Ein Otter schwimmt unter Wasser im Detroit, Michigan Zoo (Ellen Meiselman via Flickr/Creative Commons)
Besondere Eigenschaften eines sauerstoffbindenden Proteins in den Muskeln von Meeressäugern wie Robben, Walen und Delfinen sind laut einer neuen Studie der Grund dafür, dass diese Tiere ihren Atem über lange Zeiträume unter Wasser anhalten können.
Viele dieser Tauchsäugetiere können unter Wasser über eine Stunde lang die Luft anhalten, während Säugetiere an Land, wie z. B. der Mensch, dies höchstens einige Minuten lang können.
Wissenschaftler der Universität Liverpool, die die Studie leiteten, konnten ein einzigartiges molekulares Merkmal von Myoglobin, einem eisen- und sauerstoffbindenden Protein, das bei Pottwalen und anderen tauchenden Säugetieren gefunden wird, identifizieren. Bis zu dieser Entdeckung war nur sehr wenig darüber bekannt, wie das Molekül in den tauchenden Meeressäugern angepasst ist.
Die Forscher fanden in Zusammenarbeit mit der University of Manitoba und der University of Alaska eine hohe Konzentration von Myoglobin, der Substanz, die Fleisch rot aussehen lässt, in den Muskeln der Tauchsäuger. Die Menge war sogar so hoch, dass der Muskel fast schwarz aussah.
Monachus schauinslandi (Hawaiianische Mönchsrobbe) unter Wasser am Five Fathom Pinnacle, Hawaii. (Kent Backman via Wikimedia Commons)
Diese Entdeckung ermöglichte es den Wissenschaftlern, die Entwicklung nachzuvollziehen, wie die Muskeln von mehr als 100 Säugetierarten, einschließlich fossiler Überreste ihrer alten Vorgänger, Sauerstoff speichern konnten.
„Wir haben die elektrische Ladung auf der Oberfläche von Myoglobin untersucht und festgestellt, dass sie bei Säugetieren, die lange unter Wasser tauchen können, erhöht ist“, so Dr. Michael Berenbrink von der Universität Liverpool, der das internationale Wissenschaftlerteam leitete. „Wir waren überrascht, als wir dieselbe molekulare Signatur bei Walen und Robben, aber auch bei semiaquatischen Bibern, Bisamratten und sogar Wasserspitzmäusen fanden.“
Die Kartierung der einzigartigen molekularen Signatur von Myoglobin im gesamten Stammbaum der Säugetiere ermöglichte es den Wissenschaftlern, die muskulären Sauerstoffspeicher der ausgestorbenen Vorfahren der heutigen tauchenden Säugetiere nachzubilden. Das Team konnte dann den ersten Beweis für einen gemeinsamen amphibischen Vorfahren der modernen Seekühe, Hyraxe und Elefanten finden, der vor 65 Millionen Jahren in flachen afrikanischen Gewässern lebte.
Während Meeressäuger wie Robben, Delfine und Wale lange Zeit unter Wasser bleiben können, ist dies beim Menschen nur für etwa eine Minute möglich. (gadgetboy32 via Flickr/Creative Commons)
„Unsere Studie deutet darauf hin, dass die erhöhte elektrische Ladung von Myoglobin bei Säugetieren, die hohe Konzentrationen dieses Proteins aufweisen, zu einer elektrischen Abstoßung führt, wie bei ähnlichen Polen zweier Magneten“, sagte Dr. Scott Mirceta, ein Mitglied des Forschungsteams. „Dies sollte verhindern, dass die Proteine zusammenkleben und viel höhere Konzentrationen des sauerstoffspeichernden Myoglobins in den Muskeln dieser Taucher ermöglichen.“
Die Studien der Forscher könnten Aufschluss über eine Reihe menschlicher Krankheiten wie Alzheimer und Diabetes geben und auch bei der Entwicklung von künstlichem Blutersatz helfen.
„Diese Entdeckung verdeutlicht die Stärke der Kombination von molekularen, physiologischen und evolutionären Ansätzen für biologische Probleme und ermöglicht es uns zum ersten Mal, ‚Fleisch‘ auf die Knochen dieser längst ausgestorbenen Taucher zu legen“, so Berenbrink.
Sehen Sie sich ein Video zu dieser Entdeckung an (University of Liverpool/BBSRC)