Wie sich Wale und Delfine für das Leben auf See entwickelten
Eine neue Studie zeigt, dass sich das Genom von Walen, zu denen Delfine und Wale gehören, auf wichtige Weise verändert hat, um diesen Tieren den Übergang von terrestrischen zu aquatischen Umgebungen zu ermöglichen.
Obwohl Wale wie Delfine und Wale wie Fische aussehen und - genau wie Fische - in aquatischen Umgebungen leben, sind sie tatsächlich aquatische Säugetiere.
Daher sind sie in vielerlei Hinsicht näher an landbewohnenden Wirbeltieren, die ein junges Leben gebären und sie dann stillen.
Die Forscher wissen jetzt, dass sich Wale vor etwa 52,5 Millionen Jahren aus Vorfahren der Landbewohner entwickelt haben und zu einem Leben auf See übergegangen sind.
Für diese drastische Veränderung hat sich diese Gruppe von Säugetieren im Laufe der Zeit langsam angepasst und verschiedene biologische Merkmale entwickelt, die den Anforderungen des Unterwasserlebens entsprechen.
Während einige - einschließlich Flossen, Flossen und eine aquadynamische Körperform - leicht erkennbar sind, sind andere Anpassungen subtiler, aber nicht weniger wichtig.
Eine Studie von zwei Max-Planck-Instituten in Dresden, der University of California in Riverside und dem American Museum of Natural History in New York, NY, zeigt nun, wie sich das Erbgut von Walen entwickelt hat, damit sie im Ozean leben können .
In der Forschungsarbeit, die in der Zeitschrift erscheint Fortschritte in der WissenschaftDie Autoren erklären, dass dieser Übergang teilweise möglich war, weil bestimmte Gene im Laufe der Jahrtausende bei Delfinen, Walen und anderen Walen inaktiv geworden sind.
85 „verlorene Gene“ haben möglicherweise das Leben auf See erleichtert
Der Hauptautor Matthias Huelsmann und seine Kollegen waren daran interessiert, besser zu verstehen, wie sich die Genome der Wale angepasst hatten, damit sie unter Wasser gedeihen konnten.
Zu diesem Zweck „kämmten“ sie 19.769 Gene in 62 verschiedenen Säugetierarten - darunter, wie sie in ihrem Studienpapier erklären, „vier Wale, zwei Flossenfüßer [eine Gruppe mit Robben und Walrossen], eine Seekuh und 55 Landsäugetiere ”- auf der Suche nach Genen, die inaktiv geworden waren, nachdem sich Wale von ihren landbewohnenden Vorfahren entwickelt hatten.
„Um Gene, die während des Übergangs von Land zu Wasser in der Stammlinie der Wale inaktiviert wurden, genau zu identifizieren, haben wir das kürzlich sequenzierte Genom des gemeinsamen Nilpferds verwendet, eines semi-aquatischen Säugetiers, das […] im Vergleich zu Walen am nächsten lebt und betrachteten nur Gene ohne nachgewiesene inaktivierende Mutationen im Nilpferd “, erklären die Autoren der Studie weiter.
So gelang es dem Team, 85 „verlorene Gene“ zu identifizieren. Während frühere Untersuchungen bereits einige davon identifiziert hatten, waren 62 (entsprechend 73%) neue Entdeckungen.
Eines der inaktivierten Gene, erklären die Forscher, spielt eine Rolle bei der Speichelsekretion. Während Speichel Landsäugetieren hilft, Nahrung zu schmieren und zu erweichen sowie den Verdauungsprozess durch bestimmte Enzyme anzukurbeln, wurde er für aquatische Säugetiere unnötig, da Wasser stattdessen diese „Aufgaben“ ausführen kann.
Zwei weitere Gene, die „verloren“ gingen, waren für die Bildung von Blutgerinnseln notwendig. Ihre Inaktivierung dürfte jedoch andere Wundversiegelungsmechanismen ermöglicht haben, die für die Entwicklung von Wasserlebewesen hilfreicher waren.
Ein weiterer wichtiger Verlust war der bestimmter Gene, die an der Lungenfunktion beteiligt sind. Das neue Erbgut lässt die Lungen von Walen kollabieren, wenn sie tief ins Meer tauchen.
"Während ein Lungenkollaps ein ernstes klinisches Problem für den Menschen darstellen würde, dient er dazu, sowohl den Auftrieb als auch das Risiko einer Dekompressionskrankheit bei Walen zu verringern", erklären Huelsmann und Kollegen.
Wie sich herausstellt, haben Wale auch alle Gene verloren, die es Säugetieren ermöglichen, Melatonin zu synthetisieren, ein Hormon, das dabei hilft, Schlaf- und Wachzyklen zu regulieren.
Bei diesen in Wasser lebenden Säugetieren kann dieser Verlust zur Entwicklung einer anderen Art von Schlaf geführt haben, die als unihemisphärischer Schlaf bezeichnet wird. Bei dieser Form des Schlafes ruht nur die Hälfte des Gehirns, während die andere Hälfte wachsam bleibt. Dieser Mechanismus ermöglicht es Walen, an die Oberfläche zu schwimmen oder bei Bedarf mehr Wärme zu erzeugen.
All diese Anpassungen, so argumentieren die Forscher, könnten Walen, Delfinen und ähnlichen aquatischen Säugetieren geholfen haben, mehr wie Fische zu leben.
"[O] ur Ergebnisse legen nahe, dass Genverluste bei Walen nicht nur mit aquatischen Spezialisierungen verbunden sind, sondern auch an der Anpassung an eine vollständig aquatische Umgebung beteiligt gewesen sein könnten", schließen die Forscher.
