Larve der Hemidactylium abgeschirmt Lungenloser Salamander. (Zachary R. Lewis) Lunge. Wir können ohne sie nicht leben, ebenso wenig wie die meisten Tiere, die ihr Skelett im Inneren tragen. Allerdings kümmern sich einige außergewöhnliche Amphibien nicht mehr um diese empfindlichen, schleimigen Organe.
Wissenschaftler haben herausgefunden, dass einige lungenlose Tiere zunächst mit dem Wachstum dieser Atmungsorgane beginnen und sich dann in ihrem Entwicklungsprozess eine Sinnesänderung vollzieht.
Diese Tiere, die plethodontide Salamander , sind seit mindestens 25 Millionen Jahren mit der Lungenlosigkeit davongekommen, indem sie stattdessen durch ihre schleimige Haut und ihr Mundgewebe geatmet haben. Dazu müssen sie sich mit Schleim überziehen – als ob sie ihren Lungenschleim auf der Außenseite tragen würden –, da sie Sauerstoff nur über die Haut aufnehmen können wenn es feucht bleibt .
Lungenlose Plethodontiden sind mit fast 478 Arten die größte Gruppe der Salamander und kommen hauptsächlich in Amerika vor, einige wenige auch in Europa und Südkorea.
Es ist wenig darüber bekannt, wie diese Amphibien ihre Lunge verlegen, daher haben der Evolutionsbiologe Zachary Lewis von der Harvard University und seine Kollegen diese kaltblütigen Wasserliebhaber genauer unter die Lupe genommen.
„Wir bestätigen, dass sich in Embryonen mehrerer Arten eine beginnende Lunge bildet“, so die Forscher schreiben Sie in ihre Arbeit . „Seine morphologischen Merkmale ähneln stark denen des Axolotl, Ambystoma mexicanum , ein longierter Salamander.'
Diese embryonalen Lungen entwickeln und verzweigen sich bei einer Art etwa drei Wochen lang. P. cinereus , bevor sie etwas unterbricht. Lange bevor die Salamanderbabys schlüpfen, sind die frühen Lungenzellen darauf programmiert, sich zu verändern Apoptose , eine Form des Zelltods.
Die Forscher vermuten, dass die Lungenentwicklung stoppt, weil die Zellen nicht die für ihre Vermehrung erforderlichen regulatorischen Signale erhalten, die bei anderen Wirbeltieren aus dem die sich entwickelnden Lungen umgebenden Gewebe, dem sogenannten Mesenchym, stammen. Also beschlossen sie, diese Hypothese zu testen.
„Wir haben Mesenchym von einem Salamander mit Lungen in einen lungenlosen Salamanderembryo eingebracht und ihm erlaubt, sich zu entwickeln.“ sagt Lewis. „Es kam zur Bildung von Strukturen, die Lungen ähneln, was einige Hinweise darauf liefert, dass lungenlose Salamander weiterhin in der Lage sind, weiterhin Lungen zu entwickeln.“
Während diese schleimbedeckten Tiere als Erwachsene keine Spuren einer Lunge aufweisen, verfügen Salamander immer noch über die Gene und viele der Entwicklungsprozesse, die für ihr Wachstum erforderlich sind.
Aber einige der Signale, die für den Abschluss des Prozesses erforderlich sind – zum Beispiel diejenigen aus dem Mesenchymgewebe – scheinen zu fehlen.
Warum sind also so viele Werkzeuge und Zutaten für die Lungenherstellung bei Tieren erhalten geblieben, die seit Millionen von Jahren keine Lungen mehr genutzt haben?
„Das Lungenrudiment könnte beispielsweise eine wichtige Rolle bei der Entwicklung benachbarter Organe wie dem Herzen spielen“, so die Forscher spekulieren Dies erklärt, dass einige der Gene, die an der anfänglichen Lungenbildung beteiligt sind, auch für die Herstellung anderer Organe verwendet werden. Zum Beispiel ein Gen namens Sonic Hedgehog ( ja wirklich ) wird sowohl für die Entwicklung der Lunge als auch der Gliedmaßen verwendet.
Diese Zusammenhänge zeigen, wie das Studium von Organresten (Reststrukturen) – wie diesen bzw Beinnoppen bei Schlangen – können uns helfen, die Verdrehungsmechanismen hinter Entwicklungs- und Evolutionsprozessen zu verstehen und Einblicke in die Funktionsweise unserer Organe zu geben.
Spärliche Fossilienfunde von Salamandern erschweren es Forschern, genau zu bestimmen, wann genau diese Tiere ihre Atmungsorgane verloren haben, aber genetische Zeitlinien gehen davon aus, dass die Zeit vor 25 bis 110 Millionen Jahren liegt, je nachdem, ob es bei einer Vorfahrenart passiert ist oder ob es sich um einen Lungenverlust handelte hat sich innerhalb dieser Salamanderfamilie mehrfach entwickelt.
„Lungenlose Salamander kommen ohne Lunge eindeutig gut zurecht, wenn man bedenkt, dass sie etwa zwei Drittel aller Salamanderarten ausmachen.“ sagt Lewis. „Vielleicht hat der Verlust der Lunge diesen bemerkenswerten evolutionären Erfolg eher ermöglicht als behindert.“
Diese Forschung wurde veröffentlicht in Wissenschaftliche Fortschritte .