Kein Tier kann ohne Sauerstoff leben. Um an diesen unverzichtbaren Stoff zu kommen, haben sie ganz unterschiedliche Strategien entwickelt, erklärt Jay Storz von der University of Nebraska in Lincoln:
"In verschiedenen Tiergruppen haben sich über evolutionäre Zeiträume hinweg unter anderem die Funktionsweisen der sauerstoffbindenden Proteine verändert, um sich den verschiedenen Lebensstilen anzupassen."
Wie also werden Muskeln effizient mit Sauerstoff versorgt? Dieser Frage ging Michael Berenbrink von der University of Liverpool unter anderem am Beispiel von Walen und Robben nach:
"Wie schaffen sie es, so lange zu tauchen? Es gibt Walarten, die nach einem einzigen Atemzug mehr als eine Stunde unter Wasser bleiben, während es selbst die besten menschlichen Freitaucher nur auf ein paar Minuten bringen. Wir haben untersucht, welche Rolle das Myoglobin dabei spielt - also das Protein, das Sauerstoff speichert und dem Fleisch seine rote Farbe verleiht. Bei Walen und andere Säugetieren, die tief tauchen, ist das Myoglobin in den Muskeln so dicht gepackt, dass sie richtig schwarz aussehen."
Aus dem Myoglobin ziehen die Tiere während ihrer Tauchgänge Sauerstoff. Eigentlich müssten die Muskeln jedoch aufgrund der hohen Konzentration an Myoglobin verkleben:
"Wir haben deshalb für mehr als 100 Arten die Oberfläche des Myoglobins bei tauchenden Säugetieren und ihren nahen Verwandten an Land verglichen. Bei allen Rekordtauchern war die elektrische Ladung an der Oberfläche der Proteine höher als bei ihren nicht tauchenden Verwandten. Diese Signatur konnten wir sogar bei den Bibern und Bisamratten nachweisen."
Anscheinend bewirkt diese erhöhte Ladung, dass die Proteine einander abstoßen - so wie zwei magnetische Nordpole, die man aneinander hält. Das verhindere das Zusammenkleben der Proteine, glaubt Michael Berenbrink:
"Wir haben diese Signatur eingesetzt, um den Stammbaum tauchender Säugetiere zu rekonstruieren und zu sehen, ob längst ausgestorbene Tiere gute Taucher waren oder nicht. Aufgrund unserer Analysen nehmen wir an, dass der wolfsgroße Pakicetus, der als einer der frühesten Ahnen der Wale vor 54 Millionen Jahren gelebt hat, vielleicht zwei Minuten lang tauchen konnte. 15 Millionen Jahre später brachte es der sechs Tonnen wiegende Basilosaurus auf 17 Minuten. Der längste gemessene Tauchgang eines modernen Pottwals beträgt 73 Minuten, der eines Schnabelwals beträgt 88."
Dabei haben die unterschiedlichen Säugetierarten, die sich ins Wasser begaben, die Mutationen, die die Ladung an der Oberfläche des Myoglobins anwachsen lassen, mehrfach und unabhängig voneinander entwickelt.
Mit Säugetieren, die sich an ein Leben im Hochgebirge angepasst haben, hat sich eine andere Forschergruppe um Jay Storz von der University of Nebraska in Lincoln beschäftigt. Genauer: mit Weißfußmäusen:
"Die Weißfußmäuse sind die wohl am weitesten verbreitetste Säugetierart Nordamerikas, und sie leben im Tiefland ebenso wie in 4300 Metern Höhe. Wir haben nun die Physiologie der Mäusepopulationen verglichen. Um mit dem niedrigen Sauerstoffgehalt in der Luft fertig zu werden, ist es vorteilhaft, wenn das Hämoglobin im Blut den Sauerstoff besonders gut binden kann. Und deshalb haben Weißfußmäuse, die im Gebirge leben, eine andere Version des Hämoglobins entwickelt als die im Tiefland."
Die Forscher konnten insgesamt zwölf Mutationen ausmachen, die für die Unterschiede in der Funktionsweise des Hämoglobins verantwortlich sind. Und erst das Zusammenspiel dieser zwölf Mutationen helfe den Bergmäusen, leichter zu atmen.
"In verschiedenen Tiergruppen haben sich über evolutionäre Zeiträume hinweg unter anderem die Funktionsweisen der sauerstoffbindenden Proteine verändert, um sich den verschiedenen Lebensstilen anzupassen."
Wie also werden Muskeln effizient mit Sauerstoff versorgt? Dieser Frage ging Michael Berenbrink von der University of Liverpool unter anderem am Beispiel von Walen und Robben nach:
"Wie schaffen sie es, so lange zu tauchen? Es gibt Walarten, die nach einem einzigen Atemzug mehr als eine Stunde unter Wasser bleiben, während es selbst die besten menschlichen Freitaucher nur auf ein paar Minuten bringen. Wir haben untersucht, welche Rolle das Myoglobin dabei spielt - also das Protein, das Sauerstoff speichert und dem Fleisch seine rote Farbe verleiht. Bei Walen und andere Säugetieren, die tief tauchen, ist das Myoglobin in den Muskeln so dicht gepackt, dass sie richtig schwarz aussehen."
Aus dem Myoglobin ziehen die Tiere während ihrer Tauchgänge Sauerstoff. Eigentlich müssten die Muskeln jedoch aufgrund der hohen Konzentration an Myoglobin verkleben:
"Wir haben deshalb für mehr als 100 Arten die Oberfläche des Myoglobins bei tauchenden Säugetieren und ihren nahen Verwandten an Land verglichen. Bei allen Rekordtauchern war die elektrische Ladung an der Oberfläche der Proteine höher als bei ihren nicht tauchenden Verwandten. Diese Signatur konnten wir sogar bei den Bibern und Bisamratten nachweisen."
Anscheinend bewirkt diese erhöhte Ladung, dass die Proteine einander abstoßen - so wie zwei magnetische Nordpole, die man aneinander hält. Das verhindere das Zusammenkleben der Proteine, glaubt Michael Berenbrink:
"Wir haben diese Signatur eingesetzt, um den Stammbaum tauchender Säugetiere zu rekonstruieren und zu sehen, ob längst ausgestorbene Tiere gute Taucher waren oder nicht. Aufgrund unserer Analysen nehmen wir an, dass der wolfsgroße Pakicetus, der als einer der frühesten Ahnen der Wale vor 54 Millionen Jahren gelebt hat, vielleicht zwei Minuten lang tauchen konnte. 15 Millionen Jahre später brachte es der sechs Tonnen wiegende Basilosaurus auf 17 Minuten. Der längste gemessene Tauchgang eines modernen Pottwals beträgt 73 Minuten, der eines Schnabelwals beträgt 88."
Dabei haben die unterschiedlichen Säugetierarten, die sich ins Wasser begaben, die Mutationen, die die Ladung an der Oberfläche des Myoglobins anwachsen lassen, mehrfach und unabhängig voneinander entwickelt.
Mit Säugetieren, die sich an ein Leben im Hochgebirge angepasst haben, hat sich eine andere Forschergruppe um Jay Storz von der University of Nebraska in Lincoln beschäftigt. Genauer: mit Weißfußmäusen:
"Die Weißfußmäuse sind die wohl am weitesten verbreitetste Säugetierart Nordamerikas, und sie leben im Tiefland ebenso wie in 4300 Metern Höhe. Wir haben nun die Physiologie der Mäusepopulationen verglichen. Um mit dem niedrigen Sauerstoffgehalt in der Luft fertig zu werden, ist es vorteilhaft, wenn das Hämoglobin im Blut den Sauerstoff besonders gut binden kann. Und deshalb haben Weißfußmäuse, die im Gebirge leben, eine andere Version des Hämoglobins entwickelt als die im Tiefland."
Die Forscher konnten insgesamt zwölf Mutationen ausmachen, die für die Unterschiede in der Funktionsweise des Hämoglobins verantwortlich sind. Und erst das Zusammenspiel dieser zwölf Mutationen helfe den Bergmäusen, leichter zu atmen.