Schnabeltier und Ameisenigel- Monotremata, die eierlegenden Säugetiere

Wenn wir an Tiere denken, so kennen wir Reptilien und Vögel, die Eier legen und Säugetiere, die ihre Jungen austragen. Ein Blick nach Australien lässt uns bereits komische Wesen entdecken, die ihre Jungtiere in Beuteln herum schleppen. Kängurus, Koalas oder der ausgestorbene Beuteltiger gehören zu den Beuteltieren. Als die ersten Europäer den australischen Kontinent erforschten, waren das bereits kuriose Tiere. Doch die Beschreibungen eines Hybridwesens, eines Maulwurfs mit dem Schwanz eines Bibers und dem Schnabel einer Ente, wurden zuerst als Fälschungen oder Fabeln verworfen. Die Zweifel an der Echtheit des Tieres waren auch George Shaw bekannt, einem Forscher, der Ende des 18. Jahrhunderts die Tierwelt Australiens beschrieb. Noch heute könnte dieses Lebewesen als lebendes Fossil bezeichnet werden.

Kloakentiere

Echnida: Das Schnabeltier (Foto: britta-schwalm/ pixelio-de)

Echnida: Das Schnabeltier (Foto: britta-schwalm/ pixelio-de)

Die Kloakentiere, auch Monotremata, sind eine der ursprünglichsten Säugetiere. Es gibt nur fünf Spezies: Das Schnabeltier und vier Arten Ameisenigel. Alle leben in Australien und Neuguinea. Sie besitzen ein Fell und Milchdrüsen, womit sie ihre Jungen säugen. Doch im Gegensatz zu anderen Säugetieren besitzen sie keinen getrennten Ausscheidungs- und Geschlechtstrakt. Wie Vögel und Echsen haben sie eine Kloake. Monotremata bedeutet Einlochtiere. Ihre Jungen kommen auch nicht lebend auf die Welt, sondern sie legen Eier.
Schnabeltiere sind an das aquatische Leben angepasst, mit einem stromlinienförmigen Körper und Schwimmhäuten an den Füßen. Sie leben in Erdbauten nahe dem Ufer. Die Männchen besitzen einen Giftsporn am Hinterfuß, welcher nur während der Paarungszeit Gift produziert. Sie sind nachtaktive Einzelgänger und ernähren sich von Krabben, Insektenlarven und Würmern, die sie im Wasser schnappen. Elektro- und Mechanorezeptoren erlauben ihnen, unter Wasser kleinste Wellenbewegungen und schwache elektrische Felder zur Orientierung wahrzunehmen.
Der Ameisenigel bekam seinen wissenschaftlichen Namen „Echnida“ von einem mythologischen Monster des antiken Griechenlands, halb Frau halb Schlange. Kurz- und Langschnabeligel besitzen Stacheln, die denen eines Igels ähneln, sie sind jedoch nicht mit ihm verwandt. Auch sie besitzen einen Stachel am Hinterbein, dessen Sekret aber kein Gift enthält und während der Paarungszeit abgesondert wird. Sie sind meist Einzelgänger und ernähren sich von Termiten und Ameisen.

Aktuelle Forschung
Säugetiere haben ein einfaches System, um auf genetischem Wege unterschiedliche Geschlechter zu produzieren. Frauen haben zwei X-Chromosome, Männchen ein X- und ein Y- Chromosom. Schnabeltiere dagegen besitzen 5 Geschlechtschromosome. Männchen haben also X1-X5 und Y1-Y5. Ameisenigelweibchen haben ebenfalls 5 Paare von X Chromosomen. Männchen dagegen fehlt ungewöhnlicher Weise ein fünftes Y Chromosom. 2008 wurde das gesamte Genom des Schnabeltieres veröffentlicht. Eine weitere Studie untersuchte das Spornsekret des Ameisenigels und schloss daraus, dass es wohl eine Rolle in der Kommunikation über Geruch einnimmt.
Als besondere Gruppe innerhalb der Säugetiere spielen die Kloakentiere eine wichtige Rolle, um zu verstehen, wie die Evolution der Säugetiere von Statten ging. Die Zukunft wird zeigen, welche Geheimnisse diese kuriosen Tiere noch für uns bereithalten.

Dolly – 20 Jahre danach

Am 5. Juli 1996 wurde Dolly geboren, das erste aus erwachsenen (adulten) Zellen geklontes Säugetier. Das nach Dolly Parton benannte Tier brachte es zum Weltruhm als das Klon Schaf.  Nach 6 Jahren starb die wissenschaftliche Sensation jung an einer Lungenkrankheit. Heute noch heute ist Dolly in einem Museum in Schottland ausgestellt.  Nun sind 20 Jahre seit seiner Geburt vergangen. Was haben wir seither gelernt und wie weit kam die Forschung?

Die Methode des Klonens

Viele Schafe- sind sie geklont? (Foto: Werner / pixelio.de)

Viele Schafe- sind sie geklont? (Foto: Werner / pixelio.de)

In ihrer wissenschaftlichen Publikation in der Fachzeitschrift Nature vom Jahre 1997 beschrieben die schottischen Wissenschaftler vom Roslin Institut in Edinburgh ihr Klonierungsverfahren. Einer Spendermutter werden Eizellen entnommen und deren Zellkern mit dessen genetischen Material wird entfernt. Anschließend wird einem anderen Spendertier, welches geklont werden soll, adulte Zellen entnommen und dort der Zellkern ebenfalls entfernt. Dieser Zellkern wird dann in die Eizelle gebracht und einer Leihmutter zur Austragung eingepflanzt. Damals wurden 277 Eizellen entnommen, woraus 29 Embryonen entstanden, von denen nur einer überlebte. Daraus wurde Dolly. Sie hatte also drei Mütter. Und war damit auch kein hundertprozentiger Klon. Denn die Mitochondrien, die sogenannten Kraftwerke der Zelle, haben ihr eigenes genetisches Material und werden immer von der Mutter durch die Eizelle weitergegeben. Diese stammten also noch von der ersten Spendermutter.

Was kam danach?

Schon nach einigen Jahren zeigte das Tier jedoch viel zu früh  Alterserscheinungen und starb schließlich sehr jung an einer Lungenkrankheit im Alter von sechs Jahren.Viele vermuteten, dass dies Folgeerscheinungen des Klonens waren und sich die genetische Uhr nicht zurückdrehen ließe. Doch Dolly konnte während ihres Lebens auch zwei Kinder auf natürliche Weise zeugen und die verantwortlichen Wissenschaftler sagen, dass der Virus von einem anderen Tier übertragen wurde und der Tod nichts mit dem Klonen zu tun hatte. Und tatsächlich altern Dollys Geschwister, die für eine neue Studie geboren wurden, normal.
Seitdem wurde das Verfahren sehr oft angewendet und viele Säugetiere geklont: Pferde,  Ziegen, Schweine, Mäuse, Kaninchen, Katzen und Hunde wurden alle auf diese Weise ohne Komplikationen geklont. Heutzutage ist jedoch die Hauptanwendung beim Klonen die Unterbringung von genetischen Modifikationen. Transgene Schweine oder Rinder, die zum Beispiel gegen eine Krankheit resistent sind, lassen sich so einfach herstellen . Auch beim Menschen wäre es möglich. Doch ein Nachteil bleibt: die Mehrzahl der Klone stirbt und es braucht viele Eizellen, um einen Erfolg zu haben. Außerdem, so konnte die Forschung nach einiger Zeit später durch dieses Grundlagen wissen zeigen, konnten durch die Zugabe von speziellen Faktoren Stammzellen aus adulten Zellen erzeugt werden (induzierte pluripotente Stammzellen– Nobelpreis in Medizin 2012).

Ethische Bedenken und Klonen eines Menschen

Nachdem das Dogma des Klonens gebrochen war, wurden sofort negative Stimmen laut. Sollte man überhaupt klonen? Es ist unethisch und unsicher, einen Menschen zu klonen. Andererseits könnten damit vielleicht Krankheiten geheilten werden. Kontrovers war der Fall Woo Suk Hwang, ein Südkoreanischer Wissenschaftler und eine Größe im Bereich des Klonens, der damals und noch heute Hunde klonte. 2004 behauptete er, eine menschliche klonierte Embryonenzelllinie erstellt zu haben, anschließend noch elf weitere. Beide Publikationen wurden zurückgezogen, da sie sich als Betrug herausstellten.
Es ist nicht die technische Barriere, die uns davon abhält, Menschen zu klonen, sondern eine moralische. Außerdem ist eine Person nicht nur durch ihr Genom charakterisiert. Es bleibt also dabei: Die Würde des Menschen ist unantastbar.

Vorschau: Nächsten Monat geht es um neue Methoden der Molekularbiologie.

Das Glymphatische System- Reinigung des Gehirns

Das zentrale Nervensystem, bestehend aus unserem Gehirn und Rückenmark, steuert unseren Körper: es koordiniert Bewegungen, reguliert unsere Organe und Hormone und ermöglicht uns die Wahrnehmung aus den Reizen, die unsere Sinnesorgane aufnehmen. Deshalb ist es ganz wichtig auf dieses Steuersystem Acht zu geben. Sind die Gehirnfunktionen gestört, so entstehen lebensgefährliche Krankheiten.

Krankheiten des Gehirns

Das Gehirn - Schädel im MRT (Foto: Dieter Schütz / pixelio.de)

Das Gehirn – Schädel im MRT (Foto: Dieter Schütz / pixelio.de)

Autismus und Schizophrenie sind Krankheiten, die bei der Entwicklung des Gehirns auftreten. Multiple Sklerose ist eine Autoimmunkrankheit, Chorea Huntington ist vererbbar und Enzephalitis entsteht durch Infektionen. Parkinson und Alzheimer gelten als Neurodegenerative Krankheiten. Diese entstehen über lange Zeit durch das Fortschreitende Sterben der Gehirnzellen, Neuronen genannt. Bei all diesen Neurodegenerativen Krankheiten wurde festgestellt, dass die Ansammlung von atypischen Proteinen die Zerstörung der Neuronen induziert. Das Problem ist, so dachte man, dass das Gehirn über kein lymphatisches System verfügt, wie der Rest unseres Körpers, und somit diese Proteine nicht beseitigen kann.

Tunnelsystem gefunden

Doch 2015 wurde von zwei unabhängigen Gruppen von Wissenschaftler das glymphatische System gefunden. Dieses perivaskuläre, also um die Gefäße befindliche, Tunnelsystem, welches von Astrozyten (Zellen mit sternenförmigen Fortsätzen im Gehirn) geformt wird, dient der Müllentsorgung. Dieses hydraulische System pumpt cerebrospinale Flüssigkeit, auch Hirnwasser genannt, in alle Ecken des Gehirns. Dadurch werden Zucker, Fette, Aminosäuren, Wachstumsfaktoren und Neuromodulatoren an alle Stellen des Gehirns gebracht. Die cerebrospinale Flüssigkeit wird hierbei ständig durch spezielle Kanäle mit der Zwischenraumflüssigkeit, welche die Kapillaren umgibt und von der Blut-Hirn-Schranke abgegrenzt wird, ausgetauscht. Hierbei können Abfallprodukte entsorgt werden.

Abfallentsorgung muss sein

Jedes Organ braucht eine Abfallentsorgung und muss neue Nährstoffe geliefert bekommen. Das Gehirn ist besonders aktiv. Wenn das glymphatische System nicht funktioniert, so können sich die Abfallprodukte ansammeln und so neurodegenerative Krankheiten hervorrufen. Doch dies ist natürlich nicht der einzige Grund für solche Krankheiten. Genetische Faktoren, sowie der Funktionsverlust anderer Reparaturmechanismen des Körpers spielen ebenfalls eine Rolle. Das glymphatische System ist besonders im Schlaf aktiv. Dies könnte einer der Gründe für die Notwendigkeit von Schlaf sein. Das Gehirn braucht diesen Zustand, um sich zu regenerieren.

Vorschau: Nächsten Monat geht es um den evolutionären Hintergrund des männlichen Bartes.

Wie die Schlange ihre Beine verlor

Die Midgardschlange, die mehrköpfige Hydra, Ladon, als Schlangengott Apophis oder als Haare der Medusa, ja sogar in der Bibel ist die Schlange zu finden. Da sie weltweit verbreitet sind, haben sie sich stark in unserer Kultur eingeprägt. Es sind rund 3500 Arten beschrieben und anders wie Blindschleichen, die zu den Echsen gehören, besitzen Schlangen weder Extremitäten, noch keinen, auch keine rudimentären, Becken- oder Schultergürtel. Wie kam dies?

Allgemeines

Schlangen gibt es in den unterschiedlichsten Farb- und Zeichnungsvariationen. Ein Geschlechtsdimorphismus, also unterschiedliches Aussehen bei Männchen und Weibchen kommt nur selten vor. Ihre Epidermis ist zu Schuppen ausgebildet. Die Beschuppung unterscheidet sich im Kopf-, Rücken- oder Bauchbereich. Selbst die Augen werden von einer Schuppe bedeckt, ein Augenlid besitzen sie nicht. Ihre Zähne sind nicht zum Kauen, sondern zum Festhalten der Beute gedacht. Eine Besonderheit ist der Giftzahn.

Sie sind meist Einzelgänger. Das Weibchen sondert Pheromone ab, die der Geruchssinn des Männchens wahrnehmen kann. Das Männchen selbst hat einen gespalteten Penis, Hemipenis genannt. Beim Sexualakt schmiegt sich das Männchen seitlich an und führt den näheren Teil dieses Begattungsorgans ein. Die meisten Schlangen legen Eier, etwa ein Drittel der Arten haben eine Form von Lebendgeburt, bei denen die Eier im Mutterleib ausgebrütet werden, Ovoviviparie genannt.

Physiologie der Schlangen

Der Geruchssinn funktioniert über das Jacobson Organ. Die gespaltene Zunge nimmt chemische Duftstoffe auf und führt sie zu eben diesem Organ in der Mundhöhle. Auch andere Wirbeltiere, wie die Katze verfügen über ein solches Organ. Manche Schlangen verfügen ebenfalls über ein Grubenorgan, wodurch sie Infrarotstrahlung wahrnehmen können. Öffnungen unterhalb des Nasenlochs lassen sie auch Wärmestrahlung wahrnehmen.

Fressen regelmäßig lebendige Ratten und Mäuse: Klassens Python-Schlangen (Foto: privat)

Fressen regelmäßig lebendige Ratten und Mäuse: Klassens Python-Schlangen (Foto: privat)

Schlangen gehören zu den Schuppenkriechtieren, zu denen auch Eidechsen gehören, sind aber enger verwandt mit Leguanen und Waranen und Schleichen. Die ersten Schlangenfossilien gibt es bereits aus dem Jura, einem Erdzeitalter, als die Dinosaurier die Erde beherrschten. Viele Fossilien von Waranartigen, also den vermutlichen gemeinsamen Vorfahren von Schlangen und Waranen, lebten im Wasser. Deshalb wurde immer spekuliert, ob Schlangen sich nun von im Wasser lebenden, marinen Arten oder von grubengrabenden, landlebenden Arten entwickelt haben.

Neue Erkenntnisse

Eine neue Studie, im November 2015 veröffentlicht, fand nun eine Lösung. Die Wissenschaftler rekonstruierten das Innenohr eines 90 Millionen Jahre alten Schlangenfossils. Heutige grabende Schlangen nutzen das Innenohr nicht nur, wie alle Wirbeltiere, zum Hören und zur Balance, sondern sie nehmen dadurch Vibrationen im Boden wahr, durch diese sie ihre Beute fangen. Die Wissenschaftler fanden eine Struktur im Innenohr, die heutige marine Schlangen nicht haben. Auch das Innenohr anderer mariner Echsen, wie der Mosasaurus, ist anders strukturiert. Daher ist es sehr wahrscheinlich, dass Schlangen sich von grabenden Vorfahren entwickelt haben.

Die ersten Schlangen waren wohl nachtaktive Lauerjäger, die noch kleine Hinterfüße hatten, aber keine Schultern mehr. Doch ganz sicher ist, dass sie erfolgreich waren und sich weit verbreitet haben.

Vorschau: Nächsten Monat geht es um psychoaktive Drogen und ihre Wirkung als Medizin

Otokonien –Steine im Ohr

Du drehst dich im Kreis. Immer schneller und schneller. Abrupt wirst du gestoppt und dir ist schwindelig. Du weißt nicht mehr wo oben und unten ist. Rechts und links verschwimmen. Moment! Woher wissen wir eigentlich wo oben und unten ist? Wie nehmen wir Schwerkraft wahr?

Alle Lebewesen wissen den Unterschied zwischen oben und unten. Wenn du einen Samen einer Pflanze vergräbst, wächst der Sprössling immer aus dem Boden heraus- egal wie tief du ihn vergräbst, egal in welcher Ausrichtung. In der Botanik wird dieses Phänomen Gravitropismus genannt. Der Spross wächst negativ gravitrop, also entgegen der Schwerkraft und die Wurzel positiv gravitrop.

Die Pflanze nimmt die Schwerkraft durch bestimmte schwere Körperchen aus Calciumcarbonat wahr, die sich in Einschlüssen in bestimmten Pflanzenzellen, sogenannten Statocysten, befinden. Durch den differentiellen Druck können die Pflanzen die Schwerkraft ermitteln. Diese Körperchen heißen Statolithen.

Fische haben bereits ein dem Menschen ähnliches Gleichgewichtsorgan, welches ebenfalls für das Hören zuständig ist. In ihren drei Bogengängen befinden sich jeweils ein Statolith, auch Otholith genannt, aus Aragonit, die größer als einen Zentimeter werden können.

Unser Gleichgewichtssinn ist im Ohr angesiedelt (Foto: Gila Hannsen/pixelio.de)

Unser Gleichgewichtssinn ist im Ohr angesiedelt (Foto: Gila Hannsen/pixelio.de)

Bei Säugetieren und den Menschen sind es tausende mikroskopisch kleine Otokonien (griechisch für Ohrenstaub), die in einer gallertartigen Masse in den Bogengängen eingebettet sind. Durch ihre Einwirkung auf die Haarsinneszellen, mit denen die Otokonien in Kontakt sind, können die relative Bewegung des Kopfes wahrgenommen werden. Diese Haarsinneszellen sind ihrerseits in der Lage die mechanische Einwirkung auf sie in elektrische Signale umzuwandeln und an das Gehirn zu senden.

Bereits einige Tage nach der Geburt sind die Otokonien vollständig ausgebildet und begleiten uns unser ganzes Leben. Das Calcit, aus dem sie bestehen, ist jedoch chemisch anfällig. Mit zunehmendem Alter ist es möglich, dass sich das Mineral zersetzt. Dies kann durch einen falschen pH Wert der Endolymphe (der die Otokonien umgebenden Flüssigkeit) geschehen, zum Beispiel als Reaktion auf Entzündungen. Auch die Einnahme des Antibiotikas Gentamicin kann durch den Verlust der Haarsinneszellen ähnliche Folgen nach sich ziehen. Die ausgeprägte Mosaikstruktur der Otokonien erleichtert chemische Angriffe. Die Folgen sind Falschmeldungen an das Gehirn und damit entstehen Schwindelanfälle.

Dieses relativ unbekannte Feld der Forschung vereint Chemie mit Medizin. Doch es gibt noch viel zu tun, um ältere Menschen dabei zu helfen ihren Gleichgewichtssinn intakt zu halten.

Domestikation- Wie der Hund zum besten Freund des Menschen wurde

Die Deutschen halten schätzungsweise 30 Millionen Haustiere, vor allem sind dies Hunde und Katzen. Bist du ein Katzenmensch oder ein Hundemensch – dazu gibt es mitunter tiefgehende Debatten. Doch egal, welches Tier einem mehr zusagt, es nicht selbstverständlich, dass wir Haustiere halten.

Eines der wichtigsten domestizierten Tiere: Das Rind (Foto: Wolfgang Dirscherl  / pixelio.de)

Eines der wichtigsten domestizierten Tiere: Das Rind (Foto: Wolfgang Dirscherl / pixelio.de)

Das wohl älteste domestizierte Tier ist der Hund, der sich vor circa 30.000 Jahren aus dem Wolf entwickelt hat (obwohl molekulargenetische Berechnungen auf 100.000 Jahre kommen, so zeigt der Fossilrekord anderes auf). Über viele Generationen hinweg wurden die Tiere genetisch von der Wildform isoliert und auf viele Charakteristika gezüchtet. Das Schaf, welches vom Mufflon abstammt, das Rind, welches vom Auerochsen abstammt, das Schwein, die Ziege und die Katze, welche auch ihre jeweiligen Wildformen haben, folgten vor circa 10 000 Jahren. Zur gleichen Zeit wurden Pflanzen durch die gleiche Art zu Kulturpflanzen gezüchtet. Pferde, Hühner und viele andere Tiere, die oft speziell für die jeweilige Region der Welt waren, kamen vor einigen tausend Jahren nach.

Theoretisch kann jedes Tier domestiziert werden, jedoch gibt es sechs Eigenschaften, welche das Tier haben sollte, sodass es dazu kommt und die in dem Buch Guns, Germs and Steel beschrieben wurden: Kann sich das Tier von den Abfällen der Menschen ernähren und hat keine speziellen Anforderungen hinsichtlich der Ernährung, ist dies sehr hilfreich. Die Generationenfolge, also auch die Lebenserwartung, sollte die des Menschen nicht überschreiten. Ist sie kurz genug, ist die Züchtung besser möglich und eine kurze Zeit für das Erreichen des Erwachsenenalters ist wichtig, damit es seinen Zweck erfüllen kann. Die Fortpflanzung muss auch in der Gefangenschaft des Menschen stattfinden können. Sind die Tiere generell weniger aggressiv und leichter umgänglich, ist dies ebenfalls von Vorteil. Sie sollten ebenfalls ruhiger sein und nicht scheu. Zuletzt ist es ebenfalls wichtig, dass die Tiere eine flexible soziale Hierarchie haben und den Menschen als Herrchen anerkennen.

Viele domestizierte Arten weisen Gemeinsamkeiten auf. Schon Darwin beobachtete, dass menschennahe Spezies fallende Ohren besitzen. Die selektive Fortpflanzung hat also bestimmte folgen. 1950 wurde in Russland ein Langzeitversuch gestartet. Der russische Silberfuchs sollte domestiziert werden, der aufgrund seiner Aggressivität als nicht domestizierbar galt. Dieser Versuch dauert bis heute an. In jeder Generation wurden die weniger aggressiven Tiere ausgesucht. Als die ersten Tiere nach 20 Generationen und ungefähr 25 Jahren als Haustiere gehalten werden konnten, hatten sie kürzere Schnauzen, kleinere Zähne, weiche, fallende Ohren, einen kurvigeren Schwanz und eine andere Fellfarbe. Genetische Veränderungen führten zu hormonellen Veränderungen und so ist ein Fuchs mit einem kleineren Adrenalinlevel auch zahmer. Bei anderen Arten findet man ebenfalls kleinere Gehirne und verringerte akute Sinnesorgane, die in der freien Wildbahn noch überlebenswichtig waren.

Eine überzüchtete Hunderasse: die englische Bulldogge (Foto: M. Großmann  / pixelio.de)

Eine überzüchtete Hunderasse: die englische Bulldogge (Foto: M. Großmann / pixelio.de)

Rassenhunde zeigen uns heute auch die Schattenseiten der Züchtung auf. Reinrassige Hunde wurden vor gerade einmal Hundert Jahren durch Inzucht auf die verschiedenen Charakteristika gezüchtet. Rassen wie der Boxer und die Bulldogge haben zum Beispiel kürzere Schnauzen und diese Brachycephalie führt zu Atemwegsproblemen und einer gestörten Thermoregulation. Aber auch andere Rassen leiden unter den verschiedensten Krankheiten, welche zu einer kürzeren Lebenserwartung führt. Sogenannte Mischlinge sind die genetisch gesünderen Individuuen.

Doch der Mensch hat sich sogar selbst domestiziert. Der Übergang von einer Jäger und Sammler-Gesellschaft zu einer sesshaften Farmer-Gesellschaft, brachte Vor- und Nachteile. Mehr Nahrungsmittel waren vorhanden und die Abstände zwischen Geburten verringerten sich aufgrund der Sesshaftigkeit. Die Population stieg an. Dies führte aber auch dazu, dass sich neue Infektionskrankheiten entwickelten, die sich nur in einer dichten Population entwickeln konnten. Genetische Veränderungen führten zur Entwicklung von Resistenzfaktoren (unter anderen die AB0 Blutgruppen), einer adulten Laktose Persistenz und einem besseren Alkoholmetabolismus für das im westlichen Eurasien getrunkene, nährstoffreiche Bier. Die Verkürzung des Kiefers, im Gegensatz zu unseren Hominiden Vorfahren, zeigt ebenfalls, analog zum Fuchs-Experiment, ein Merkmal des weniger aggressiven und wilden Menschen auf.

Vorschau: Nächsten Monat geht es um die Kristalle in unserem Ohr.

Wie entstand der Mensch – die Evolution des Menschen

Kürzlich wurden in Südafrika mehrere Fossilien einer neuen Menschenspezies gefunden. Circa 15 Individuen wurden in einer schwer zugänglichen Höhle gefunden, was auf eine Art Grabstätte deuten lässt. Die Fossilien zeigen Eigenschaften von heutigen Menschen, wie der vollständig aufrechte Gang, aber auch primitivere Charakteristika, wie besser rotierbare Schultern und kräftige gebeugte Hände und Finger, was auf Klettern schließen lässt. Die Spezies wurde Homo naledi genannt. Diese zwei bis drei Millionen Jahre alte Fossilien sind nur ein Zwischenstück zum heutigen Menschen, was die Frage aufwirft, wie der Mensch entstand:

Die Linie des Menschen trennt sich nach genetischen Schätzungen von der der restlichen Affen vor fünf bis acht Millionen Jahren, aber neuste Studien vermuten den letzten gemeinsamen Vorfahren sogar vor 13 Millionen Jahren. Das älteste Fossil (sechs bis sieben Mio. Jahre), welches erste Merkmale in Richtung Mensch zeigt, ist Sahelanthropus tschadensis. Dieses nur teilweise vorhandene Skelett wurde in Tschad gefunden, kann jedoch aufgrund der fehlenden Teile nur wenig Hinweise geben. Es folgen weitere Funde von Hominiden, der Gattung des Menschen und seiner Vorfahren, welche als Kenyanthropus und Ardipithecus bekannt sind.

„Lucy“ ist einer der bekanntesten Funde, wurde 1974 entdeckt und gehört der Spezies Australopithecus afarensis (australo: südlich, pithecos: Affe) an, welche bereits einen aufrechten Gang hatte und vor drei Millionen Jahre lebte. Der aufrechte Gang war noch nicht derselbe, wie heutige Menschen ihn haben und der Grund, wieso er sich entwickelte, ist bis heute umstritten. Weitere berühmte Funde der Australopithecina sind das Taung Kind und Mrs. Ples, welches beide Schädelfunde von Australopithcus africanus sind, und Little Foot. Die Zuordnung, welcher Fund zu welcher Spezies gehört oder ob er eine neue Art darstellt ist oft schwierig, da jedes Individuum Unterschiede aufweisen kann. Ein großer Unterschied ist beispielsweise zwischen Männchen und Weibchen zu sehen ist (Geschlechtsdimorphismus), wie man es zum Beispiel vom Gorilla kennt, und auch die Entwicklung vom Kind zum Erwachsenen, wie im Beispiel des Taung Kindes, kann das Auffinden von Merkmalen erschweren.

Mit dem endgültigen Klimawandel zur Trockenheit in Ostafrika entwickelten sich die ersten Arten der Gattung Homo vor zwei bis drei Millionen Jahren. Homo habilis, der geschickte Mensch, wurde so beim Fund in den 60-er Jahren genannt, weil man dachte, er wäre der erste Mensch gewesen, der Werkzeug herstellte und benutzte, was sich jedoch als falsch herausstellte. H. habilis und Homo rudolfensis lebten in Afrika neben weitere Hominidenarten, wie die robusten Australopithecus boisei.

Nachstellung von Neandertalern (Foto: Andreas Sulz  / pixelio.de)

Nachstellung von Neandertalern (Foto: Andreas Sulz / pixelio.de)

Homo erectus lebte vor 1 bis 1,5 Millionen Jahren und war die erste hominide Spezies, die Afrika verließ. In Ostasien entwickelte sich aus dieser Art Homo florensis, auch Hobbit genannt, in Europa entwickelte sich Homo heidelbergensis beziehungsweise später der Neandertaler Homo neanderthalensis. In Afrika entwickelte sich vor 200 000 Jahren der moderne Mensch Homo sapiens, der ebenfalls aus Afrika herausströmte und in den Weiten der Welt auf die anderen Menschenspezies traf. Diese erneute Migration aus Afrika nennt man die Out-of-Africa Theorie.

Im Altaigebirge in Mittelasien fand man ebenfalls eine weitere menschliche Spezies, die Denisova-Menschen. Nach der Sequenzierung des Genoms der Neandertaler und der Denisova im Jahre 2010 konnte man feststellen, dass es zwischen diesen Menschenarten Austausche gab. Moderne Menschen und andere Arten lebten also nicht nur nebeneinander, sondern paarten sich auch miteinander.

Der Neandertaler verschwand vor ungefähr 40 000 Jahren und der Homo sapiens ist der letzte Überlebende der Gattung. Er hat sich in alle Bereiche der Welt ausgebreitet und wie keine andere Hominiden-Spezies zuvor sogar Australien und Amerika erreicht.

Dieser Artikel kann die aufregende Geschichte der Evolution des Menschen nur oberflächlich abdecken. Diese knappe Zusammenfassung ist nur der Anfang für jeden, der sich eingehender mit der Evolution des Menschen beschäftigen möchte.

Vorschau: Nächsten Monat geht es um unterschiedliche kognitive Wahrnehmung.

Die Wissenschaft des Kaffees

„Sprich mich morgens bloß nicht an, bevor ich nicht meinen Kaffee hatte!“, gibt so mancher als Warnung seinem Gegenüber mit, andere brauchen sogar gleich mehrere Tassen, um wach zu werden. Kein Wunder, zählt Kaffee zu den populärsten und am häufigsten konsumierten Getränken weltweit. Mit 162 Litern pro Kopf im Jahr 2014 trinkt der Deutsche mehr Kaffee als Bier. Viele Dinge geistern in den Köpfen der Menschen über das aromatische Getränk umher. Was stimmt davon? Ist Kaffee gesund oder ungesund?

Die Kaffeebohne ist eigentlich der Samen der Steinfrucht von einer Kaffeepflanze, welche entweder Coffea arabica oder Coffea canephora beziehungsweise robusta ist. Je nach Sorte und Varietät, wie auch Anbauort gibt es unterschiedliche Qualitätsstufen. Weltweit bauen über 50 Länder die Pflanze an, die Exporte und die Nachfrage und damit der Verbrauch steigen weiterhin an. Nach Öl ist Kaffee der am meist gehandelte Stoff der Welt. Der massenhafte Anbau führt auch zu Problemen.

Früher ging man davon aus, dass Kaffeekonsum dem Körper Wasser entziehen würde, was jedoch nicht stimmt. Kaffee ist eine komplexe Mischung aus über Tausend verschiedenen Substanzen. Neben Kohlenhydraten, Lipiden, Proteinen und freien Aminosäuren gibt es sekundäre Pflanzenstoffe, wie Alkaloide, Phenolcarbonsäuren, Röstprodukte, Vitamin B3 (Niacin) und Mineralstoffe. Einige dieser Substanzen besitzen antioxidative, antikarzinogene und antimutagene Eigenschaften.

Die morgentliche Tasse Kaffee (Foto: Andreas Morlok  / pixelio.de)

Die morgentliche Tasse Kaffee (Foto: Andreas Morlok / pixelio.de)

Für die anregende Wirkung ist natürlich das Koffein verantwortlich. Eine Kaffeebohne enthält etwa 0,8 bis 2,5 % Koffein. 1,3,7-Trimethylxanthin, so der chemische Name von Koffein oder auch Thein (Teein), ist eigentlich ein bitter schmeckendes, geruchloses, weißes Pulver, welches nicht nur aus Kaffeebohnen, sondern auch aus Teeblättern, der Kolanuss, dem Matebaum der Guaranapflanze und vielen weiteren Pflanzen extrahiert werden kann. Chemisch hat dieses Molekül Ähnlichkeit zum Neuromodulator Adenosin. Während Adenosin zur Absenkung des Blutdrucks und zu Müdigkeit führt, blockiert Koffein die Adenosinrezeptoren und führt zu einem wachen und aufmerksamen Zustand. Es wäre nahezu unmöglich durch Kaffeekonsum eine Überdosis Koffein zu sich zu nehmen und auch süchtig beziehungsweise körperlich abhängig machen, kann es technisch gesehen nicht. Denn es löst nicht das Belohnungszentrum im Gehirn aus. Trotzdem kann mit einem regelmäßigen Konsum mehr Koffein benötigen, um denselben Effekt zu erzielen, da das Gehirn mit der Bildung von mehr Adenosinrezeptoren reagiert hat. Es hat sich also eine Toleranz aufgebaut. Da Koffein eine Halbwertszeit von sechs Stunden hat, ist der Effekt ebenfalls nach dieser Zeit zur Hälfte verschwunden, weshalb man gerne nach einer weiteren Tasse greift. Die Abhängigkeit ist jedoch nicht mit Kokain oder Alkohol zu vergleichen, sondern eher mit Marihuana. Der Koffeinismus verursacht hauptsächlich psychische Störungen. Eine Entzugskur dauert aber nur wenige Tage, bis der Körper wieder normalisiert ist.

Die beste Strategie ist, Kaffee nicht sofort nach dem Aufstehen zu trinken, da der Cortisolspiegel dann zu hoch ist und dies die Wirkung des Koffeins beeinträchtigt. Kaffee sollte am Besten in den Zeiten über den Tag genossen werden, in denen der Cortisolspiegel nicht so hoch ist. Die Deutsche Gesellschaft für Ernährung rät, sich auf drei bis vier Tassen pro Tag zu beschränken. Denn Koffein stimuliert auch die Produktion von Adrenalin, was eine blutdrucksteigernde Wirkung hervorruft. Das Stressgefühl kann ebenfalls ansteigen. Da Koffein sich auch auf das Herz- und Kreislaufsystem auswirkt, war Kaffee lange im Verdacht, Herzprobleme hervorzurufen.

Nach einer neuen Untersuchung schadet Kaffee dem Herzen nicht, sondern könnte sogar gut für das Herz sein. Die Arterien von Menschen, die drei bis fünf Tassen Kaffee am Tag trinken, sind weniger verkalkt als die von Leuten, die wenig Kaffee trinken, ergab die Studie. In der letzten Zeit häufen sich die Entwarnungen und Kaffee zeigt mehr und mehr gesundheitliche Vorzüge. Es senkt das Risiko an einer Typ-2-Diabetes, Parkinson, Hautkrebs und einigen weiteren Krebsarten zu erkranken. Zuletzt wurde sogar nachgewiesen, dass das Getränk, auch entkoffeiniert, hilft, DNA Schäden vorzubeugen.

Kaffee ist also gesund – in Maßen. An alle, die sich etwas zu viel gönnen sei gesagt, dass bei 3 von 10 Menschen Kaffee abführend wirkt, was unter anderem an Chlorogensäure liegt. Also immer in Maßen trinken.

Wie die Schildkröte ihren Panzer bekam

Der Panzer der Schildkröte stellt eindeutig das auffallendste Merkmal dieser Tiere dar. Deshalb waren Biologen schon lange daran interessiert herauszufinden, wie er sich entwickelt hat. Welcher evolutionäre Druck führte zu diesem Phänomen? Studien der Morphologie und der Embryologie konnten nur zum Teil erklären, wie der einzigarte Körperbau zustande kommt. Erst in den letzten Jahren konnten Fossilienfunde weitere Puzzleteile zum Rätsel beisteuern. Der neuste Fund wurde nun in der Fachzeitschrift Nature beschrieben.

Frontansicht auf den Panzer: eine Karettschildkröte (Foto: Margit Völtz  / pixelio.de)

Frontansicht auf den Panzer: eine Karettschildkröte (Foto: Margit Völtz / pixelio.de)

Der Panzer macht 30% des Körpergewichtes einer Schildkröte aus. Er besteht aus massiven Knochenplatten, die einen Rippenkäfig bilden und sich aus dem Rückenpanzer (Carapax) und dem Bauchpanzer (Plastron) zusammensetzen. Er geht entwicklungsgeschichtlich aus den Wirbelbögen und Rippen hervor und der Schulterknochen hat sich dabei, im Gegensatz zu allen anderen Wirbeltieren, unter die Rippen geschoben. Die Atmung ist ebenfalls speziell angepasst und muss durch Muskelkraft der Extremitäten unterstützt werden.

Eunotosaurus war ein Reptil, welches vor 260 Millionen Jahren lebte und weite flache Rippen besaß. Dieses Tier besaß schon erste Anpassungen, zum Beispiel verlängerte Wirbel, ist aber noch weit von einer Schildkröte entfernt. Odontochelys ist das nächste Fossil in der Reihe. Es wurde 2008 gefunden und ist 220 Millionen Jahre alt. Das Reptil hatte einen bereits voll entwickelten Bauchpanzer. Doch durch diese 40 Millionen Jahre große Lücke konnte man nicht erklären, wie es zur Entwicklung eines kompletten Panzers kam.

Pappochelys, der neuste Fund, füllt die Lücke auf. Es bildet das morphologische Zwischenglied. Übersetzt „Großvater Schildkröte“, war das 240 Millionen Jahre alte Tier 20 Zentimeter groß und hatte noch Zähne, während heutige Schildkröten diese nicht mehr haben. Eine kurze spitze Schnauze und ein langer peitschenartiger Schwanz gehörten ebenfalls in sein Arsenal.

Der Schildkröten-Stammvater besaß paarige Knochen am Bauch, die mit den großen Rippen einen kompletten Käfig bildeten, der den Körper schützte. Außerdem kontrollierte es mit dem Gewicht der Knochen auch den Auftrieb im Wasser. Die Knochen im Bauch sind Bauchrippen, welche man auch bei Krokodilen finden kann. Dies ist der endgültige Beweis dafür, dass sich der Bauchpanzer der Schildkröten aus eben solchen Bauchrippen entwickelt hat und nicht, wie eine alternative Theorie besagte, aus Hautknochenplatten. Ebenfalls zeigt das Fossil, dass sich der Panzer im aquatischen oder semi-aquatischen Lebensstil entwickelte, da das Reptil in Seen lebte. Spätere Vertreter der Schildkröten, welche einen voll entwickelten Panzer besaßen, lebten wohl eher am Land.

Zusammengefasst bildet das neue Fossil Pappochelys eine neue Stufe in der Entwicklung des Schildkrötenpanzers. Man darf gespannt sein, ob in Zukunft weitere Fossilien gefunden werden.

Kontroverse Ernährungsmythen- den Fakten auf der Spur

Der Kampf darum, welche Ernährungsform die Gesündeste ist, hält an. Was sollen wir essen und was nicht? Kann man das heutzutage noch wissen? Während wir bereits geklärt haben, dass zu hoher Fleischkonsum ungesund ist, und die Debatte zwischen Veganern und Fleischessern mit Fakten unterlegt haben, bleiben allerdings noch einige weitere Punkte im Raum stehen. Diese nehmen wir uns heute vor.

Rohkost (Foto: Face2Face)

Einige Veganer gehen nämlich noch einen Schritt weiter. Sie essen nur noch Rohkost. Rohkost-Veganer essen nichts, was über 42°C erwärmt worden ist, da dies Enzyme zerstört. Allerdings brauchen wir zum Verdauen keine Enzyme von außen, da wir Verdauungsenzyme selbst herstellen können. Auch sind die wenigsten Vitamine hitzeempfindlich und beim Kochen verlieren die Vitamine B1, B5, B9, und C nur langsam ihren Wert. Tatsächlich war Kochen sehr wichtig für unsere Vorfahren, weil so unser Essen uns mehr Netto-Energie einbrachte (die Verwertbarkeit der Proteine in Eier steigt zum Beispiel an), Bakterien abgetötet werden konnten und auch Toxine zerstört werden (wie zum Beispiel bei Kartoffeln). Trotzdem besteht natürlich nicht bei allen Lebensmitteln die Notwendigkeit sie zu kochen. Obst und einige Gemüsesorten schmecken unbehandelt hervorragend.

Auch Milch ist in Verruf geraten. Während es früher noch „Milch macht stark“ hieß, heißt es heute, dass man die Finger davon lassen sollte. Das Kalzium in der Milch, so dachte man früher, stärkt die Knochen, doch dies konnte widerlegt werden. Andere Studien vermuten sogar eine Erhöhung der Knochenbrüchigkeit, was allerdings nicht belegt ist. Kritiker warnen also vor Osteoporose. Fest steht, bei erhöhtem Konsum von Milch und Milchprodukten erhöht sich das Risiko von Akne, Diabetes (Typ1) und Krebs (Brust-, Prostata- und Eierstockkrebs). Eine geringe Aufnahme von Milch (ca. 1 Glas pro Tag) wird jedoch weiterhin als gesund angesehen, dank der gesunden Fettsäuren erniedrigt sich das Risiko für Übergewicht, Diabetes (Typ2) und Krebs (Brustkrebs).

Ist man allergisch auf Laktose (Milchzucker) oder Casein (Milchprotein) sollte man Milch meiden. Tatsächlich verlieren alle Säugetiere nach dem Säuglingsalter langsam die Fähigkeit Laktose zu spalten, beziehungsweise das dafür notwendige Enzym (Laktase) zu produzieren. Erst beim Menschen entwickelte sich eine Laktose-Persistenz, eine genetische Mutation, die besonders in höheren geographischen Lagen entstand, weil dem Körper durch die Milch mehr Vitamin D zugeführt wurde. Laktose-Intoleranz findet sich aber noch bei 95 Prozent der Asiaten, 70 Prozent der Afrikaner, 53 Prozent der Südamerikaner und 15 Prozent der Kaukasier.

Auf Gluten sollte, ähnlich wie bei Lactose, nur der achten, der eine Allergie oder Unverträglichkeit – eine Zöliakie – besitzt. Um dies zu erfahren solltet ihr zu einem Arzt gehen, allerdings einem vertrauenswürdigem, da der neue Trend der IgG Allergie Tests ebenfalls falsche Ergebnisse erbringt. Ansonsten ist es vollkommen in Ordnung Gluten zu verspeisen.

Vitamin D befindet sich, wie bereits erwähnt, in Milch, aber auch in Fisch und Sojaprodukten. Eine Unterversorgung steht mit vielen Krankheiten, wie kardiovaskuläre Erkrankungen oder Autoimmunkrankheiten in Verbindung. Doch Vitamin D ist eigentlich kein Vitamin, da unser Körper es selbst herstellen kann: treffen Sonnenstrahlen auf unsere Haut, können Zellen diese Energie zur Herstellung von Vitamin D nutzen. Ein regelmäßiges Sonnenbad nehmen ist also sehr gesund.

Gerade in den nördlichen Graden im Winter kann kein Vitamin D gebildet werden und ob eine zusätzliche Einnahme von Nöten ist, ist Gegenstand einiger Diskussionen. Eigentlich könnte der Mensch sich einen Speicher im Sommer anlegen, den er über den Winter hindurch verbraucht, doch in unseren Gesellschaften ist bei einigen Bürgern die Sonnenexpositionszeit, die Zeit, die sie im Sonnenlicht verbringen, zu gering.

Die süße Versuchung: Zucker ist in vielen Lebensmitteln (Foto: Face2Face)

Zu viel Zucker ist definitiv ungesund. Und das Problem ist, dass in vielen Produkten im Supermarkt viel Zucker versteckt ist. Von zu viel Verzehr sollte man also absehen. Aspartam, das Süßungsmittel, welches man in Diät-Cola und ähnlichem findet, wird ebenfalls oft als krankmachend und krebserzeugend verunglimpft. Doch bisher gibt es keine Studien oder Befunde, die dies beweisen.

Besonders bei der Ernährung wird oft auf krebserzeugende Wirkungen verwiesen, auch wenn die echten Studien eigentlich nur eine Korrelation gefunden haben. Die Problematik liegt bei der Interpretation der wissenschaftlichen Befunde durch Nachrichtensender und Blogger. Dabei bedeutet eine Korrelation nicht immer einen kausalen Zusammenhang. Auch wird oft in der Umgangssprache von „Chemie“ in unserer Ernährung gesprochen, wenn industriell produzierte Zusätze gemeint sind. Und auch diese Zusätze bedeuten nicht automatisch einen tödlichen „Chemie- Cocktail“.

Um sich gesund zu ernähren, gibt es viele Wege. Es gilt eigentlich nur einige Grundregeln zu beachten. Hierzu sollte Ernährungsexperte David L. Katz zitiert werden: „Esst Gemüse, esst Obst, esst Vollkornprodukte, esst keine Fertigessen, und übertreibt es nicht mit Zucker, Fleisch und Milchprodukten. Das war’s. So einfach ist es.“ und „Einen frühzeitigen Tod stirbt derjenige, der sich schlecht ernährt, keinen Sport treibt, Übergewicht hat und raucht.“

Vorschau: In zwei Wochen gibt es kleine Weltverbesserertipps für den Alltag.