die gefundenen Zellgruppen zeigen teilweise Gemeinsamkeiten zu Strukturen im Wirbeltier-Gehirn, eine direkte Homologisierung ist allerdings problematisch. Es wurde daher auf kladistischer Grundlage der Versuch gemacht, über eine Zusammenschau von Merkmalen das ancestrale ZNS des letzten gemeinsamen Vorfahren von Lanzettfischen und Wirbeltieren zu rekonstruieren.
• This thesis deals with the origin of the typical (multipartite) brain-organization of vertebrates (which can be found also in the brain of man). An attempt is made to trace back the evolutionary development of the vertebrate-brain to a very early stage. Towards this end, adult lancelets (Branchiostoma lancelatum, Chordata), close relatives of the vertebrates, were investigated. The anterior (rostral) part of their central nervous system (CNS) had, so far, not received special attention and was regarded as a quite uniform region - at least in adults. Using various histological methods (different stainings, tracing-methods for the identification of neurons with descending supraspinal projections and electron-microscopy), the present study delivers a description of the cytoarchitecture, a determination of the location of neurons with descending supraspinal projections and a detailed description of the topographical relationships of structures in the anterior CNS and its surroundings. These new data - which show that the anterior CNS of adults is not uniform - were compared to already published data on the expression patterns of sets of regulatory genes in the CNS of larval lancelets. These genes, which regionalize the neural tube of vertebrates, also occur in the larval CNS of lancelets and (some) of their expression patterns match well with the compartimentalization of the CNS observed in adult lancelets in the present study. Nevertheless, there are huge structural and topographical differences between the anterior CNS of lancelets and vertebrates and a direct homologization, based solely on gene expression patterns, is problematical. Many different kinds of characters need to be taken into account. Therefore, using the cladistic rationale and also including data from tunicates (ascidians, another group of chordates), an attempt was made to reconstruct the anatomy of the anterior CNS of the last common ancestor of lancelets and vertebrates based on a comparison of many characters.