Viel Auge für wenig Licht

Deutsch-tschechisches Forscherteam entdeckt eine ungewöhnliche Zusammenstellung von Lichtsinneszellen bei unterirdisch lebenden Nagetieren

Ein Forscherteam vom Max-Planck-Institut für Hirnforschung in Frankfurt, der Universität Duisburg-Essen sowie von der Prager Karls-Universität hat jetzt entdeckt, dass die Augen unterirdisch lebender afrikanischer Mulle (Sandgräber), entgegen bisherigen Annahmen, eine recht normal entwickelte Netzhaut besitzen mit einem hohen Anteil einer bestimmten Form von Lichtsinneszellen, den so genannten Zapfen. Diese sind eigentlich für das Sehen bei Tageslicht zuständig, und ihr Nutzen in der lichtlosen Welt der Mulle ist für die Wissenschaftler daher äußerst rätselhaft. Während bei anderen Säugetieren, wie auch den Menschen, ein grün-empfindliches Zapfenpigment dominiert, enthalten die meisten Zapfen der Mulle ein blau-empfindliches Sehpigment. Die Dichte der für das Dämmerungs- und Nachtsehen zuständigen Lichtsinneszellen, der Stäbchen, ist bei den Mullen viel geringer als bei oberirdisch lebenden Nagern. Diese im European Journal of Neuroscience im März 2004 veröffentlichten Befunde stellen die gängigen Vorstellungen vom Sehorgan unterirdisch lebender Säuger in Frage.

Bemerkenswert viele Säugetiere sind während der Evolution zu einer vollständig oder teilweise unterirdischen Lebensweise übergegangen – fast 300 Arten von Nagetieren, Insektenfressern und Beuteltieren. Vermutlich als evolutionäre Anpassung an den lichtlosen Lebensraum besitzen die meisten dieser unterirdisch lebenden Arten zurückgebildete kleine Augen; viele werden als blind erachtet. Die afrikanischen Mulle (Sandgräber, Bathyergidae) gehören zu jenen Nagern, die nach gegenwärtigem Kenntnisstand ihr Leben vollständig im Untergrund verbringen. Die Tiere ernähren sich von Wurzeln und Knollen, zu denen sie Suchgänge graben, und ziehen auch ihre Jungen unterirdisch auf. Die Augen sind klein, je nach Art 1,5 bis 2,5 Millimeter im Durchmesser. Leo Peichl vom Max-Planck-Institut für Hirnforschung in Frankfurt/Main, Pavel Nemec von der Prager Karls-Universität und Hynek Burda von der Universität Duisburg-Essen haben die Augen von drei Arten, dem Graumull Cryptomys anselli, dem Riesengraumull C. mechowi und dem Nacktmull Heterocephalus glaber, genauer untersucht und dabei Erstaunliches gefunden.

Die Netzhaut (Retina) der Augen war anatomisch normal entwickelt und zeigte keine auffälligen Rückbildungen. Im Gegenteil: Die Forscher fanden einen ungewöhnlich hohen Anteil von zehn Prozent Zapfen unter den Lichtsinneszellen. Nachtaktive oberirdisch lebende Nager wie Ratte und Maus haben einen Zapfenanteil von nur ein bis drei Prozent – was nicht verwundert, denn bei Mond- bzw. Sternenlicht sprechen diese Sinneszellen noch nicht an. Selbst die meisten tagaktiven Säugetiere kommen mit fünf bis zwanzig Prozent Zapfen aus. Warum sollten die im Dauerdunkel lebenden Mulle so hoch in die Zapfen investieren, die doch nur bei Tageslicht aktiv sind? Die Mehrheit der Lichtsinneszellen sind bei allen nachtaktiven und den meisten tagaktiven Säugetieren die Stäbchen, die für das Sehen bei geringen Helligkeiten zuständig sind. Hier erweisen sich die Mulle als weniger gut ausgestattet: Ihre Stäbchendichte ist nur ein Viertel so hoch wie etwa die der Maus. Warum sparen die Mulle ausgerechnet an den lichtempfindlicheren Stäbchen?

Eine weitere Überraschung erlebten die Forscher, als sie die Sehpigmente der Zapfen untersuchten. In der Regel enthält die Netzhaut der meisten Säuger zwei spektrale Zapfentypen: zu etwa 90 Prozent sind es grünempfindliche Zapfen, lediglich 10 Prozent sind blauempfindlich. Das ermöglicht ein passables, so genanntes dichromatisches Farbensehen. Bei den Mullen hingegen enthalten etwa 90 Prozent der Zapfen das blauempfindliche Sehpigment, die übrigen 10 Prozent sind reine Grün-Zapfen. Die Mulle sind die ersten Säugetiere, bei denen eine solch radikale Umkehr des Mischungsverhältnisses von grünem und blauem Zapfenpigment beobachtet wurde.

Keine dieser bei den Mullen gefundenen Besonderheiten (hoher Anteil an Blau-Zapfen, geringe Anzahl an Stäbchen) passt zur These vom generellen Rückbau der Netzhaut in Anpassung an den lichtlosen unterirdischen Lebensraum. Evolutionsbiologen gehen nämlich davon aus, dass nicht gebrauchte Strukturen abgebaut werden, weil sie unnötig Stoffwechselenergie kosten – Überflüssiges leistet sich die Natur nicht. Eher würde man diese Besonderheiten also als Spezialisierungen für besondere visuelle Aufgaben interpretieren. Was diese Sehleistungen sein könnten, müssen zukünftige Verhaltensversuche und Freilandstudien zeigen. Vielleicht verlassen die Tiere doch ab und zu ihre unterirdischen Lebensräume? Noch weiß man zu wenig über die visuellen Herausforderungen und Leistungen der Mulle. Die Hypothese der generellen, konvergenten Reduktion des Sehorgans bei unterirdisch lebenden Säugern steht jetzt jedenfalls auf dem Prüfstand.

Originalveröffentlichung:

Leo Peichl, Pavel Nemec und Hynek Burda
Unusual cone and rod properties in subterranean African

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Prof. Dr. Leo Peichl
Max-Planck-Institut für Hirnforschung, Frankfurt/Main
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E-Mail: peichl@mpih-frankfurt.mpg.de