Der türkisfarbene Killifisch oder Prachtkärpfling kann seine Entwicklung für länger als seine durchschnittliche Lebensdauer aussetzen.
Die merkwürdige Fähigkeit des afrikanischen Killifischs, eine Pause in seiner Entwicklung einzulegen, könnte laut Forschern faszinierende Auswirkungen auf das Altern des Menschen haben.
Bestimmte Tierarten, darunter auch der Killifisch, sind in der Lage, sich als Embryo in eine Art Ruhezustand zu versetzen – eine Eigenschaft, die unter dem Begriff Diapause bekannt ist. Man vermutet, dass sich das Phänomen als Reaktion auf Belastungen wie saisonale Veränderungen der Umwelt – zum Beispiel das Austrocknen von Teichen – oder plötzliche Herausforderungen entwickelt hat, die ein Risiko für die Tiere darstellen. Mit anderen Worten, die Diapause ermöglicht es dem Tier, seine Entwicklung oder Geburt quasi “auf Eis zu legen”, bis sich die Bedingungen verbessert haben.
Im Fall des afrikanischen türkisfarbenen Killifischs bedeutet dies, dass Embryonen ihre Entwicklung für Monate oder sogar Jahre unterbrechen können – und damit länger als ihre Erwachsenenlebensdauer von etwa vier bis sechs Monaten. Wissenschaftlern zufolge hängt dieses Merkmal wahrscheinlich mit dem Auftreten jährlicher Dürreperioden zusammen.
“Wir glauben eigentlich nicht, dass der Mechanismus der Diapause unmittelbar durch Dürre verursacht wird”, sagte Prof. Anne Brunet von der Stanford Universität und Mitautorin der Studie. “Der Mechanismus steht indirekt mit Dürre in Zusamenhang, und zwar insofern, als Dürre einen selektiven Druck auf diese afrikanische türkisfarbene Killifischart ausübte: In Millionen von Jahren der Evolution hat sich der afrikanische Killifisch entwickelt, um Dürrezeiten zu überleben, indem seine Embryonen in einen Zustand der Diapause übergehen.”
Obwohl man davon ausgeht, dass dieser Prozess genetisch gesteuert ist, war die Art und Weise, wie er funktioniert, lange Zeit ein Rätsel.
Inzwischen scheinen Wissenschaftler den Mechanismus hinter dem Phänomen entschlüsselt zu haben und erklären, dass das Anhalten der Entwicklung als Embryo keinen Einfluss auf die zukünftige Lebensspanne der Fische, ihre Fruchtbarkeit oder ihre spätere Größe als erwachsenes Tier hat – was darauf hindeutet, dass der Einfluss der Zeit auf die Zellen und Gewebe selbst ausgesetzt wurde.
“Die Diapause ist ein faszinierender Zustand ‘ausgesetzten Lebens’, der einen komplexen Organismus langfristig erhalten kann, ohne dass eine Beeinträchtigung für das spätere Leben erkennbar ist”, sagte Brunet.
Brunet und ihre Kollegen beschreiben in der Fachzeitschrift ‘Science’, wie sie die Prozesse bei der Diapause in Killifish-Embryonen untersucht haben, und dass Gene, die an der Zellvermehrung und der Organentwicklung beteiligt sind, dabei heruntergefahren werden, während die Aktivität von Genen, die mit dem Muskelerhalt und dem Stoffwechsel zusammenhängen, ebenfalls eingeschränkt wird.
Das scheint zum Teil darauf zurückzuführen zu sein, dass die Produktion eines Proteins namens CBX7 zunimmt. Im Zellkern wird die DNA verpackt, indem sie um spezielle Proteine, die sogenannten Histone, gewickelt wird – CBX7 verbindet sich mit bestimmten Histonen. Das Team erläutert, dass diese Bindung die Aktivität einer Reihe von Genen zu beeinflussen scheint, einschließlich einiger, die an der Muskelfunktion und am Stoffwechsel beteiligt sind, was dazu führt, dass die Muskeln während der gesamten Diapause erhalten bleiben.
Dem Team zufolge könnte es durchaus möglich sein, diese Mechanismen auf die Organismen von erwachsenen Lebewesen anzuwenden. Wie ein begleitender Leitartikel anmerkt, wurde dies zuvor an einem einfacheren Organismus – dem Spulwurm C elegans, dessen Larven eine Diapause einlegen können – getestet, und es stellte sich heraus, dass sich die Lebenszeit verlängerte.
“Man kann die Hypothese aufstellen, dass das Herbeiführen eines ‘diapausenähnlichen’ Zustands – oder sich die molekularen Vorgänge der Diapause zunutze zu machen – in einigen erwachsenen Geweben oder Zellen dazu beitragen könnte, sie langfristig zu erhalten”, so Brunet.
Könnte dies möglicherweise dazu führen, dass das Altern beim Menschen gestoppt wird? “Wir halten es grundsätzlich für interessant, zu begreifen, wie die Anhäufung der Schäden, die durch den Zeitablauf entstehen, gestoppt oder ausgesetzt werden kann. Die Diapause bietet uns eine Möglichkeit, dies zu verstehen”, sagte Brunet. Ein solches Verständnis könnte Hinweise darauf geben, wie die “tickende Uhr des Alterns” verlangsamt werden kann, so sagte sie, fügte jedoch rasch hinzu, dass man sich dabei derzeit noch im Bereich der Spekulation befinde.
Prof. Paul Shiels, ein Experte für biologisches Altern von der Universität Glasgow, sagte, dass die Autoren zwar auf Ähnlichkeiten zwischen der Diapause und anderen Arten von Ruhesituationen, wie etwa dem Winterschlaf, hinweisen, dass diese indes wahrscheinlich zumindest einige unterschiedliche Prozesse beinhalten – nicht zuletzt, weil der Winterschlaf die Erhaltung von Organen in ihrer erwachsenen Form beinhaltet, anstatt ihre Entwicklung aufzuhalten.
Shiels meint, es sei nicht klar, wie die neue Studie Möglichkeiten zur Verlangsamung oder Verhinderung des menschlichen Alterns bieten könne, da man dafür erwachsenes Gewebe in einem ruhenden Zustand halten müsse. “[Die Studie] hat Auswirkungen auf die Regeneration von Organen”, so sagte er. “Dagegen könnte man zur Erhaltung von Organen mehr von überwinternden Säugetieren [lernen].”
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