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.

Kartographie des Gehirns – Das Human Connectome Project

Das Gehirn – eine der kompliziertesten Strukturen der Natur. Es ist zu vielem fähig, zu denen selbst heutige Computer nicht fähig sind, wiegt durchschnittlich nur 1,4 kg und verbraucht doch große Teile unseres täglichen Energiebedarfs. Schätzungen zufolge besitzt das Gehirn 100 Milliarden Nervenzellen, deren Nervenbahnen aneinander gereiht 145-mal um die Erde reichen, und zehnmal so viele Gliazellen, die das Stützgewebe des Gehirns bilden. Dank der großen Plastizität und der ständigen Umstrukturierung sowie den Unterschieden zwischen einzelnen Menschen, ist es schwer das Gehirn zu untersuchen. Das Human Connectome Project versucht, alle Daten bezüglich des Gehirns zu sammeln und die neurologische Forschung voran zu treiben.

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

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

Das Gehirn bei Tieren und der Aufbau unseres Gehirns
Viele Tiere besitzen Ansammlungen von Nervenzellen, die einem Gehirn ähneln oder dessen Funktion haben. Doch anatomisch ist zum Beispiel das Strickleiternervensystem der Insekten und Krebse sehr unterschiedlich zu unserem Gehirn. Besonders das Gehirn eines Krakens oder Tintenfisches steht jedoch in der Komplexität ebenfalls sehr hoch. Das Gehirn, wie wir es kennen, ist allen Wirbeltieren gleich und besteht entwicklungsgeschichtlich aus zuerst drei, dann fünf Teilen: Das Nachhirn verbindet es zum Rückenmark, das Hinterhirn beinhaltet einen Querwulst namens Pons (für Brücke), der Querverbindungen aufweist, und das Kleinhirn, welches für Bewegung und Koordination verantwortlich ist. Zusammen mit dem Mittelhirn bilden diese Strukturen das Stammhirn, welches den stammesgeschichtlich ältesten Teil darstellt und unter anderem für Reflexe und Atmung zuständig ist. In das Zwischenhirn kommen die Nervenbahnen des Auges und es beinhaltet die Hormondrüsen, Zirbeldrüse und Hirnanhangsdrüse. Als Schaltstelle zwischen Nerven- und Hormonsystem reguliert das Zwischenhirn den Schlaf-Wachrythmus, Schmerz- und Temperaturempfinden, Hunger, Durst und den Sexualtrieb. Das in zwei Hälften (Hemisphären) aufgeteilte, stark gefurchte Großhirn ist das Bild, welches in unsere Köpfe springt, wenn wir an Gehirn denken. Es beinhaltet das limbische System, verantwortlich für Instinkte und Emotionen. Die Großhirnrinde, Teil der grauen Substanz, enthält die Nervenzellkerne und die darunterliegende weiße Substanz die Nervenfasern, ein Balken verbindet beide Hemisphären. Das Gehirn ist von drei Hirnhäuten umgeben und schwimmt in der Hirnflüssigkeit.
Einteilung des Großhirns
Das komplexe Großhirn besitzt viele Funktionen. Eine erste Unterteilung findet örtlich statt und vier Hirnlappen sind beschrieben. Dort finden sich wiederum Windungen (Gyrus) und Furchen (Sulcus). 1903 versuchte Neuroanatom Korbinian Brodman das Gehirn zu unterteilen und beschrieb 52 Regionen. Diese beinhalten zum Beispiel den motorischen und primär somatosensorischen Cortex. Das Wernicke Areal ist für das Verstehen von Sprache zuständig, das Broca Areal zur Produktion von Sprache. Hör-, Seh- und Geschmackszentren verarbeiten die jeweiligen Sinneseindrücke. Anhand der gesammelten Bilder des Human Connectome Projects, erstellt durch MRI (Magnetresonanz- Ttomographie) konnte nun eine Publikation das Gehirn weiter einteilen. Die Arbeitsgruppe benennt 180 Areale pro Hemisphäre und sorgt nun für eine noch nie dagewesene detailreiche Kartographierung des Gehirns. Diese kann helfen ein größeres Verständnis über Gehirnentwicklung, verschiedenste Krankheiten und Altern zu bekommen.

Molekularbiologische Revolutionen: von der PCR bis zum CRIPR/Cas Gene Editing

Die Modernisierung verändert unser aller Alltag in einer ungeheuren Geschwindigkeit. Noch vor 40 Jahren waren Computer raumgroß und heute hat jeder ein Gerät in seiner Tasche, kann ohne Probleme auf das Internet zugreifen und somit zur Ansammlung jeglichen Wissens der Menschheit. Und wie im Alltag, so verbessert die Technik auch die Möglichkeiten in der Forschung. Hier sind die drei größten Revolutionen, die die Molekularbiologie in den letzten Jahrzehnten erfahren hat:

Ausstattung in jedem Labor: PCR Maschinen (Foto: Föhr)

Ausstattung in jedem Labor: PCR Maschinen (Foto: Föhr)

PCR
Die Polymerase-Kettenreaktion ist ein Verfahren zur exponentiellen Vervielfältigung (Amplifikation) von DNA. Diese Methode stellte eine Revolution in der Molekularbiologie dar und ist die Grundlage für viele Experimente. Durch die PCR wurden Vaterschaftstests, Entdeckungen von Erbkrankheiten und der genetische Fingerabdruck möglich. Mit der sogenannten Reversen Transkription kann man zusätzlich sehen, welche Gene in welchen Zellen an – oder ausgeschaltet sind. Heutzutage kann mit Hilfe interkalierender fluoreszierender Farbstoffe die Vervielfältigung der DNA direkt beobachtet werden, weshalb diese Technik auch Real-Time PCR heißt.

Genomsequenzierung

Es folgte die Sequenzierung der DNA nach Sanger, bei denen zu sehen war, welche DNA-Basen in welcher Reihenfolge vorhanden waren. Das Human Genome Project setzte sich in den 90er Jahren das Ziel das gesamte Genom des Menschens zu entschlüsseln und alle Gene zu identifizieren. 2001 wurde die vollständige Sequenzierung verkündet. Es fanden sich nur 30 000 Gene, statt der erwarteten 100 000. Gleichzeitig wurde aber auch bekannt, dass das Genom komplexer ist, als bisher vorgestellt.Früher dachte man, dass ein Gen auch ein bestimmtes Protein codiert, doch heute ist klar, dass ein Gen für viele mögliche Variationen eines Proteins codieren kann oder es auch Gene gibt, die für kein Gen codieren, sondern für RNAs, die verschiedenste Aufgaben haben können. Außerdem gibt es viele Wechselwirkungen und Rückkopplungen.  Die Technik verbesserte sich, das Neanderthaler Genom wurde sequenziert und es folgten sehr viele Tiere. Heutzutage haben Folgeprojekte tausende menschliche Genome sequenziert. Anhand all dieser Daten können nun durch den Vergleich Risikofaktoren für Krankheiten entdeckt werden und Rückschlüsse auf die Evolution gezogen werden.

CRIPR/Cas Gene Editing

Durch die PCR wurde auch die Klonierung von Genen möglich. Hier werden Gene von einem Organismus isoliert und in andere Organismen eingepflanzt. Dies unterscheidet sich vom Klonen ganzer Organismen. Durch solche Klonierungen wurde die massenhafte Produktion von Proteinen möglich, die als Arzneistoffe dienen, wie zum Beispiel Insulin. Nun soll eine neue Entdeckung eine weitere Revolution hervorbringen. Mit dem CRIPR/Cas System ist es möglich das Genom von nahezu jedem Organismus mit nie da gewesener Einfachheit zu modifizieren. Das Potential zur Krankheitsbekämpfung ist groß, und erste klinische Tests sollen am Menschen durchgeführt werden. Aber noch größer ist das Potential im Labor zur Erforschung verschiedener Gene. Die Komplexität des Genoms könnte hierdurch nach und nach entschlüsselt werden. Die Zukunft wird zeigen, wie schnell sich die Forschung weiter entwickelt.

Vorschau: Nächsten Monat geht es um eine neue, detailierte Karte des Gehirns.

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.

Abhängigkeit und Sucht- Selbstverschuldung oder Gehirnkrankheit?

Illegale Drogen: Der World Drug Report 2016 (Foto: Bernd Kasper  / pixelio.de)

Illegale Drogen: Der World Drug Report 2016 (Foto: Bernd Kasper / pixelio.de)

Der World Drug Report 2016 der Vereinten Nationen ist erschienen und besagt, dass 29 Millionen Menschen weltweit an den Folgen illegaler Drogen und deren Bekämpfung leiden und es 207 000 Drogentote gab (alle Daten beziehen sich im Bericht auf 2014). Die Debatten können hiermit befeuert werden, denn der Bericht bezieht sich nur auf illegale Drogen und gerade deren Bekämpfung und die damit entstehende Korruption und Gewalt führt, so einige Stimmen, zu vielen Tötungsdelikten. In Deutschland gibt es seit längerem die Debatte, ob Cannabis legalisiert werden sollte, doch die Drogenbeauftragte der Bundesregierung, Marlene Mortler, ist dagegen. Doch auch die legalen Drogen müssen in Betracht gezogen werden, denn sie verursachen mehr Tote und machen teilweise abhängiger, als viele illegale Drogen. Doch selbst bei Alkohol und Tabak geht es den meisten Konsumenten im Alltag gut und nur wenige sind wirklich süchtig. Doch ab wann macht etwas dann abhängig? Wann wird man süchtig?

Was ist Sucht?

Computerspielsucht: kommt häufiger vor, als man denkt (Foto: Bernd Kasper  / pixelio.de)

Computerspielsucht: kommt häufiger vor, als man denkt (Foto: Bernd Kasper / pixelio.de)

Abhängigkeit ist charakterisiert durch ein zwanghaftes Verlangen nach belohnenden Stimuli, ungeachtet nachteiliger Konsequenzen. Die Sucht tritt durch ein wiederholtes Aussetzen zu diesen Stimuli auf, welche als positiv und begehrenswert wahrgenommen werden und somit auch die Wahrscheinlichkeit eines wiederholten Aussetzens erhöhen. Es gibt eine substanzabhängige Abhängigkeit, bei der  eine Substanz diese positiven Stimuli auslöst. Zu diesen Substanzen gehören die meisten Drogen und der Körper entwickelt eine Toleranz gegenüber diesen Substanzen, sodass man irgendwann für den gleichen Effekt eine höhere Dosis braucht. Es gibt aber auch einen schädlichen Gebrauch von nicht abhängig machenden Substanzen. Diese Abhängigkeit ist eine Zwangsstörung und umfasst den Missbrauch von Arzneimitteln, Antidepressiva oder Steroiden. Auch eine substanzungebundene Abhängigkeit ist möglich und bezieht sich auf Glücksspiel, Computerspiele – und Internetsucht, Sexsucht, Pornographie, Arbeitszwang, Kaufzwang,  Extremsport und sogar exzessives Sporttreiben. Selbst intensive romantische Liebe zeigt die gleichen Symptome. All diesen Beispielen gemeinsam ist eine Störung der Impulskontrolle, bei dem die Kräfte des Verstandes dem Verlangen untergeordnet werden und es können physische und/oder psychologische Absetzerscheinungen bzw. Entzugssymptome auftreten.

Die Rolle des Gehirns

In den letzten Jahrzehnten unterstütze die Forschung die Sicht, dass Abhängigkeit eine Gehirnkrankheit ist. Die charakteristischen, zwanghaften Verhaltensweisen können immer besser zur Neurologie  verknüpft werden. Durch chronische Aussetzung zu einem suchterzeugenden Stimulus, kommt es im Belohnungszentrum des Gehirns zu transskriptionalen und epigenetischen Veränderungen und einer Desensibilisierung der Neuronenschaltkreise, die die Möglichkeit Vergnügen zu empfinden dämpfen und die Motivation senken, alltäglichen Aktivitäten nachzugehen.

Krankheit oder Wahl Dichotomie

Doch inwieweit ist die Person das Problem? Welche Wahl hat das Individuum, welchen Einfluss und kann man fehlende Selbstkontrolle verantwortlich machen? Es gibt viele Fälle von Süchtigen, die ohne medizinische Behandlung ihrer Sucht Herr werden und es gibt einige Stimmen, die besagen, dass psychosoziale Faktoren und das soziale Umfeld einzelner Personen den größten Faktor ausmachen und somit gar nicht zu einer Sucht führen oder zumindest, so andere, bei der Genesung stark helfen. Sucht ist kein Randproblem der Gesellschaft und ist auch kein eindimensionales Problem, sondern funktioniert auf vielen Leveln. Das Wichtigste ist, dass Süchtigen besser geholfen wird, sie nicht eingesperrt und von der Gesellschaft ausgegrenzt werden, sondern, dass man sich um sie kümmert. Und vielleicht kann die Neurologie durch weitere  Forschungen einen Erfolg beschleunigen.

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.

Psychoaktive Drogen- illegale Partysubstanzen oder effektive Medikamente

Für manche Menschen sind sie unabdingbar für eine Party, andere betrachten sie als gefährlich abhängig machend. Wer sich morgens um 7 Uhr in Amsterdam noch in der Innenstadt herumgetrieben hat, bekam sie wahrscheinlich von dubiosen Gestalten in jeglicher Form und Variation angeboten. Die Rede ist von psychoaktiven Substanzen. Doch die Wissenschaft ist sich einig, dass diese Substanzen effektive Therapien für viele psychische Krankheiten versprechen und eben nicht zu solchen mentalen Störungen führen, wie man früher angenommen hatte.

LSD und Pilze

LSD, welches für Lysergsäuredimethylamid steht und dessen halluzinogene Wirkung vom Schweizer Chemiker Albert Hofmann 1943 entdeckt wurde. Weniger gefährlich als noch vor 50 Jahren verschrien, konnten klinische Studien zeigen, dass es bei Alkoholproblemen hilft. Es mindert Symptome von Psychosen und Ängsten und hat sogar Effekte auf das Immunsystem. Ähnlich wie LSD wirkt Psilocybin, das Halluzinogen, welches in den sogenannten Magic Mushrooms zu finden ist. Studien zeigten, dass es bei Abhängigkeit von Alkohol sowie beim Rauchen hilft. Der Einfluss auf die Stimmung macht es ebenfalls zu einem Mittel gegen Depression und Zwangsstörungen.

Ketamin und MDMA

Droge oder Medizin (Foto: Bernd Kasper / pixelio.de)

Droge oder Medizin (Foto: Bernd Kasper / pixelio.de)

Auch Ketamin, welches als starkes Anästhetikum eingesetzt wurde, zeigte diese Einflüsse auf die Stimmung und erste klinische Studien zeigen, dass es wirkt. MDMA, das Methamphetamin, welches auch der Hauptwirkstoff in Ecstasy ist, zeigt ebenfalls Einflüsse auf Ängste und Stimmung und wurde schon früher in der Psychotherapie eingesetzt. Eine Langzeitstudie zeigt, dass es bei Posttraumatischer Belastungsstörung, ein psychisches Trauma, welches unter PTSD bekannt und man zum Beispiel von heimkehrenden Soldaten kennt, hilft. Deshalb wird es nun in weiteren klinischen Studien getestet.

Hilfe bei psychischen Krankheiten

Viele dieser psychoaktiven Drogen helfen bei ähnlichen mentalen Problemen und psychischen Krankheiten. Sie wirken oft auf das Gehirn, besonders auf den Rezeptor für den Neurotransmitter Serotonin. Wissenschaftler untersuchten die Veränderungen im Gehirn von Menschen, die psychoaktive Drogen nahmen, durch Magnetresonanzscans. Man kann sich das so vorstellen, dass diese Halluzinogene die starren Strukturen, welche sich im mit dem Älterwerden ansammeln, im Gehirn temporär auflockern. Dies kann die Zyklen von Sucht oder Depression aufrütteln. Cannabis zählt ebenfalls zu diesen psychoaktiven Substanzen. Jedoch beschäftigen wir uns damit ein anderes Mal genauer.

Vorschau: Nächsten Monat geht es um den wissenschaftlichen Stand zu Cannabis.

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.