Wissenschaftler haben Maßnahmen gegen Fische ergriffen! Sie haben alles Mögliche versucht, um Fisch schmackhafter, billiger und ertragreicher zu machen …

Karausche, Graskarpfen, Karpfen, Marmorkarpfen, Tilapia, Wolfsbarsch, Schlangenkopfkarpfen … Haben Sie diese Fische schon einmal gegessen?

Dank der Anwendung wissenschaftlicher Forschungsergebnisse, beispielsweise aus der Erforschung der Gewohnheiten von Süßwasserfischen, der Zuchtforschung und Innovationen in der Aquakulturtechnologie, können wir immer mehr köstliche Süßwasserfische zu günstigen Preisen essen.

Tatsächlich war die Agrarforschung noch nie so beliebt wie die medizinische Forschung. Auch in der Land- und Forstwirtschaft, der Viehzucht, der Nebenerwerbswirtschaft und der Fischerei ist der Status des „Fisches“ äußerst marginal. Doch zum Glück gibt es Menschen, die immer weiter voranschreiten und immer wieder neue Wege eröffnen.

Einer von ihnen ist der Forscher Yin Zhan, ehemaliger Direktor des Instituts für Hydrobiologie der Chinesischen Akademie der Wissenschaften. Er sagte: „ Fische sind für die Chinesen sehr wichtig und ich möchte sie gründlich studieren .“

Jedes Jahr im März und April reisten er und die Forscher seines Teams zur Zuchtbasis in Guangdong, um wissenschaftliche Forschungen durchzuführen. An diesem wärmeren Ort können Karpfen innerhalb eines Jahres die Geschlechtsreife erreichen, was viel Zeit für die wissenschaftliche Forschung spart.

Vor Kurzem hat Yin Zhan unser Interview angenommen und uns ausführlich über „ihn und seinen ‚Fisch‘“ erzählt.

Was bedeutet Fischen in China?

China ist das Land mit der weltweit größten Fischereiwirtschaft und seine Aquakulturproduktion macht mehr als 60 % der weltweiten Aquakulturproduktion aus. Mit anderen Worten: Die Aquakulturproduktion aller anderen Länder zusammen ist nicht so hoch wie die Chinas.

In westlichen Ländern und Japan stammt die Hauptversorgung mit Meeresprodukten aus der Meeresfischerei, während die Süßwasserfischzucht vernachlässigbar ist. Daher ist China neben Norwegen und Dänemark, wo sich Experten auf die Süßwasserfischzucht spezialisiert haben, das einzige Land der Welt, das die ernsthafteste und systematischste Forschung zur Süßwasserfischzucht betreibt.

Im Jahr 2005 kehrte Yin Zhan, der mehr als zehn Jahre im Ausland studiert und gearbeitet hatte, nach China zurück und trat dem Institut für Hydrobiologie bei. Mithilfe seiner im Ausland erworbenen Ausbildung in Genetik und Entwicklungsbiologie begann er, die endokrine Regulierung des Wachstumsstoffwechsels und der Fortpflanzung von Fischen zu erforschen.

Zu dieser Zeit gab es in China praktisch keine Forschung zur Fischendokrinologie mittels genetischer Manipulation. Er glaubte, dass Hormone des endokrinen Systems in den endokrinen Drüsen von Fischen produziert werden, im gesamten Körper zirkulieren und beim Tier eine allgemeine Reaktion hervorrufen könnten. Könnte man den Mechanismus entschlüsseln, könnte man aktiv in das Wachstum, den Stoffwechsel und die Fortpflanzung von Fischen eingreifen. Eine solche Forschung hätte sowohl einen grundlegenden theoretischen als auch einen praktischen Wert.

„Ich möchte kultivieren

Fisch wird für die Entwicklung der chinesischen Fischerei benötigt"

„Graskarpfen, Silberkarpfen, Marmorkarpfen, Karpfen, Karausche und Brachse“ (in der Branche als „Süßwasserfische als Handelsware“ bekannt) – diese sieben Hauptfischarten machen 70 % der Süßwasserfischproduktion Chinas aus. Früher waren „großer Fisch und Fleisch“ Delikatessen, die man nur während des chinesischen Neujahrs genießen konnte. Dank der rasanten Expansion der chinesischen Aquakulturproduktion – von 1989 bis 2020 hat sich die Aquakulturproduktion Chinas um das 6,5-fache erhöht – können wir köstlichen Süßwasserfisch zu einem günstigen Preis essen.

Hinter dem rasanten Wachstum der Aquakultur stehen jedoch die rasante Ausweitung der Süßwasser-Aquakulturflächen, die daraus resultierende Eutrophierung der Gewässer, der starke Anstieg des ökologischen Drucks und der schnelle Ressourcenverbrauch. All dies wird nur schwer aufrechtzuerhalten sein.

Hinzu kommt, dass die Fischzucht in China in der Vergangenheit überwiegend auf Polykultur in Teichen basierte und der Anteil der Massentierhaltung bis heute noch sehr gering ist. Die Tiere der traditionellen Aquakultur meines Landes können sich noch immer nicht an die hohe Besatzdichte anpassen. Es gibt keine Fischart, deren Jahresertrag pro Kubikmeter Teich 50 Kilogramm übersteigen kann – weit weniger als der Ertrag von domestizierten Lachsen, Forellen, Tilapia und anderen Fischen in internationalen Zuchtmodellen mit hoher Fischdichte.

Chinas Aquakultur steht vor einer neuen Transformations- und Modernisierungsphase. Die Aquakulturfläche wächst zunehmend in Richtung salzhaltiger und alkalischer Land- und Tiefseefischerei. Gleichzeitig wird die anlagenbasierte, hochdichte und intensive Aquakultur energisch gefördert. All diese industriellen Herausforderungen erfordern die Züchtung neuer Fischarten, die an diese Aquakulturmodelle angepasst sind.

Yin Zhan sagte: „Diese Fischart muss ‚brav‘ sein, sich an Umgebungen mit hoher Dichte anpassen können, darf nicht gestresst sein und nach dem Fressen ‚schlafen‘, damit aus einem Pfund Köder mehr Fleisch wachsen kann. Sie muss sich an salzhaltige und alkalische Umgebungen anpassen können, darf keine Angst vor Kälte haben und in salzhaltigen und alkalischen Gebieten im Norden und in der Tiefsee überleben können. Am besten wäre es, wenn sie die Produktion nur des gewünschten Geschlechts kontrollieren könnte, ohne genetische Verschmutzung zu verursachen …“

Quelle: Vom Interviewpartner bereitgestellt

„Fische züchten, die den Anforderungen der chinesischen Fischereientwicklung entsprechen“ ist eine Idee, die sich durch Yin Zhans gesamte wissenschaftliche Forschungskarriere zieht. Im Rückblick auf seine jahrzehntelange Karriere als Wissenschaftler sagte Yin Zhan, der aufregendste und denkwürdigste Moment sei gewesen, als er erfuhr, dass das Labor ausschließlich „männliche“ Fische erhalten hatte.

Da es sich bei Fischpopulationen um gleichgeschlechtliche Fische handelt, müssen die Wissenschaftler Fische eines bestimmten Geschlechts erhalten. Dies ist nützlich, da Fische unterschiedlichen Geschlechts oft unterschiedliche Größen haben. Bei manchen Fischen wachsen die Männchen schneller und sind größer; Bei manchen Fischen wachsen die Weibchen schneller und sind größer. Wenn Sie in der Aquakultur nur Fische des größeren Geschlechts züchten, können Sie die Produktion steigern.

Die Experimente wurden mit Zebrafischen durchgeführt. Zebrafische besitzen ein Gen, das die Synthese von Androgenen steuert. Bei manchen Zebrafischen kommt es zu einer verstärkten Umwandlung von Androgenen in Östrogene, wodurch weibliche Fische entstehen. Wenn dieses Gen ausgeschaltet wird, können Zebrafische keine Androgene synthetisieren und es entsteht natürlicherweise kein Östrogen.

Yin Zhan bat seine Studenten, diese Arbeit durchzuführen, und stellte fest, dass die kleinen Zebrafische, wenn sie nicht in der Lage waren, Androgene zu synthetisieren, tatsächlich alle zu „männlichen“ Fischen heranwuchsen. Noch interessanter ist, dass diese „männlichen“ Fische auch gesunde und aktive Spermien produzieren können. Spätere Studien ergaben jedoch, dass diese „männlichen“ Fische aufgrund eines Androgenmangels in ihrem Körper nicht in der Lage waren, sich mit weiblichen Fischen zu paaren und Nachkommen zu zeugen.

Das Sperma dieser „männlichen“ Fischart kann herausgepresst und gesammelt werden und dann auf normale Weise mit Eiern befruchtet werden, die durch künstliche Befruchtung von weiblichen Fischen gewonnen wurden, um normale Nachkommen zu erzeugen. Quelle: Vom Interviewpartner bereitgestellt

Als das Forschungsteam jedoch versuchte, dieses Ergebnis in verschiedenen Zeitschriften zu veröffentlichen, wurden seine Vorschläge nacheinander abgelehnt. Die Herausgeber und Gutachter der Fachzeitschrift bezweifelten, dass das Forschungsteam das für die Androgensynthese im Zebrafisch verantwortliche Gen nicht vollständig ausgeschaltet hatte. Zufällig forschte eine andere Forschungsgruppe am Institut für Hydrobiologie an der Entfernung von Androgenrezeptoren. Sie fanden heraus, dass die Hoden des Zebrafisches ernsthaft beeinträchtigt würden und nicht mehr in der Lage wären, aktive Spermien zu produzieren, wenn die Androgenrezeptoren entfernt würden, selbst wenn Androgene im Körper des Fisches vorhanden wären.

„ Ich paarte meine Fische mit Fischen, denen Androgenrezeptoren fehlten, und erzeugte Nachkommen, die weder Androgensynthase noch Androgenrezeptoren hatten. Als Ergebnis erhielt ich erneut voll entwickelte Hoden und rein männliche Fische“, sagte Yin Zhan. „Deshalb musste ich spekulieren, dass möglicherweise andere Hormone die Androgene ersetzten, um die Spermienproduktion aufrechtzuerhalten.“

Könnte es Progesteron sein? Progesteron ist auch ein Hormon. Es ist der Rohstoff für die Androgensynthese des Zebrafisches. Wenn beim Zebrafisch das Gen für die Androgensynthese ausgeschaltet ist, kann Progesteron im Körper nicht mehr in Androgen umgewandelt werden. Infolgedessen kommt es bei diesen Zebrafischen zu einer großen Ansammlung von Progesteron im Körper, die im Hodengewebe das 7- bis 10-fache des Normalwerts erreicht.

Deshalb forderte Yin Zhan seine Studenten auf, das Gen auszuschalten, das den Progesteron-Kernrezeptor kodiert. Der Fisch, den wir dieses Mal bekamen, hatte nur Hoden, aber kein Sperma. Dies zeigt, dass es Progesteron ist, das die normale Entwicklung der Hoden und die Produktion von Spermien fördert. Dieses Ergebnis wurde in eLife veröffentlicht, einer renommierten wissenschaftlichen Zeitschrift im Bereich Biologie.

„Aber ich habe die Forschung zum Thema Gewichtsverlust nicht durchgeführt.

Weil ich in der Aquakulturbranche arbeite. „

Nachdem der Artikel über die Forschung zu Fischprogesteron veröffentlicht worden war, nahm eine medizinische Forschungseinrichtung Kontakt mit Yin Zhan auf. Denn diese Entdeckung birgt das Potenzial, neue Ideen für die Behandlung von Prostatakrebs beim Menschen zu liefern. Zufällig veröffentlichte einen Monat später ein Team unter der Leitung des Shanghai Institute of Biochemistry der Chinesischen Akademie der Wissenschaften eine Abhandlung, in der es über erhöhte Progesteronwerte bei Patienten mit Prostatakrebs im Spätstadium berichtete und den Beweis lieferte, dass die Blockierung von Progesteronsignalen Prostatakrebs weiter behandeln könnte.

Wer hätte gedacht, dass die Untersuchung eines Fisches der biomedizinischen Forschung neue Inspiration und Richtung geben könnte. Dies ist jedoch nicht das erste Mal, dass Yin Zhan in eine solche Situation gerät.

Das Team von Yin Zhan ist eines der ersten Teams in China, das die Gene endokriner Moleküle von Fischen, einschließlich wichtiger Proteinhormone, systematisch bearbeitet und Mutationsmodelle für die Forschung erstellt. Um 2014 begann die Forschungsgruppe von Yin Zhan, den Wirkungsmechanismus von Steroidhormonen zu untersuchen.

Es ist bekannt, dass Vitamin D (VD) im menschlichen Körper ein Cholesterinderivat ist, das die Kalziumaufnahme unterstützt. Die Forschungsgruppe von Yin Zhan schaltete ein Gen aus, das ein aktivierendes Enzym der Zebrafisch-VD kodierte, und verhinderte dadurch die Aktivierung der VD im Körper. Ich dachte, ich würde Fische mit Skelettdysplasie bekommen. Unerwarteterweise entwickelte sich das Skelett dieser Zebrafische im Wesentlichen normal, allerdings sammelte sich im Bauchraum eine große Menge Fett an. Nach der Einnahme von aktiviertem VD wurde das Bauchfett dieser Zebrafische verzehrt. Es stellt sich heraus, dass die Hauptfunktion von VD bei Fischen darin besteht, Bauchfett zu oxidieren und zu nutzen, um Energie für sich selbst zu gewinnen – was sich von der Fokussierung auf die Förderung der Kalziumaufnahme im menschlichen Körper unterscheidet.

Nach der Veröffentlichung des entsprechenden Artikels wurde dieser vom Vorsitzenden der Internationalen Vitamin-D-Konferenz auf der Jahrestagung 2018 als einer der zwölf am meisten erwarteten Forschungsartikel zu Vitamin D weltweit im Jahr 2017 empfohlen. Da in dieser Studie ein Tiermodell verwendet wurde, konnte erstmals der Mechanismus demonstriert werden, mit dem VD den Fettstoffwechsel bei Tieren reguliert. Dies ist auch ein wichtiger Anhaltspunkt für die Verwendung von VD zur Regulierung des menschlichen Fettstoffwechsels.

Gewichtsverlust ist ein heißes Thema, das im biomedizinischen Bereich schon lange Anlass zur Sorge gibt. Nach der Veröffentlichung von Yin Zhans Arbeit kamen in Scharen Forschungsgruppen und Biologen, die sich mit Gewichtsverlust beschäftigen, in der Hoffnung, mit Yin Zhan bei der Forschung zusammenarbeiten zu können.

„ Aber das habe ich nicht getan, weil ich im Aquarienproduktegeschäft tätig war “, sagte Yin Zhan.

Ein Hoffnungsschimmer in der wissenschaftlichen Forschung

Hinter jeder endgültigen Veröffentlichung wissenschaftlicher Forschungsergebnisse stehen unzählige gescheiterte Erkundungen. Bevor ein originelles wissenschaftliches Forschungsexperiment durchgeführt wird, sind seine Ergebnisse in den meisten Fällen unvorhersehbar. Manchmal müssen wissenschaftliche Forscher hartnäckig sein, denn ein Scheitern ist nicht bedeutungslos. Sie sollten beharrlich tiefer in ein Gebiet oder sogar in ein fehlgeschlagenes experimentelles Ergebnis eindringen, es wagen, sich selbst herauszufordern und von einem Fall zum anderen Schlussfolgerungen zu ziehen. Vielleicht kann eine Entdeckung seit der Entwicklung der menschlichen Wissenschaft und Technologie neue Inspiration bringen.

Yin Zhan erinnert sich noch an eine Studie, die vor über 10 Jahren durchgeführt wurde. Damals konzentrierte er sich auf Fischprolaktin. Frühere Studien haben gezeigt, dass Mäuse, denen Prolaktin fehlt, nicht gebären können und dass sich auch die Eierstöcke weiblicher Mäuse abnormal entwickeln. Wie würde sich also eine ähnliche Situation bei Fischen äußern? „(Zebrafisch-)Embryonen entwickeln sich sowieso in vitro, also können wir das Gen einfach zuerst ausschalten.“

Zebrafische, die kein Prolaktin synthetisieren können, können jedoch trotzdem erfolgreich Eier legen. Vier Tage später schlüpften die Zebrafischbabys auf normale Weise – ein völlig anderer Befund als das Ergebnis, dass die Mäuse überhaupt nicht gebären konnten, was niemanden überraschte.

Noch dramatischer ist jedoch, dass diese kleinen Zebrafische, die einst lebhaft und voller Energie waren, ab dem zehnten Tag einer nach dem anderen zu sterben begannen. Am 16. Tag war kein einziger mehr übrig und alle wurden „geopfert“.

Fischteich, Quelle: vom Interviewpartner zur Verfügung gestellt

Yin Zhan und seine Schüler sezierten und beobachteten alle toten Fische sorgfältig und die Entwicklung von Gewebe und Organen schien grundsätzlich normal zu sein. Sie züchteten also eine Gruppe ähnlicher Zebrafische und schnitten einen der Fische durch kontinuierliches Schneiden in mehr als 200 Gewebeschnitte. Sie färbten die Zellen in jedem Abschnitt und untersuchten sorgfältig deren Entwicklung und fanden ebenfalls keine signifikanten Anomalien.

Die Todesursache blieb ein Rätsel und das Experiment kam zum Stillstand.

Ein paar Tage später erlebten alle einen „wundersamen Wendepunkt“. Ein Student hat diese mutierten Zebrafische tatsächlich gerettet!

Es stellte sich heraus, dass dem Studenten aufgefallen war, dass eine Studie gezeigt hatte, dass Lachse im Meer kein Prolaktin absondern und dass während der Wanderung der Lachse in flussaufwärts gelegene Süßwasser zum Laichen der Prolaktinsekretionsspiegel allmählich ansteigt und vor der Geburt seinen höchsten Wert erreicht. Die Wissenschaftler, die den Artikel damals veröffentlichten, gingen davon aus, dass die Höhe der Prolaktinsekretion bei Fischen mit dem Grad der Geschlechtsreife zusammenhängt.

Dieser Student versuchte, die Arbeit aus einer anderen Perspektive zu interpretieren. Er fragte sich, ob es möglich sei, dass Lachse im Ozean bei hohem osmotischem Druck kein Prolaktin absondern, sondern nur in Süßwasser Prolaktin absondern. Je geschlechtsreifer sie sind, desto näher wandern sie an das flussaufwärts gelegene Süßwasser heran und desto geringer ist der osmotische Druck. Also gab er eine bestimmte Menge Salz in das Aquarium und ließ den mutierten Zebrafisch, der kein Prolaktin produzierte, in Brackwasser einweichen. Unerwarteterweise überlebte der Zebrafisch tatsächlich.

Daraus schloss das Forschungsteam von Yin Zhan, dass das von Fischen abgesonderte Prolaktin dabei hilft, Umweltionen aufzunehmen und den osmotischen Druck zu regulieren. Mutierte Zebrafische ohne Prolaktin können in Wasser mit erhöhtem Salzgehalt überleben und sich fortpflanzen. Dies unterscheidet sich etwas von der Tatsache, dass Säugetiere wie der Mensch Prolaktin zum Zweck der Fortpflanzung und Ernährung des Nachwuchses produzieren.

Wer hätte gedacht, dass ein zufälliger Geistesblitz den Zebrafisch retten und eine weitere wissenschaftliche Wahrheit ans Licht bringen würde.

Quelle: Vom Interviewpartner bereitgestellt

Abschluss

Im biomedizinischen Bereich herrscht immer reger Betrieb, aber Yin Zhan betreibt immer noch seine Fischforschung in 500 großen Fischtanks im Fischraum. Der ursprüngliche Zebrafisch, der kein Androgen synthetisieren konnte, hat mittlerweile Zehntausende Nachkommen, die sich im Aquarium kräftig vermehren und für eine stetige Materialversorgung des Experiments sorgen.

Yin Zhan ist der Ansicht, dass die Entwicklung der Fischerei besser vorankommen könnte, wenn die Technologie zur Kontrolle des Geschlechts und der Sterilität von Zebrafischen auf alle Karpfen anwendbar wäre. Nun ist es dem Team um Yin Zhan gelungen, eine geneditierte Population ausschließlich weiblicher Karpfen aus dem Gelben Fluss zu züchten, die im Vergleich zur gemischten Zucht in Teichen eine Produktionssteigerung von mehr als 20 % aufweist. Sie erforschen, wie man die Fische entweder männlich oder weiblich und unfruchtbar machen kann, um die „Kontamination“ künstlich bearbeiteter Genstellen in natürlichen Populationen wirksam zu verhindern.

Darüber hinaus ist es dem Team um Yin Zhan gelungen, Zebrafische „wohlerzogen“ zu machen, ihr Wachstum zu beschleunigen, ihre Futterverwertungsrate zu erhöhen und ihre Kälteresistenz sowie Salz-Alkali-Resistenz zu verbessern. Derzeit „transplantieren“ sie die Ergebnisse auf andere Zuchtkarpfen.

Bei der Erforschung von Fischen gibt es neue und interessante Entdeckungen, rätselhafte Phänomene, Untersuchungen, die für die Behandlung menschlicher Krankheiten von richtungsweisender Bedeutung sind, und, was noch wichtiger ist, Ergebnisse, die der Entwicklung der Fischereiindustrie förderlich sind. Die wissenschaftlichen Forschungsziele, die sich Yin Zhan bei seinem Eintritt in das Institut für Hydrobiologie im Jahr 2005 gesetzt hatte, werden allmählich erreicht.

Planung und Produktion

Autor: Feiwan Popular Science Creator

Gutachter: Yin Zhan, Forscher und ehemaliger Direktor des Instituts für Hydrobiologie der Chinesischen Akademie der Wissenschaften, Direktor des staatlichen Schlüssellabors für Süßwasserökologie und Biotechnologie

Planung von Lin Lin

Herausgeber: Lin Lin, Xu Lai