Geheimnis tierischer Tauchkünstler gelüftet

Was macht einige Säugetiere zu so guten Tauchern? Immerhin können einige Meeressäuger mehr als eine Stunde unter Wasser bleiben ohne zu atmen. Wie sich jetzt zeigt, ist ihr wichtigster Helfer dabei ein sauerstoffbindendes Protein im Muskel, das Myoglobin. Die tierischen Tauchkünstler besitzen eine spezielle Form davon und davon zudem besonders viel. Das hat ein internationales Forscherteam herausgefunden. Ihre in „Science“ veröffentlichte Studie enthüllt zudem, dass einige Landtiere ebenfalls das spezielle „Taucher-Myoglobin“ in sich tragen – und warum.

Ein Mensch kann maximal einige Minuten unter Wasser bleiben ohne zu atmen. Tierische Tauchkünstler wie die Pottwale halten es dagegen problemlos mehr als eine Stunde in der Tiefe aus. Denn ihre Muskeln können weitaus mehr Sauerstoff speichern als die des Menschen und der meisten landlebenden Tiere. „Die Fähigkeit, lange ohne zu atmen auszukommen, hat es zahlreichen Säugetieren ermöglicht, neue ökologische Nischen zu erobern“, erklären Scott Mirceta von der University of Liverpool und seine Kollegen. Durch die Anpassung an ein Leben im Wasser konnten sich Robben, Wale, Seekühe und andere Säuger unter anderem neue Nahrungsquellen erschließen und ihren Fressfeinden ausweichen – indem sie buchstäblich abtauchen.

Je dunkler das Fleisch, desto höher der Myoglobinwert

Aus zahlreichen Studien ist bereits bekannt, dass die Muskeln der meisten Meeressäuger besonders viel Myoglobin enthalten und daher viel Sauerstoff speichern können. Bei Walen beispielsweise ist dies an der Farbe des Fleisches erkennbar: Das dunkelrot gefärbte Myoglobin ist darin so konzentriert, dass das Fleisch fast schwarz erscheint. Mirceta und seine Kollegen haben nun zunächst untersucht, ob die „Supertaucher“ unter den Säugern sich nicht nur in der Menge, sondern möglicherweise auch in der Beschaffenheit ihres Myoglobins von denen weniger wasseraffiner Säugetiere unterscheiden.

Je dunkler die Fleischfarbe, desto mehr Myoglobin enthält es © J. Burns

Und tatsächlich wurden sie fündig: Die Oberfläche dieser Proteine ist bei gut tauchenden Säugetieren stärker elektrisch geladen. „Dadurch stoßen sich die einzelnen, dicht gepackten Molekül gegenseitig ab, wie die gleichen Pole zweier Magneten“, erklärt Mirceta. Dieser Effekt verhindere, dass das hoch konzentrierte Myoglobin zusammenklumpe – was normalerweise leicht geschehe. Wale und andere Meeressäuger können dadurch besonders viel Sauerstoff in ihren Muskeln speichern.

Suche nach dem Taucher-Myoglobin

Neugierig geworden, verglichen die Forscher als nächstes die maximalen Tauchzeiten, den Myoglobinwert und die Fähigkeit, Sauerstoff im Muskel zu speichern bei zahlreichen heute lebenden Säugetieren. Die Spanne reichte dabei von Landbewohnern wie dem Elch bis zu Supertauchern wie dem Pottwal, von winzigen Wasserspitzmäusen bis zum 80 Tonnen schweren Blauwal.

„Wir waren überrascht, als wir gleiche Myoglobin-Signatur nicht nur bei Walen und Robben fanden, sondern auch bei den nur semiaquatisch lebenden Bibern, Bisamratten und Wasserspitzmäusen“, berichtet Studienleiter Michael Berenbrink von der University of Liverpool. Es gebe demnach einen engen Zusammenhang zwischen diesem Myoglobin-Merkmal und dem Leben im Wasser.

Klappmützen, eine Robbenart, besitzen die höchsten bekannten Myoglobin-Werte der Säugetiere. Sie können gut 50 Minuten unter Wasser bleiben. © J. Burns

Elefant hatte wasserlebende Vorfahren

Zusätzlich verglichen die Forscher die Myoglobin-Gene bei 128 heute lebenden Säugetieren und zwei ausgestorbenen: einer Seekuh und dem Wollmammut. „Indem wir diese molekulare Signatur dann mit dem Stammbaum der Säugetiere in Verbindung brachten, konnten wir rekonstruieren, ob und wie gut die Vorfahren heutiger Säuger tauchen konnten“, erklärt Berenbrink. Diese Rekonstruktion legt beispielsweise nahe, dass die Maulwürfe sich aus einem Vorfahren entwickelten, der zumindest halbaquatisch lebte. Denn im Gegensatz zu anderen Höhlenbewohnern wie Erdferkeln oder Nacktmullen besitzen auch sie das tauchertypische, stärker geladene Myoglobin.

„Wir konnten auf diese Weise sogar erstmals belegen, dass Seekühe, Schliefer und Elefanten tatsächlich auf einen gemeinsamen, wasserlebenden Vorfahren zurückgehen“, so der Forscher. Dieser Vorfahre lebte vermutlich vor rund 65 Millionen Jahren in den flachen Gewässern Afrikas und könnte damit sogar der erste Vertreter der Landsäugetiere gewesen sein, der wieder ins Wasser zurückkehrte.

Nach Ansicht der Wissenschaftler könnten die neuen Erkenntnisse auch dazu beitragen, das Wissen um die Lebensweise vieler ausgestorbener Tierarten zu erweitern. Zumindest einige der bisher als streng landlebend geltenden Urzeit-Säuger könnten demnach in Wirklichkeit zumindest teilweise im Wasser gelebt haben. „Die Funde illustrieren aber auch die Vorteile, die es hat, wenn man molekulare, physiologische und paläontologische Methoden kombiniert, um der Biologie urzeitlicher Tiere auf die Spur zu kommen“, so Berenbrink. (Science, 2013; doi: 10.1126/science.1234192 )

(Science, 17.06.2013 – NPO)