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Evolution Unser fischiges Erbe

Max-Planck-Forscher aus Bad Nauheim liefern neue Erkenntnisse zur Evolution des Herzens.

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Er ist uns ähnlicher als es den Anschein hat: Der Zebrafisch teilt mit den Menschen viele Gene. Foto: Getty

Die Herzen von Fischen und Menschen unterscheiden sich fundamental: Wie bei allen Säugetieren ist das unsrige zweigeteilt in eine linke und eine rechte Hälfte. Es sind zwei ungleiche Hälften, was Form und Funktion angeht – auch wenn beide über jeweils ein Paar Vorhöfe und ein Paar Herzkammern verfügen. Auch unser Kreislauf ist zweigeteilt, was unmittelbar mit dem Aufbau des Herzens zusammenhängt: Die rechte Herzhälfte ist für den Lungenkreislauf zuständig, der verbrachtes Blut zur Anreicherung mit Sauerstoff in die Lunge pumpt. Die linke Hälfte pumpt Blut mit hohem Druck in den Körperkreislauf. Beide Kreisläufe existieren komplett voneinander getrennt. Das Fischherz hingegen besteht nur aus einem einzigen Hohlraum, von dem aus das Blut zunächst durch die Kiemen und dann durch die Körpergewebe gepumpt wird – damit ist auch ihr Kreislauf nur ein einfacher. Der Blutdruck der Fische ist entsprechend gering und für die Versorgung der Muskeln, wie sie ein Leben an Land erfordert, nicht geeignet.

Wissenschaftler des Max-Planck-Instituts für Herz- und Lungenforschung in Bad Nauheim haben nun herausgefunden, dass sich das Herz der Landwirbeltiere aus dem Herz urtümlicher Fische entwickelt hat und keine Neuentwicklung der Evolution darstellt. Diese Erkenntnisse erlangten die Forscher mit Hilfe eines Tieres, das selbst nicht über zwei Herzhälften verfügt, das gleichwohl eine hohe genetische Ähnlichkeit mit dem Menschen aufweist – auch wenn man das auf den ersten Blick kaum annehmen mag. Es handelt sich um den Zebrafisch, nach der Maus der am häufigsten in der Wissenschaft verwendete Modellorganismus. 70 Prozent der Zebrafisch-Gene kommen in ähnlicher Form auch bei Homo sapiens vor. Und mehr als 80 Prozent der bislang bekannten Gene, die bei Menschen Krankheiten auslösen können, existieren auch im Zebrafisch.

So zentral Körper- und Lungenkreislauf für unser Leben sind - so wenig weiß man doch bis heute, auf welche Weise sich die beiden Systeme entwickeln haben. Die Bad Nauheimer Max-Planck-Wissenschaftler sind bei dieser Frage nun einen Schritt weitergekommen. Sie stellten fest, dass das Herz des Zebrafischs zwar nur aus einer Kammer und einem Vorhof besteht – dass die Aktivität verschiedener Gene vor allem im Vorhof jedoch bereits auf eine Zweiteilung hindeutet, wie Almary Guerra, Erstautorin der Studie erläutert. Deshalb gehen die Wissenschaftler davon aus, dass das Säugerherz keine Neuentwicklung, sondern „eine evolutionäre Weiterentwicklung des Fischherzens darstellt“.

Die Forscher richteten bei ihrer Untersuchung das Augenmerk vor allem auf zwei Gene des Zebrafisches. Sie tragen den Namen „meis2b“ und „pitx2c“. „Beide Gene sind beim Zebrafisch im Vorhof hoch aktiv“, erläutert Almary Guerra: „Besonders spannend war, dass die Gene jedoch nur in einer Gruppe Vorläuferzellen besonders aktiv waren, aus denen sich später der linke Teil des Vorhofs entwickelt.“ Daraus leiteten die Wissenschaftler ab, dass es innerhalb des Vorhofs im Fischerzen bereits genetische Unterschiede gibt – die sich dann auch im Herz der Säugetiere wiederfinden. „Eine Reihe von Genen, die für die Eigenschaften des linken Vorhofs des menschlichen Herzens entscheidend sind, sind auch im Zebrafisch nur auf der linken Seite des Vorhofs aktiv“, erläutert Sven Reischauer, Gruppenleiter am Max-Planck-Institut Bad Nauheim. Schäden in einigen dieser Gene können beispielsweise dazu führen, dass die linke und rechte Herzhälfte nicht vollständig getrennt sind.

Um zu überprüfen, ob ein solcher Gendefekt auch beim Zebrafisch Entwicklungsstörungen am Herzen verursachen kann. schalteten die Forscher das „meis2b“-Gen durch einen gentechnischen Eingriff aus. Tatsächlich kam es zu der erwarteten Folge: Das Herz der manipulierten Zebrafische entwickelte sich nicht richtig. „Form und Größe des Vorhofes sowie die Reizweiterleitung sind gestört“, erläutert Sven Reischauer. Dieses Symptom kenne man auch von Menschen ,bei denen die Gene defekt seien, die den Genen „meis 2b“ und „pitx2c“ beim Zebrafisch entsprechen.

Im nächsten Schritt wollen die Max-Planck-Forscher das Fischherz noch weiter unter die Lupe nehmen. Ihnen geht es dabei nicht allein um evolutionsbiologische Erkenntnisse. Ihr Ziel ist es vielmehr, ein besseres Verständnis von angeborenen Herzfehlern zu erlangen– und damit könnte das Wissen über das scheinbar so einfache Fischherz auch eine wichtige Grundlage für die Entwicklung neuer Therapien beim Menschen darstellen.

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