Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Das evolutionäre Rätsel des Säugetierohrs

27.05.2020

Wie konnte sich das Ohr der Säugetiere – mit seinen kleinsten Knöchelchen des Skelettes – an die unterschiedlichsten Funktions- und Umweltbedingungen am Land, im Wasser und an der Luft anpassen? Dieses Rätsel versuchen Evolutionsbiolog*innen um Philipp Mitteröcker von der Universität Wien zu lösen. Ihr Fazit: Die Integration der Knochen des ursprünglichen Kiefergelenks in das Ohr der Säugetiere hat die evolutionäre Freiheit für eine unabhängige Anpassung des Ohres erst möglich gemacht.

Das Ohr der Wirbeltiere ist eine außergewöhnliche Struktur. Eng eingekapselt in den dichtesten Knochen des Skeletts, umfasst es die kleinsten Knochen – die Gehörknöchelchen – und ist Ursprung des Gehör- und Gleichgewichtssinns. Es ist auch an der Aufrechterhaltung von Kopf- und Körperhaltung sowie der Blickstabilisierung bei Kopfbewegungen beteiligt.


Die Gehörknöchelchen (hellblau) übertragen Geräusche ins Innenohr (lila), sowohl bei Säugetieren (links) als auch bei Vögeln (rechts). Von den drei Gehörknöchelchen der Säugetiere (Hammer, Amboss und Steigbügel) korrespondiert der Steigbügel (S) zur Columella (C), dem einzigen Gehörknöchelchen der Vögel. Hammer (M) und Amboss (I) sind aus den ursprünglichen Kiefergelenksknochen evolviert.

Illustration Ohr (©Anne Le Maître)

Nirgendwo sonst im Wirbeltierskelett sind so verschiedene funktionelle Einheiten derart eng aneinandergereiht, was eine unabhängige Evolution der einzelnen Ohrkomponenten erschwert.

Erschwerte evolutionäre Bedingungen

Auch das Wachstumsmuster des Ohrs weicht von dem des restlichen Skeletts ab: Bei Menschen und anderen Säugetieren erreichen das Innen- und Mittelohr bereits vor oder sehr früh nach der Geburt ihre endgültige Größe.

Dies erschwert zusätzlich die evolutionäre Veränderung des Ohres, da die nachgeburtliche Entwicklung wesentlich zu den Unterschieden zwischen vielen Säugetierarten beiträgt.

Dies alles macht es rätselhaft, wie Säugetiere in der Lage waren, als vorwiegend nachtaktive und auf das Hören angewiesene Gruppe eine so große Vielfalt von ökologischen Nischen im Wasser, an Land, unter der Erde und in der Luft zu besiedeln.

Denn diese verschiedenen Lebensweisen benötigen nicht nur Anpassungen der Hörfähigkeiten, sondern auch eine erstaunliche Diversität der Fortbewegung und Körperhaltung. Wie konnten sich die verschiedenen, eng miteinander verbundenen Teile des Ohrs unabhängig voneinander an diese unterschiedlichen Funktions- und Umweltbedingungen anpassen?

Transformation des Kiefergelenks in das Ohr

Trotz seiner ähnlichen Funktion besteht das Ohr bei Säugetieren, Vögeln und Reptilien aus verschiedenen Knochenelementen. Bei Vögeln und Reptilien besteht der Unterkiefer und dessen Gelenk aus mehreren Knochen und lediglich ein einziges Gehörknöchelchen überträgt den Schall.

Im Gegensatz dazu haben heute lebende Säugetiere drei Gehörknöchelchen – Hammer, Amboss und Steigbügel – und einen Knochen (Ectotympanon), der das Trommelfell trägt, die alle vom Kiefer getrennt sind.

"Diese evolutionäre Transformation des ursprünglichen Kiefergelenks in die Gehörknöchelchen von Säugetieren ist einer der herausragendsten Schritte der Wirbeltierevolution. Warum diese komplexe Veränderung stattgefunden hat, ist weitgehend unklar", so Philipp Mitteröcker vom Department für Evolutionsbiologie der Universität Wien.

Fähigkeit zur adaptiven Evolution

Mitteröcker und eine Gruppe von Forscher*innen der Universität Wien und des Konrad-Lorenz-Instituts für Evolutions- und Kognitionsforschung suchten eine Erklärung für dieses evolutionäre Rätsel.

Ihre Hypothese: Die Integration der Knochen des ursprünglichen Kiefergelenks in das Ohr der Säugetiere hat – zusätzlich zur direkten Verbesserung von Kauen und Hören – auch die "Evolvierbarkeit" (die Fähigkeit zur adaptiven Evolution) des Ohrs und die damit verbundenen sensorischen Funktionen erhöht.

Damit steigerte sich die Zahl der genetischen und entwicklungsbedingten "Knöpfe", an denen die natürliche Selektion „drehen“ kann, und in Folge auch die evolutionäre Freiheit für eine unabhängige Anpassung der verschiedenen Komponenten des Ohrs.

"Nur so konnte die erfolgreiche Anpassung der Säugetiere an die zahlreichen ökologischen Nischen gelingen. Säugetiere entwickelten im Vergleich zu Vögeln tatsächlich eine viel größere morphologische und funktionelle Vielfalt und sogar evolutionäre Neuheiten – und dies, obwohl Vögel in ihrer Artenzahl vielfältiger sind als Säugetiere ", schließt Philipp Mitteröcker.

Publikation in Evolutionary Biology
Anne Le Maître, Nicole D.S. Grunstra, Cathrin Pfaff, Philipp Mitteroecker
„Evolution of the mammalian ear: An evolvability hypothesis“
DOI: https://doi.org/10.1007/s11692-020-09502-0

Wissenschaftliche Ansprechpartner:

Philipp Mitteröcker
Department für Evolutionsbiologie
Universität Wien
1090 Wien, Althanstraße 14
philipp.mitteroecker@univie.ac.at

Alexandra Frey | Universität Wien
Weitere Informationen:
http://www.univie.ac.at/

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Der sechste Sinn der Tiere: Ein Frühwarnsystem für Erdbeben?
03.07.2020 | Max-Planck-Gesellschaft zur Förderung der Wissenschaften e.V.

nachricht Wirkstoffe aus Kieler Meeresalgen als Mittel gegen Infektionen und Hautkrebs entdeckt
03.07.2020 | GEOMAR Helmholtz-Zentrum für Ozeanforschung Kiel

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Biowissenschaften Chemie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Ein neuer Weg zur superschnellen Bewegung von Flussschläuchen in Supraleitern entdeckt

Ein internationales Team von Wissenschaftern aus Österreich, Deutschland und der Ukraine hat ein neues supraleitendes System gefunden, in dem sich magnetische Flussquanten mit Geschwindigkeiten von 10-15 km/s bewegen können. Dies erschließt Untersuchungen der reichen Physik nichtlinearer kollektiver Systeme und macht einen Nb-C-Supraleiter zu einem idealen Materialkandidaten für Einzelphotonen-Detektoren. Die Ergebnisse sind in Nature Communications veröffentlicht.

Supraleitung ist ein physikalisches Phänomen, das bei niedrigen Temperaturen in vielen Materialien auftritt und das sich durch einen verschwindenden...

Im Focus: Elektronen auf der Überholspur

Solarzellen auf Basis von Perowskitverbindungen könnten bald die Stromgewinnung aus Sonnenlicht noch effizienter und günstiger machen. Bereits heute übersteigt die Labor-Effizienz dieser Perowskit-Solarzellen die der bekannten Silizium-Solarzellen. Ein internationales Team um Stefan Weber vom Max-Planck-Institut für Polymerforschung (MPI-P) in Mainz hat mikroskopische Strukturen in Perowskit-Kristallen gefunden, die den Ladungstransport in der Solarzelle lenken können. Eine geschickte Ausrichtung dieser „Elektronen-Autobahnen“ könnte Perowskit-Solarzellen noch leistungsfähiger machen.

Solarzellen wandeln das Licht der Sonne in elektrischen Strom um. Dabei wird die Energie des Lichts von den Elektronen des Materials im Inneren der Zelle...

Im Focus: Electrons in the fast lane

Solar cells based on perovskite compounds could soon make electricity generation from sunlight even more efficient and cheaper. The laboratory efficiency of these perovskite solar cells already exceeds that of the well-known silicon solar cells. An international team led by Stefan Weber from the Max Planck Institute for Polymer Research (MPI-P) in Mainz has found microscopic structures in perovskite crystals that can guide the charge transport in the solar cell. Clever alignment of these "electron highways" could make perovskite solar cells even more powerful.

Solar cells convert sunlight into electricity. During this process, the electrons of the material inside the cell absorb the energy of the light....

Im Focus: Das leichteste elektromagnetische Abschirmmaterial der Welt

Empa-Forschern ist es gelungen, Aerogele für die Mikroelektronik nutzbar zu machen: Aerogele auf Basis von Zellulose-Nanofasern können elektromagnetische Strahlung in weiten Frequenzbereichen wirksam abschirmen – und sind bezüglich Gewicht konkurrenzlos.

Elektromotoren und elektronische Geräte erzeugen elektromagnetische Felder, die bisweilen abgeschirmt werden müssen, um benachbarte Elektronikbauteile oder die...

Im Focus: The lightest electromagnetic shielding material in the world

Empa researchers have succeeded in applying aerogels to microelectronics: Aerogels based on cellulose nanofibers can effectively shield electromagnetic radiation over a wide frequency range – and they are unrivalled in terms of weight.

Electric motors and electronic devices generate electromagnetic fields that sometimes have to be shielded in order not to affect neighboring electronic...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

Internationale Konferenz QuApps zeigt Status Quo der Quantentechnologie

02.07.2020 | Veranstaltungen

Virtuelles Meeting mit dem BMBF: Medizintechnik trifft IT auf der DMEA sparks 2020

17.06.2020 | Veranstaltungen

Digital auf allen Kanälen: Lernplattformen, Learning Design, Künstliche Intelligenz in der betrieblichen Weiterbildung, Chatbots im B2B

17.06.2020 | Veranstaltungen

VideoLinks
Wissenschaft & Forschung
Weitere VideoLinks im Überblick >>>
 
Aktuelle Beiträge

Der sechste Sinn der Tiere: Ein Frühwarnsystem für Erdbeben?

03.07.2020 | Biowissenschaften Chemie

Effizient, günstig und ästhetisch: 
Forscherteam baut Elektroden aus Laubblättern

03.07.2020 | Energie und Elektrotechnik

Ein neuer Weg zur superschnellen Bewegung von Flussschläuchen in Supraleitern entdeckt

03.07.2020 | Physik Astronomie

Weitere B2B-VideoLinks
IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics