Giraffengene wurden auf Mäuse übertragen, aber die Mäuse bekamen keine langen Hälse, sondern …

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Produziert von: Su Chengyu

Hersteller: Computer Network Information Center, Chinesische Akademie der Wissenschaften

Giraffe, ein sehr auffälliges Tier in der Savanne. Der lange Hals hat bei allen viele seltsame Fragen aufgeworfen. Auf Zhihu können Sie viele Mythen über Giraffen sehen, beispielsweise: Wie trinken Giraffen Wasser? Leiden Giraffen an zervikaler Spondylose? Was ist, wenn eine Giraffe sich übergeben möchte? Werden Giraffen häufiger vom Blitz getroffen? Was macht eine Giraffe, wenn sie sich übergeben muss? …

Diese seltsamen Mythen gibt es nur, weil er den längsten Hals der Welt hat. Der lange Hals einer Giraffe hat natürlich nicht nur den Vorteil, dass sie Blätter in großer Höhe fressen kann. Er ermöglicht ihr auch eine höhere Sichtlinie und ein breiteres Sichtfeld und ermöglicht ihr, leichter Beute zu machen als Tiere mit kurzem Hals.

Ich habe auf die oben genannten Fragen wissenschaftliche Antworten gegeben. Wenn Sie interessiert sind, können Sie danach suchen und sie ansehen. Heute werden wir ein weiteres Giraffenproblem besprechen, ein Problem, das eher mit dem Überleben der Giraffen zusammenhängt: Ist es für Giraffen aufgrund ihres langen Halses schwierig, Blut vom Herzen zum Kopf zu leiten?

Bildquelle: sciencealert

Giraffe mit starkem Herzen

Wir alle wissen, dass man zum Pumpen von Wasser aus einem tiefen Brunnen nicht nur einen Eimer mit einem Seil festbinden und in den Brunnen sinken lassen muss, um das Wasser herauszuschöpfen, sondern auch eine Wasserpumpe verwenden kann. Im Allgemeinen kann eine Pumpe den Wasserdruck erhöhen, wodurch wiederum eine größere Antriebskraft erzeugt wird, die Wasser aus dem Untergrund nach oben drücken kann. Je tiefer der Brunnen ist, desto höher muss der Förderdruck der Pumpe sein.

Das leistungsstarke Herz von Tieren ist eine natürliche Pumpe, die durch rhythmisches Zusammenziehen und Entspannen der Ventrikelmuskulatur Blut in alle Körperteile transportiert. Bei den meisten Säugetieren ist der vertikale Abstand zwischen Herz und Kopf kurz. Daher ist der Blutdruck im Herzen ähnlich dem Blutdruck im Kopf.

Aber Giraffen unterscheiden sich von anderen „normalen“ Säugetieren. Die Distanz zwischen ihrem Herzen und ihrem Verstand ist zu groß. Um Blut vom Herzen zum Kopf zu pumpen, benötigen sie daher einen höheren arteriellen Blutdruck als andere „normale“ Tiere.

Bereits 1955 forschte GOETZ RH über das Herz-Kreislauf-System von Giraffen. Er fand heraus, dass der systolische Blutdruck von Giraffen 300 mmHg und der diastolische Blutdruck 180 mmHg erreichen kann, was etwa dem 2,5-fachen des Blutdrucks normaler Menschen entspricht. Wissenschaftler haben außerdem herausgefunden, dass der Kopf einer Giraffe im jungen Alter nicht weit vom Herzen entfernt ist und ihr Blutdruck daher relativ niedrig ist. Mit zunehmendem Alter und längerem Hals der Giraffe steigt auch ihr Blutdruck.

Vergleich des Blutdrucks in verschiedenen Körperteilen von Menschen und Giraffen. Quelle: Deranged Physiology

Wenn diese natürliche Pumpe so leistungsstark ist, muss ihre Größe sich von der eines „normalen“ Säugetierherzens unterscheiden. Das Herz einer erwachsenen Giraffe ist 0,6 Meter lang und wiegt 11 Kilogramm. Verglichen mit dem handtellergroßen Herzen eines Menschen ist das Herz einer Giraffe etwa 30-mal größer als das eines Menschen. (Ich habe im Internet ein Bild von einem Giraffenherzen gefunden, aber es ist zu blutig, deshalb werde ich es hier nicht veröffentlichen. Wenn Sie interessiert sind, können Sie es selbst finden.)

Dies ist jedoch nicht der größte Unterschied zwischen „normalen“ Säugetierherzen, da die Größe des Herzens einer Giraffe proportional zu seinem Volumen ist. Der größte Unterschied besteht in der inneren Struktur des Herzens. Von 2006 bis 2009 führte G. Mitchell anatomische Untersuchungen an den Giraffen durch, die jährlich in Simbabwe getötet werden. (Hinweis: Die Giraffen wurden gemäß simbabwischem Recht getötet).

Wissenschaftler haben herausgefunden, dass die Dicke der linken Herzkammer und des Ventrikelseptums bei Giraffen sehr groß ist, viel größer als bei Menschen. Die linke Herzkammerwand einer erwachsenen Giraffe mit einem Gewicht von 1.300 kg kann etwa 7 cm dick sein, während die Herzkammerscheidewand etwa 5 cm dick sein kann. Sie sollten wissen, dass die Dicke der linken Ventrikelwand und des Ventrikelseptums beim Menschen nur etwa 1,2 cm beträgt. Die Dicke der Ventrikelwand von Sportlern im Hochintensitätstraining ist etwas höher als bei normalen Menschen (1,3–1,5 cm).

Ein Querschnitt der Herzkammer einer 1300 kg schweren Giraffe. Seine Ventrikelwand erscheint extrem dick.

Bildquelle: Dokument 1

Gleichzeitig haben Wissenschaftler festgestellt, dass die Wände der Blutgefäße auch in anderen Teilen der Giraffe sehr dick sind, wie unten gezeigt

Bildquelle: Dokument 1

Nach der statistischen Analyse der Daten wurde festgestellt, dass die Dickeneigenschaften der Ventrikelwand in einer allometrischen Wachstumsbeziehung stehen. Allometrie bedeutet, dass sich die Eigenschaften eines Organismus mit der Körpergröße ändern, die Änderung jedoch unverhältnismäßig ist.

Die Entdeckung der Dicke der Ventrikel- und Arterienwände von Giraffen durch Wissenschaftler erklärt die physiologischen Gründe, warum Giraffen nicht unter Bluthochdruck leiden. Wenn der Blutdruck einer Person zu hoch ist, bedeutet dies, dass der vom Herzen ausgeübte Druck zu groß ist. Die Kraft ist so stark, dass die „dünnen“ Blutgefäßwände ihr nicht standhalten können. Die sogenannte Hirnblutung entsteht durch zu hohen Blutdruck, der die Wände der Blutgefäße platzen lässt.

Allerdings unterscheiden sich die Ventrikelwände und Blutgefäßwände einer Giraffe etwas. Die Wände seiner Blutgefäße sind extrem dick, um ein Vielfaches dicker als die des Menschen. Auch bei Bluthochdruck besteht also kein Grund zur Sorge, dass es zu einem Durchbruch der Gefäßwände kommen könnte.

Aber das ist nicht der grundlegendste Grund. Der grundlegendste Grund liegt in genetischen Unterschieden.

Dank eines speziellen Gens haben Giraffen keine Angst mehr vor Bluthochdruck

Vor einigen Jahren initiierte Rasmus Heller das Ruminant Genome Project (RGP), zu dem auch die Giraffe gehörte. Durch den Vergleich der Genome von Giraffen und anderen kurzhalsigen Wiederkäuern haben Wissenschaftler etwa 500 Gene entdeckt, die entweder nur bei Giraffen vorkommen oder Variationen aufweisen, die nur bei Giraffen auftreten.

Von den 500 Genen stach eines namens FGFRL1 hervor, weil es am unterschiedlichsten war. Beim Menschen scheint dieses Gen an der Herz-Kreislauf-Entwicklung und am Knochenwachstum beteiligt zu sein, daher spekulierten die Wissenschaftler, dass es auch bei der Anpassung der Giraffen an Bluthochdruck eine Rolle spielen könnte.

Um ihre Idee zu testen, übertrugen die Wissenschaftler das Gen in Mäuse, die sogenannten transgenen Mäuse. Nach 28 Tagen der Studie sahen die transgenen Mäuse nicht anders aus als gewöhnliche Mäuse. Ihnen ist nicht der charakteristische lange Hals der Giraffen gewachsen.

Vom Aussehen her gibt es keinen Unterschied. Quelle: Dokument 2

Aber es gibt subtile Veränderungen in ihrem Körper …

Erstens wiesen die Mäuse, denen das Giraffengen übertragen worden war, im Mutterleib eine langsamere Knochenentwicklung auf als normale Mäuse. Nach der Geburt entwickelten sich die transgenen Mäuse jedoch schneller als normale Mäuse. Als die Wissenschaftler ihre Knochen untersuchten, stellten sie fest, dass diese genetisch veränderten Mäuse eine höhere Knochenmineraldichte hatten.

WT ist eine normale Ratte und Giraffe ist eine Ratte, in die das Giraffengen übertragen wurde. Auf den CT-Bildern ist deutlich zu erkennen, dass die Knochendichte der transgenen Mäuse im Vergleich zu normalen Ratten stark zugenommen hat. Bildquelle: Dokument 2

Dabei handelt es sich um einen Kompensationsmechanismus, der verhindert, dass die schnell wachsende Knochenstruktur brüchig wird. Wissenschaftler vermuten daher, dass FGFRL1 der Grund dafür sein könnte, warum Giraffen schnell und stetig wachsen.

Anschließend injizierten die Wissenschaftler den transgenen und normalen Mäusen Angiotensin.

Nach der Injektion von Ang II (einem Medikament, das Bluthochdruck verursachen kann) stellte sich heraus, dass der Blutdruck der transgenen Mäuse nur geringfügig anstieg und ihre Organe im Wesentlichen nicht beeinträchtigt waren. Währenddessen stieg der Blutdruck normaler Mäuse nach der Injektion des Medikaments sprunghaft an und es kam zu einer starken Fibrosierung (einer Form von Organschäden) in ihren Nieren und Herzen.

Vergleich der Myokardfibrose bei transgenen und normalen Ratten nach Angiotensin-Injektion. Die Myokardfibrose war bei transgenen Ratten viel geringer als bei normalen Ratten. Bildquelle: Dokument 2

Vergleich der Nierenfibrose bei transgenen und normalen Ratten nach Angiotensin-Injektion. Die Nierenfibrose transgener Ratten war viel geringer als die normaler Ratten. Bildquelle: Dokument 2

Dies zeigt, dass es FGFRL1 ist, das Giraffen eine einzigartige evolutionäre Anpassungsfähigkeit im Umgang mit Bluthochdruck verleiht.

Angesichts dessen fragen Sie sich vielleicht, ob Menschen durch die Übertragung dieses Gens Bluthochdruck bekämpfen können. Natürlich nicht so schnell. Erstens ist die genetische Veränderung von Menschen unethisch und unsicher. Wenn andererseits eine Mutation durch die einfache Übertragung eines Gens verursacht werden kann und es sich um eine gute Mutation handelt, dann hätte es den Giraffenmenschen schon vor langer Zeit gegeben ... So einfach ist es nicht.

Es gibt tatsächlich einen Giraffenmann (einen Bösewicht) im Marvel-Universum. Obwohl er nur einmal aufgetreten ist und seine Superkräfte nicht öffentlich gemacht wurden, denke ich, dass er in der Lage sein sollte, Bluthochdruck zu bekämpfen …

Quellen:

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1095643309010629

https://advances.sciencemag.org/content/7/12/eabe9459

https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/13274413/

https://www.who.int/features/qa/82/zh/

https://marvel.fandom.com/wiki/Giraffe-Man_(Earth-616)