Sauerstoff per Fotosynthese

Kaulquappen ohne Kiemen erschaffen

Robert Klatt

Wissenschaftler haben Kaulquappen ohne Kiemen erschaffen, die per Fotosynthese Sauerstoff produzieren.

München (Deutschland). Kaulquappen atmen in der ersten Phase ihres Lebens über Kiemen, die den benötigten Sauerstoff aus dem Wasser filtern. Wenn sie sich zu Fröschen weiterentwickeln, atmen die Tiere über ihre Lunge. Diese Entwicklung benötigt in der Natur mehrere Wochen. Wissenschaftler der Ludwig-Maximilians-Universität München (LMU) haben kürzlich untersucht, ob dieser Prozess beschleunigt werden kann.

„Das müsste doch eigentlich schneller gehen. Und schneller geht’s dann, wenn man den Sauerstoff vor Ort produziert – also im Gehirn“, erklären die Forscher um den Neurobiologen Hans Straka. Wenn die Kaulquappen tatsächlich ihren Sauerstoff unmittelbar im Gehirn produzieren würden, könnten die Nervenzellen diesen sofort nutzen, um ihre neuronale Aktivität zu erhöhen.

Fotosynthese im Gehirn der Kaulquappen

„Man müsste dem Tier beibringen, seinen Sauerstoff selbst herzustellen“, so Straka. Dies würde den Umweg des Sauerstoffs über die Kiemen oder Lungen vermeiden. Die Forscher kamen deshalb auf die Idee, Sauerstoff in den Kaulquappen per Fotosynthese zu erzeugen. „Allerdings ist es natürlich nicht praktikabel, einen Baum ins Gehirn einer Kaulquappe zu pflanzen“, schränkt Straka ein.

Die Biologie kennt jedoch noch weitere Zellen, die bei Belichtung Sauerstoff produzieren. Dazu gehören auch einzelligen Grünalgen (zehn Mikrometer Größe) und Cyanobakterien (zwei Mikrometer Größe), bei denen die Forscher davon ausgingen, dass sie wegen ihrer minimalen Größe im Körper der Kaulquappen leben können.

Algen in Kaulquappen injiziert

Um zu untersuchen, ob die Algen im Körper der Kaulquappen tatsächlich per Fotosynthese Sauerstoff produzieren, injizierten die Wissenschaftler diese einigen Tieren mitten ins Herz. Jeder Herzschlag verteilte die Algen dann überall im Körper. Zudem deaktivierten sie die Kiemenfunktionen, damit kein externer Sauerstoff zugeführt wird.

„Wir haben festgestellt, dass diese Cyanobakterien sich ausgesprochen gut im Gefäßsystem verteilen, eben weil sie so winzig sind. Wir konnten mit bloßem Auge sehen, wie das Tier langsam ergrünte“, erklärt Nickelsen. Dabei gelangten die Algen auch in das Gehirn der Kaulquappen, also das Organ mit dem höchsten Sauerstoffverbrauch.

Algen produzieren Sauerstoff

Anschließend setzen die Forscher die Kaulquappen in eine Flüssigkeit, die nahezu keinen Sauerstoff enthielt. Die Hirnaktivität der Tiere hing also davon ab, ob die Algen per Fotosynthese ausreichend Sauerstoff produzieren. Dies war tatsächlich der Fall. Dank der injizierten Wassergewächse wurde direkt im Gewebe ausreichend viel Sauerstoff für die Nervenaktivität der Tiere produziert, wenn genügend Sicht zur Verfügung stand.

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