Wie Meeressaeuger ihre Luft anhalten


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Cartoon representation of Myoglobin (blue) with heme group (orange) (Photo credit: Wikipedia)

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Spezialisiertes Protein
Wie Meeressäuger ihre Luft anhalten
Wissenschaft Heute, 08:00
Wenn Wale tauche, speichern sie Sauerstoff in ihren Muskeln. Wenn Wale tauche, speichern sie Sauerstoff in ihren Muskeln. (Bild: TEIT HORNBAK/KEYSTONE)
Tauchende Säugetiere verfügen über Sauerstoffdepots in ihren Muskeln. Eine neue Studie zeigt auf, dass die Oberflächenladung des Proteins Myoglobin diese Speicherung ermöglicht.

http://www.nzz.ch/wissen/wissenschaft/wie-meeressaeuger-ihre-luft-anhalten-1.18101246#

Ist ein Mensch unter Wasser, kann er die Luft nur einige Minuten anhalten. Ganz andere Werte erreichen dagegen die Tauchexperten unter den Säugetieren. Pottwale zum Beispiel verbringen problemlos mehr als eine Stunde in den Tiefen des Meeres, um Riesenkalmare zu jagen. Die Körper von Meeressäugern sind für solche Rekordwerte geschaffen. Während eines Tauchgangs verlangsamen sie ihre Herzfrequenz und verlagern das Blut von den Extremitäten ins Gehirn. Damit ihr Bewegungsapparat dennoch funktionstüchtig bleibt, verfügen sie zudem über spezielle Sauerstoffdepots in den Muskeln. Eine neue Studie eines internationalen Forscherteams zeigt nun erstmals auf, unter welchen Bedingungen diese Speicherung im Muskelgewebe überhaupt möglich ist.¹
Die Muskeln der meisten Meeressäuger enthalten besonders viel Myoglobin, ein sauerstoffbindendes Protein. Die Farbe des Muskelfleischs von Walen weist darauf hin. Das Fleisch erscheint fast schwarz, weil das dunkelrot gefärbte Myoglobin darin so konzentriert ist. Proteine neigen aber bei hohen Konzentrationen dazu, zusammenzuklumpen. Bisher war unklar, warum das Myoglobin in den Muskeln der Meeressäuger dadurch nicht seine Funktion verliert. Um dieses Rätsel zu lösen, untersuchten die Forscher um Michael Berenbrink vom Institut für integrative Biologie der Universität Liverpool die elektrische Ladung an der Oberfläche des Myoglobins verschiedener Tierarten. Sie fanden heraus, dass die Ladung bei den Proteinen von Säugetieren, die lange tauchen können, aufgrund besonderer Aminosäurenabfolgen deutlich erhöht ist. Die Proteine würden dadurch einander abstossen, so wie es gleichgepolte Magnete täten, sagt Berenbrink. Wale und andere tauchende Säugetiere können so besonders viel Sauerstoff in ihren Muskeln speichern, ohne dass das Myoglobin verklumpt.
Die Wissenschafter verglichen die maximalen Tauchzeiten und den Myoglobin-Wert im Muskelgewebe von 130 Tierarten. Sie untersuchten unter anderem Landbewohner wie den mächtigen Elch, von dem bekannt ist, dass er rund 45 Sekunden tauchen kann, oder die winzige Wasserspitzmaus, die gerade einmal 16 Gramm wiegt. Aber auch der Rekordhalter der tauchenden Säugetiere fehlte nicht: der See-Elefant, der bis zu zwei Stunden unter Wasser bleiben kann. Sie seien überrascht gewesen, nicht nur bei Walen und Robben, sondern auch bei semiaquatischen Tieren wie Bibern, Bisamratten und Wasserspitzmäusen auf ähnliche Myoglobin-Signaturen zu stossen, sagt Berenbrink. Weil diese Tiere von unterschiedlichen Linien abstammen, muss das System des besonders stark positiv geladenen Myoglobins in der Evolution mehrere Male unabhängig entstanden sein.
Mithilfe des genetischen Stammbaums der Säugetiere verfolgten die Forscher zudem die Myoglobin-Signaturen längst ausgestorbener Tierarten zurück und errechneten, wie gute Taucher sie waren. So wiesen die Forscher einen gemeinsamen, amphibisch lebenden Vorfahren der Seekühe, Schliefer und Elefanten nach, der vor rund 65 Millionen Jahren in seichten Gewässern Afrikas tauchte.
Womöglich erklärt die neue Entdeckung sogar menschliche Besonderheiten. Berenbrink und seine Kollegen wollen zukünftig die Myoglobin-Struktur indigener Menschen untersuchen, die eine lange Tauchtradition haben. Dazu zählen die Bajau in Südostasien, die bis zu fünf Minuten tauchen, um Fische zu fangen. Diese Lebensform könnte sich auf die Funktionsweise ihres Myoglobins ausgewirkt haben.
¹ Science, Online-Publikation vom 14. Juni 2013.

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