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Eisfische als Vorbild für Anämie oder Osteoporose

Extrem Cool: Totale Anämie schützt vor Kältetod

| Autor/ Redakteur: Gunnar Bartsch* / Dr. Ilka Ottleben

Eisfische sind extrem gut an das Leben bei tiefen Temperaturen angepasst. In ihrem Lebensraum dem Eismeer rund um den Südpol liegt die Wassertemperatur bei knapp minus zwei Grad. Eigentlich auch für sie tödlich. Wie sie es trotzdem schaffen, dort zu existieren, und welche evolutionären Anpassungen sie dafür durchlaufen mussten, hat ein internationales Forscherteam jetzt untersucht. Das könnte auch die biomedizinische Forschung an zahlreichen Krankheiten des Menschen voran bringen.

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Eisfische sind extrem gut für das Leben bei tiefen Temperaturen angepasst. Das macht sie für die biomedizinische Forschung interessant.
Eisfische sind extrem gut für das Leben bei tiefen Temperaturen angepasst. Das macht sie für die biomedizinische Forschung interessant.
(Bild: Hyun Park)

Würzburg – In einem 4°C kalten See kann ein Mensch höchstens 30 Minuten überleben. Ein Einbruch in Eiswasser kann gar nach wenigen Minuten lebensgefährlich sein – Schock und Unterkühlung können innerhalb kürzester Zeit zum Tode führen. Anhand von Unfallauswertungen weiß man, dass nur etwa 60 Prozent der Eingebrochenen die ersten 15 Minuten im eiskalten Wasser überleben.

Scheinbar spielend meistern hingegen Eisfische solche Extremtemperaturen – obwohl sie eigentlich auch für tödlich sein müssten. Wie sie das schaffen und welche evolutionären Anpassungen sie dafür durchlaufen mussten, haben Wissenschaftler jetzt erforscht. Denn die extrem gute Anpassung der Eisfische an das Leben bei tiefen Temperaturen macht sie auch für die biomedizinische Forschung interessant.

Extrem-Lebensraum Eismeer

Im Eismeer rund um den Südpol liegt die Wassertemperatur bei knapp minus zwei Grad. Menschen hätten dort keine Überlebenschancen, und auch für die meisten Fischarten ist das zu kalt: Ihr Blut würde schlicht und ergreifend einfrieren, Eiskristalle würden ihre roten Blutkörperchen – die Erythrozyten – zum Platzen bringen. Und trotzdem gibt es eine Fischart, die sich auch unter solch lebensfeindlichen Bedingungen wohlfühlt und die sich dort vermehrt: die so genannten Eisfische aus der Familie Nototheniidae.

Ein international zusammengesetztes Team von WissenschaftlerInnen hat jetzt untersucht, welche genetischen Anpassungen dafür verantwortlich sind, dass Eisfischen selbst extreme Kälte nichts ausmacht, und ist dabei auf eine Reihe charakteristischer Veränderungen gestoßen. Daran beteiligt war der Genetiker Manfred Schartl, Inhaber des Lehrstuhls für Physiologische Chemie an der Julius-Maximilians-Universität Würzburg (JMU).

Einzigartige Anpassung an das Leben bei Minustemperaturen

In ihrer Studie haben Manfred Schartl und Hyun Park zusammen mit John Postlethwait, der 2009 als Humboldt-Preisträger am Biozentrum der JMU geforscht hat, und weiteren ForscherInnen aus Korea und USA das Genom des antarktischen Schwarzflossen-Eisfisches, Chaenocephalus aceratus, sequenziert und dort nach speziellen Veränderungen gesucht, die für die einzigartige Physiologie verantwortlich sind. Dabei erhielten sie auch Einblicke in die Entwicklung dieses Fisches im Laufe der Evolution. „Eisfisch-Populationen sind zum ersten Mal am Ende des Pliozäns aufgetreten, nachdem die Oberflächentemperaturen der Antarktis um 2,5 Grad Celsius abgesunken waren“, erklärt Schartl. Vor etwa 77 Millionen Jahren hatten sie sich von der Linie ihrer Vorfahren – den Stichlingen – weg entwickelt und anschließend immer besser kälteangepasste Phänotypen ausgebildet.

Ursprüngliche Nototheniiden waren rotblütig, hatten aber keine Sauerstoff bindenden Proteine, sogenannte Myoglobine, in ihrem Skelettmuskel. Außerdem lebten sie auf dem Meeresboden und besaßen keine auftriebserzeugende Schwimmblase. Als die Antarktis abkühlte und vor etwa zehn bis 14 Millionen Jahren schließlich Temperaturen von knapp minus zwei Grad Celsius erreichte, öffneten sich neue ökologische Nischen, die Eisfische dank spezieller Anpassungen besetzen konnten. Acht Fischarten aus der Familie der Notothenioiden, darunter auch die Eisfische, sahen außerdem die Chance, das Nahrungsangebot in einer größeren Höhe – weg vom Meeresboden – für sich zu nutzen.

Evolutionärer Trick: Blut ohne rote Blutkörperchen

Es ist ein Zusammenspiel mehrerer Faktoren, das Eisfischen das Überleben in großer Kälte ermöglicht. Der auffälligste darunter: Den Tieren fehlen die roten Blutkörperchen – und damit Hämoglobin; ihr Blut ist deshalb quasi durchsichtig. Dass sie trotzdem nicht an Sauerstoffarmut leiden, erklärt Manfred Schartl so: „Bei den tiefen Temperaturen ist die Sauerstoffsättigung des Meerwassers und damit auch aller Körperflüssigkeiten der Fische so hoch, dass der Sauerstofftransport durch das Hilfsmolekül Hämoglobin nicht mehr nötig ist.“ Gleichzeitig ist bei Eisfischen das Blutvolumen doppelt so groß wie das vergleichbarer Fischarten in gemäßigten Breiten, ihr Herz ist vergrößert und auch die Blutgefäße weisen einen größeren Durchmesser auf. Auch die Zahl der Energielieferanten der Zellen – der Mitchondrien – ist bei Eisfischen erhöht.

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