Eine Qualle + eine Qualle = eine Qualle?

Produziert von: Science Popularization China

Autor: Su Chengyu

Hersteller: China Science Expo

Anmerkung des Herausgebers: Um die neuesten Geheimnisse der Biowissenschaften zu entschlüsseln, hat das Spitzentechnologieprojekt von China Science Popularization eine Artikelserie mit dem Titel „Neues Wissen über das Leben“ veröffentlicht, die Lebensphänomene interpretiert und die Geheimnisse der Biologie aus einer einzigartigen Perspektive enthüllt. Tauchen wir ein in die Welt des Lebens und erkunden wir die unendlichen Möglichkeiten.

Im Jahr 2023 bemerkten Wissenschaftler im Meeresbiologischen Labor von Kei Shirokura in den USA eine einzigartige Rippenqualle im Aquarium.

Abbildung 1 Ein einzigartiges Rippenquallen-Individuum

(Bildnachweis: Mariana Rodriguez-Santiago)

Sie ist größer als jede andere Rippenqualle und hat tatsächlich zwei Münder ! Kei Shirokura spekulierte, dass es möglicherweise durch die zufällige Verschmelzung zweier beschädigter Rippenquallen entstanden sei.

Die Leidische Rippenqualle ( Mnemiopsis leidyi ), auch als Meerwalnuss bekannt, ist eine im Atlantik und im Schwarzen Meer weit verbreitete Planktonart, die sich durch ihren transparenten Körper und ihre biolumineszierenden Kammplatten auszeichnet. Ihr Körper ist oval, etwa handflächengroß, durchgehend durchsichtig und hat einen leicht schillernden Glanz.

Abbildung 2 Süßwasserrippenquallen

(Bildquelle: Ozean)

Auf beiden Seiten des Körpers der Rippenqualle befinden sich acht Reihen von Kammplatten, die längs angeordnet sind. Sie bestehen aus vielen Flimmerhärchen. Wenn diese Flimmerhärchen schwingen, brechen sie wunderschönes Regenbogenlicht. An ihrer Spitze befinden sich zwei Sinnesorgane, sogenannte Apikalorgane, die den Wasserfluss und die Schwerkraft wahrnehmen. Sie schwimmen, indem sie ihre Kammfortsätze bewegen, die im Wasser zu leuchten scheinen.

Um die Idee der Fusion zu überprüfen, sammelten die Forscher zehn Süßwasserrippenquallen an verschiedenen Orten und zu verschiedenen Zeiten und teilten diese Individuen für Experimente in mehrere Gruppen auf. Jede Gruppe bestand aus zwei Individuen, und die Wissenschaftler schnitten Teile ihrer Blattstruktur ab, steckten die abgeschnittenen Blätter zusammen und fixierten sie dann über Nacht in einer Sezierschale.

Als die Wissenschaftler diese Individuen am nächsten Tag untersuchten, stellten sie zu ihrer angenehmen Überraschung fest, dass bei neun von ihnen die Fusion erfolgreich verlaufen war. Ihre Schnittgrenzen waren allmählich verschwunden und das Epithel und die Mesoglea waren perfekt miteinander verbunden, als wären sie nie getrennt gewesen. Der gesamte Fusionsprozess dauerte etwa 12 bis 18 Stunden.

Sind die Nervensysteme auch miteinander verschmolzen? !

Nach der Fusion führten Wissenschaftler weitere Beobachtungen an diesen Rippenquallen durch. Um zu überprüfen, ob sie wirklich zu einer Einheit verschmolzen waren, stimulierte das Forscherteam eines der Blätter mechanisch. Der gesamte verschmolzene Körper reagierte erschrocken und zitterte leicht, was bedeutete, dass auch die Nervensysteme der beiden Rippenquallen integriert worden waren.

Abbildung 3 Die stimulierte kombinierte Qualle

(Bildnachweis: Kei Jokura)

Diese Schreckreaktion ist ein typischer Nervenreflex, der durch das neuronale Netzwerk der Rippenqualle gesteuert wird. Wenn eine Klinge stimuliert wird, werden Signale durch ein neuronales Netzwerk während der gesamten Fusion übertragen, was dazu führt, dass sich die Muskeln im gesamten Körper zusammenziehen und reagieren. Dies lässt darauf schließen, dass die verschmolzenen Nervensysteme effektiv zusammengearbeitet haben, wodurch zwei zuvor getrennte Einheiten als Ganzes reagieren konnten. Sie sind nicht länger zwei unabhängige Individuen, sondern ein Ganzes, das Informationen teilt .

Um den Fusionsprozess besser zu verstehen, führte das Forschungsteam Zeitrafferaufnahmen durch. Während der ersten Stunde waren die Blattbewegungen der beiden Rippenquallen völlig asynchron, doch überraschenderweise synchronisierten sich ihre Bewegungen nach einer Stunde allmählich . Nach zwei Stunden bewegten sich 95 Prozent der Blätter perfekt synchron, als wären sie im Einklang miteinander.

Abbildung 4 zeigt die Änderungen der Blattsynchronisationsrate während sechs unabhängiger Transplantationsexperimente.

Die graue Linie stellt das Ergebnis eines einzelnen Experiments dar und die blaue Linie den Durchschnitt. Es ist ersichtlich, dass die Synchronisationsrate in den ersten 20–40 Minuten nach der Transplantation niedrig war, mit der Zeit jedoch deutlich zunahm und nach 100–120 Minuten 95 % erreichte, was zeigt, dass die verschmolzenen Rippenquallen allmählich eine physiologische und verhaltensmäßige Synchronisation erreichten.

(Bildquelle: Dokument 1)

Dieses Phänomen erinnert an die neuronalen Synchronisationseinstellungen in einigen Science-Fiction-Werken, in denen Charaktere durch neuronale Netzwerke ein gemeinsames Bewusstsein und koordinierte Kämpfe erreichen.

Auch die Verdauung wird mit einbezogen!

Die Forscher wollten nicht nur das Nervensystem, sondern auch feststellen, ob sich auch die Verdauungssysteme der Tiere vermischt hatten.

Das Forschungsteam fütterte die vereinigten Rippenquallen mit fluoreszenzmarkiertem Artemia und beobachtete die Bewegung der Nahrungspartikel unter dem Mikroskop. Mithilfe fluoreszierender Markierungen können Wissenschaftler den Bewegungspfad von Nahrungspartikeln unter dem Mikroskop deutlich erkennen und überprüfen, ob die beiden Verdauungssysteme tatsächlich funktionell integriert sind.

Abbildung 5 zeigt die Bewegung fluoreszenzmarkierter Artemia-Partikel im Verdauungssystem einer Rippenqualle

(Bildquelle: Dokument 1)

Artemia ist ein kleines Krebstier, das normalerweise nur wenige Millimeter lang ist und etwa die Größe eines Reiskorns hat. Es ist mit den Garnelen verwandt, die der Mensch isst. Sie gehören zur gleichen großen Klasse der Krebstiere, sind jedoch kleiner und werden normalerweise nicht direkt vom Menschen gegessen. Rippenquallen ernähren sich von Plankton und Artemia ist eine ihrer typischen Nahrungsquellen.

Die Wissenschaftler stellten überrascht fest, dass Nahrungspartikel zwischen den beiden Verdauungssystemen, vom Verdauungstrakt einer Person zum anderen, gelangen konnten. Dies lässt darauf schließen, dass ihre Verdauungssysteme auch funktionell integriert sind.

Abbildung 6: Durch die Beobachtung, wie fluoreszenzmarkierte Artemia zwischen diesen Röhren floss, bewiesen die Forscher, dass die Verdauungssysteme der beiden Rippenquallen-Individuen nach der Fusion funktionell integriert waren.

(Bildquelle: Dokument 1)

Allerdings stellten die Forscher auch fest, dass der Zeitpunkt der Ausscheidung aus den beiden Afternüssen nicht synchronisiert war, was darauf schließen lässt, dass einige Funktionen noch unabhängig voneinander abliefen. Vielleicht ist dies ein Zeichen dafür, dass sich die Integration noch in einem frühen Stadium befindet, oder vielleicht bewahren sie sich einen Teil ihrer Unabhängigkeit, um mit unsicheren Umweltveränderungen zurechtzukommen.

Süßwasser-Rippenquallen können Alloantikörper möglicherweise nicht erkennen

Das Forschungsteam von Kei Shirokura stellte fest, dass den Süßwasser-Rippenquallen möglicherweise ein Mechanismus namens „Heterorecognition“ fehlt. Für die meisten Tiere ist die Xenoerkennung ein Schutzmechanismus, den sie nutzen, um „körperfremdes“ Gewebe zu identifizieren und abzulehnen, um zu verhindern, dass es von fremden Individuen befallen wird.

Bei der Transplantation menschlicher Organe ist es gerade die Existenz dieses starken allogenen Erkennungsmechanismus, der dafür sorgt, dass das menschliche Immunsystem das transplantierte Organ als „fremden Eindringling“ betrachtet und dadurch eine Immunabstoßungsreaktion auslöst. Aus diesem Grund benötigen Menschen bei Organtransplantationen auch möglichst gut passende Spender und müssen nach der Operation über einen langen Zeitraum hinweg Immunsuppressiva einnehmen, um Abstoßungsreaktionen vorzubeugen.

Rippenquallen scheinen diese Fähigkeit jedoch nicht zu besitzen, möglicherweise weil sie in ihrem natürlichen Lebensraum wahrscheinlich nicht über längere Zeit engen Kontakt mit anderen Individuen haben. Freilebende Rippenquallen sind eher daran interessiert, allein in den Weiten des Ozeans zu überleben. Daher haben sie einfachere Kooperationsmechanismen anstelle von Ablehnungsmechanismen entwickelt.

Nicht nur Rippenquallen, auch andere Organismen können „verschmelzen“

Tatsächlich zeigen nicht nur Rippenquallen, sondern auch viele andere Organismen in der Natur ähnliche Fusionsphänomene.

Der Siphonophor ist einer davon. Der weltweit größte Riesensiphonophor ( Praya dubia ) kann eine Länge von etwa 46 Metern erreichen und ist damit länger als ein Blauwal .

Abbildung 6 Siphonophor

(Bildquelle: Smithsonian Magazine)

Dabei handelt es sich nicht um ein einzelnes Individuum, sondern um eine Kolonie unzähliger kleiner Organismen, die „Polypen“ genannt werden. Diese Polypen haben jeweils ihre eigene Funktion und bilden zusammen einen vollständigen Organismus. Jeder Polyp hat eine bestimmte Funktion, beispielsweise Jagd, Verdauung, Fortpflanzung oder Fortbewegung. Diese verschiedenen Polypen kooperieren miteinander, um das Überleben der gesamten Gruppe zu sichern.

Ein weiteres Beispiel ist der uns bekannte Schwamm. Schwämme sind eine sehr alte Organismengruppe, die ebenfalls über die Fähigkeit zur Verschmelzung verfügen. In einer Studie aus dem Jahr 2016 fanden Wissenschaftler heraus, dass die Zellen zweier genetisch ähnlicher Kalkschwämme ( Clathrina aurea ) miteinander verschmelzen und schließlich ein größeres Individuum bilden können, wenn sie in Kontakt kommen.

Abbildung 7 Kalziumschwamm

(Bildquelle: oeco)

Studien haben ergeben, dass Schwämme über ein primitives Immunsystem verfügen, mit dem sie „Selbst“ und „Nicht-Selbst“ (ob die Gene gleich sind) identifizieren und so entscheiden können, ob eine Verschmelzung stattfindet. Dieser Mechanismus zur Fremdkörpererkennung ähnelt der Abstoßungsreaktion des menschlichen Immunsystems. Auf diese Weise können Schwämme ihren Lebensraum erweitern und gleichzeitig ihre genetische Homogenität bewahren. Diese Fusionsstrategie hilft ihnen, sich besser an die Umgebung anzupassen.

Zurück zu unseren Rippenquallen: Sie sind die älteste verzweigte Gruppe noch lebender Metazoen. Ihre neuronalen Netzwerke unterscheiden sich völlig von denen anderer Tiere, aber sie können eine komplexe Verhaltensintegration erreichen, die uns wertvolle Hinweise auf die Entwicklung des Nervensystems liefert .

In der Natur ist die Fusion nicht nur eine geniale Zusammenarbeit zwischen Organismen, sondern auch eines der Wunder der Lebensevolution. Es zeigt, wie das Leben individuelle Beschränkungen durchbrechen und durch Kooperation statt durch Konkurrenz größere Überlebensvorteile erzielen kann.

(Hinweis: Lateinische Teile im Text sollten kursiv gedruckt werden)

Quellen:

1. Jokura, Kei, et al. „Schnelle physiologische Integration verschmolzener Rippenquallen.“ Aktuelle Biologie 34.19 (2024): R889-R890.

2. Padua, André, et al. „Fragmentierung, Fusion und genetische Homogenität in einem Kalkschwamm (Porifera, Calcarea).“ Journal of Experimental Zoology Teil A: Ökologische Genetik und Physiologie 325.5 (2016): 294-303.