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Forschung an langlebigen Fischen Alte Unterwasserclowns

| Autor / Redakteur: Dr. Kerstin Wagner* / Christian Lüttmann

Das Geheimnis eines langen Lebens steht im Zentrum vieler Studien. Modellorganismen helfen dabei, grundlegende Mechanismen im Alterungsprozess zu verstehen. Aufgrund ihrer hohen Lebenserwartung könnten sich Clownfische für solche Untersuchungen besonders gut eignen, wie Forscher aus Jena nun berichten.

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Clownfische werden vergleichsweise alt und eignen sich damit als Tiermodell für die Altersforschung.
Clownfische werden vergleichsweise alt und eignen sich damit als Tiermodell für die Altersforschung.
(Bild: gemeinfrei, weilun523 / Pixabay )

Jena – Clownfische können im Aquarium über 20 Jahre alt werden. Forscher der Scuola Normale Superiore in Pisa, Italien, haben in Zusammenarbeit mit dem Leibniz-Institut für Alternsforschung - Fritz-Lipmann-Institut (FLI) in Jena die genetischen Grundlagen der Langlebigkeit von Clownfischen untersucht. Mit der Sequenzierung des Genoms und durch Sequenzvergleiche mit anderen Spezies konnten sie nachweisen, dass das Geheimnis der Langlebigkeit in den Mitochondrien und Lysosomen der Clownfische liegt. Durch die einfache Haltung und Züchtung könnten Clownfische daher ein neues interessantes Tiermodell zur Erforschung der Langlebigkeit sein.

Symbiose mit Seeanemonen

Spätestens seit dem Animationsfilm „Findet Nemo“ ist der Clownfisch, der im westlichen Pazifik und Indischen Ozean vorkommt, weltbekannt. Clownfische leben in Korallenriffen und gehören zur Gattung der Anemonenfische (Amphiprion). Da sie selbst keine guten Schwimmer sind, leben sie in enger Symbiose mit Seeanemonen, die ihnen Schutz vor Raubfischen bieten. Bei Gefahr können sie sich blitzschnell in den giftigen Tentakeln der Tiere verstecken. Sie selbst sind durch eine Schleimschicht vor dem für andere Fischarten tödlichen Gift der Seeanemonen geschützt.

Durch diese Überlebensstrategie haben Clownfische gegenüber anderen Riffbewohnern eine geringere Sterblichkeitsrate und können relativ alt werden. Wie alt, das haben nun Forscher der Scuola Normale Superiore (SNS) im italienischen Pisa untersucht.

Auch im Alter noch sexuell aktiv

Zusammen mit dem Jenaer Leibniz-Institut für Alternsforschung - Fritz-Lipmann-Institut (FLI) haben die italienischen Forscher eine Umfrage zur Lebensspanne von Clownfischen durchgeführt. „Da bisher wenig über das Alter von Clownfischen in Symbiose mit Seeanemonen bekannt ist, haben wir öffentliche Aquarien in Europa zum Alter der dort am längsten lebenden Clownfische befragt“, sagt Prof. Alessandro Cellerino von der SNS in Pisa und assoziierter Gruppenleiter am FLI in Jena. Die Umfrage ergab, dass die ältesten Exemplare des Falschen Clownfisches (Amphiprion ocellaris) über 20 Jahre alt waren. Darüber hinaus berichtete man, dass die Fische trotz ihres hohen Alters immer noch in der Lage sind, sich regelmäßig fortzupflanzen. Ein Indiz dafür, dass sie trotz ihres hohen Alters noch fit und weit entfernt von ihrem natürlichen Lebensende sind. Doch wie lässt sich dieses hohe Lebensalter erklären?

Evolution der Langlebigkeit

Die Lebensspanne von Wirbeltierarten kann sehr stark variieren; von einigen Monaten für Killifische, z.B. dem Türkisen Prachtgrundkärpfling Nothobranchius furzeri, bis zu mehreren 100 Jahren für den Grönlandhai. Mit dem Verständnis der „genetischen Architektur“, wie sich diese Arten genetisch voneinander unterscheiden, lassen sich neue Erkenntnisse über die Mechanismen ableiten, die zur Entwicklung der Lebensspanne und der Langlebigkeit geführt haben.

Modernste Sequenzierungsmethoden können bereits für eine große Anzahl an Spezies Informationen über genomweite Sequenzen liefern. Zur Identifizierung der genetischen Architektur ist die Analyse der positiven Selektion besonders geeignet, da alle Organismen an ihren Lebensraum perfekt angepasst und diese Anpassungen im Verlauf der Evolution entstanden sind. Sie beruht auf dem Sequenzvergleich Protein-codierender Gene in verwandten Arten.

Um die Langlebigkeit der Clownfische zu erforschen, untersuchten die Forscher daher das Genom von Clownfischen (A. occelaris, A. percula und A. clarkii) und verglichen die Ergebnisse mit dem Fisch Chromis, einer Gattung der Riffbarsche. Diese Schwarmfische, auch Schwalbenschwänzchen genannt, leben ebenfalls in Korallenriffen, bilden aber keine Symbiose mit Seeanemonen aus und werden öfter von Raubfischen gefressen.

Vergleich der genetischen Architektur

Beim Vergleich der Genomsequenzen beider Arten fanden die Wissenschaftler interessante Unterschiede: Zum einen in den Proteinen der Mitochondrien, die für die Energiegewinnung innerhalb der Zellen zuständig sind, und zum anderen in den Proteinen der Lysosomen, die für den Abbau von Zellbestandteilen im Inneren der Zelle sorgen. „Diese Proteine haben sich im Laufe der Evolution bei den Clownfischen deutlich stärker verändert als in kurzlebigen Arten“, sagt Cellerino.

Bereits in der Vergangenheit konnten Unterschiede in der Zusammensetzung von Mitochondrien bei kurz- und langlebigen Modellorganismen nachgewiesen werden. Diese Veränderungen deuten darauf hin, dass sich im Verlauf der Evolution spezifische Wege herauskristallisierten, die zu einer außergewöhnlich langen oder verkürzten Lebensdauer führen. Die Forscher sind sich sicher, dass das ein Indiz für die vergleichsweise lange Lebensspanne der Clownfische ist.

Der Mensch ist mit einer maximalen Lebensspanne von etwa 120 Jahren extrem langlebig, sodass in der Grundlagenforschung zum Altern und Alterungsprozessen meist Tiermodelle eingesetzt werden, die viel kurzlebiger sind. Da Anemonenfische zu den wenigen Meerwasser-Zierfischen zählen, die aufgrund ihrer geringen Größe und der einfachen Fortpflanzung in Gefangenschaft relativ einfach gehalten werden können, wären sie als Tiermodell perfekt dazu geeignet, die Langlebigkeit genauer zu untersuchen.

Originalpublikation: Arne Sahm, Pedro Almaida-Pagan, Martin Bens, Mirko Mutalipassi, Alejandro Lucas-Sanchez, Jorge de Costa Ruiz, Matthias Görlach, Alessandro Cellerino: Analysis of clownfishes coding sequences reveals molecular convergence in the evolution of lifespan. BMC Evol Biol. 2019 19(1), 89. DOI: 10.1186/s12862-019-1409-0

* Dr. K. Wagner, Leibniz-Institut für Alternsforschung - Fritz-Lipmann-Institut (FLI),

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