Krallenfrosch Xenopus laevis So geht Karriere

Einen Schönheitspreis wird er wohl nicht mehr gewinnen. Sein Körper ist plump, sein Wesen träge, seine Intelligenz eher beschränkt. Systematiker rechnen ihn zu den niederen Froschlurchen, Unterordnung der Zungenlosen. Zähne besitzt er auch nicht, ebenso wenig wie Ohren oder einen ausgeprägten Sehsinn. Was in seiner Umgebung vorgeht, registriert er hauptsächlich über ein Seitenlinienorgan, welches - ähnlich wie bei Fischen - aus Sensorzellen besteht, die Bewegungen im Wasser registrieren. Besonders aufregend ist das Leben eines Krallenfroschs nicht. Tagsüber hockt er meist bewegungslos in seinem Tümpel, den er ungern verlässt. Nachts wühlt er im Schlamm und schlürft herunter, was ihm nahrhaft erscheint: Larven, Würmer, kleinere Fische, ob tot oder lebendig, ist egal. Dass er eines Tages mal einen Nobelpreis gewinnen würde, ist Xenopus laevis nicht gerade an der Wiege gesungen worden.

Die stand vor 150 Millionen Jahren an der Nahtstelle zwischen dem afrikanischen und dem südamerikanischen Kontinent. Seitdem hat sich der Frosch nicht mehr groß weiterentwickelt. Wozu auch? Das sei eine extrem ausdauernde Art, sagt der Berliner Zoologe Andreas Elepfandt, „robust bis zum Gehtnichtmehr“. Elepfandt hat sich jahrelang mit den Tieren beschäftigt. Wenn er mal eines zu Untersuchungszwecken betäuben musste, brauchte er die zehnfache Dosis wie für einen gleich großen Fisch. In der Natur können Krallenfrösche zwölf Jahre und älter werden, in Gefangenschaft bis zu dreißig. Für einen Lurch ist das eine Ewigkeit.

Zwischen zehn- und fünfzehntausend Eier pro Jahr

Seine erste Karriere im wissenschaftlichen Dienst begann Xenopus in den dreißiger Jahren des vorigen Jahrhunderts. Der Zoologe Lancelot Hogben suchte damals an der Universität von Kapstadt nach einem Versuchstier, das erstens keine großen Ansprüche stellt und zweitens möglichst viele Nachkommen produziert. Beides trifft auf den Krallenfrosch zu: Ein einzelnes Weibchen laicht pro Jahr zwischen zehn- und fünfzehntausend Eier ab. Hogben fand heraus, dass das menschliche Schwangerschaftshormon Chorion-Gonadotropin, das von der zweiten Woche an im weiblichen Urin nachgewiesen werden kann, auch bei Krallenfröschen Wirkung zeigt. Spritzt man ihnen eine Dosis davon unter die Haut, kommt es am nächsten Tag pünktlich zur Eiablage.

Der „Krötentest“ wurde ein Riesenerfolg: Afrikanische Krallenfrösche wurden zu Zehntausenden gefangen und in alle Welt verschickt, bis ihr Einsatz in den siebziger Jahren durch Teststäbchen abgelöst wurde. Da hatten ein paar Exemplare allerdings schon das Weite gesucht. Es spricht vieles dafür, dass die entwischten Tiere Mitverursacher des seit den achtziger Jahren beobachteten weltweiten Amphibiensterbens sind. Krallenfrösche können eine Pilzerkrankung übertragen, gegen die sie selbst immun sind; der Erreger, Batrachochytrium dendrobatidis, war früher auf Südafrika beschränkt, hat sich inzwischen aber weit über den Globus ausgebreitet. Die International Union for Conservation of Nature fürchtet, dass dadurch mehr als die Hälfte aller Amphibienarten vom Aussterben bedroht sind.

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Etwas weniger dynamisch verlief die zweite Karriere von Xenopus leavis als Modellorganismus. Entscheidend vorangetrieben hat sie ein junger Doktorand, der sich 1956 in Oxford daranmachte, ein Experiment zu wiederholen, das vier Jahre zuvor bereits an Leopardfröschen geglückt war. Den beiden Amerikanern Robert Briggs und Thomas King war es gelungen, Zellen aus einem frühen Embryonalstadium zurück in entkernte Eizelle zu verpflanzen, die dann wiederum zu Kaulquappen heranwuchsen. Dies der erste erfolgreiche Versuch gewesen, ein Wirbeltier im Labor zu klonen.

Doch der Doktorand John Gurdon wollte mehr, auch wenn ihm sein Biologielehrer im Elite-Internat Eton bescheinigt hatte, er sei der schlechteste Schüler gewesen, den er je gesehen hätte. Gurdon wollte beweisen, dass selbst ausdifferenzierte Körperzellen noch imstande sind, einen neuen, identischen Organismus hervorzubringen. Schon nach sechs Monaten konnte er erste Erfolge vorweisen, sechs Jahre später stand endgültig fest, dass er sein Ziel erreicht hatte, auch wenn die Fachwelt das mit großer Skepsis aufnahm. Zum ersten, aber nicht zum letzten Mal machten Spekulationen die Runde, wie lange es wohl dauern würde, bis man die Methode beispielsweise dazu nutzen würde, Adolf Hitler auferstehen zu lassen.

Die Fragestellung bleibt dieselbe

Gurdon hat für seine Arbeit vergangene Woche den Nobelpreis erhalten. Sein Fachgebiet hieß seinerzeit noch „Embryologie“, weil es sich mit dem Entstehen und Werden des Embryos befasst; heute nennt es sich „Entwicklungsbiologie“. Doch im Großen und Ganzen ist die Fragestellung dieselbe geblieben: Welche Steuerungsmechanismen führen dazu, dass aus einer einzigen befruchteten Eizelle ein komplettes Lebewesen mit all seinen Organen und Billionen von Zellen hervorgeht?

Wer dieser Frage experimentell nachgehen will, ist automatisch gezwungen, werdendes Leben zu zerstören. Daher rührt das Unbehagen, dass dieser Forschung immer wieder entgegenschlägt. Schon der deutsche Anatom Wilhelm Roux musste sich mit dem Vorwurf der Tierquälerei auseinandersetzen. Ende des 19. Jahrhunderts hatte er mit frisch befruchteten Froscheiern hantiert, wobei er eine der beiden Tochterzellen mit einer heißen Nadel abtötete. Daraus wuchs nur ein halber Froschembryo heran. Zum gegenteiligen Ergebnis kam sein Kollege Hans Driesch: Er teilte Seeigel-Eier mit einem dünnen Faden und erhielt einen ganzen, wenn auch kleineren Embryo als gewöhnlich.

Ein weiterer Deutscher, der später mit dem Nobelpreis ausgezeichnete Hans Spemann, führte die Embryologie in den zwanziger Jahren schließlich zu einem vorläufigen Höhepunkt. Spemann und seine Assistentin Hilde Mangold experimenierten an der Universität Freiburg mit Eiern von Teichmolchen, die sie bis zum Stadium der Gastrula heranwachsen ließen. Zu diesem Zeitpunkt wird bei den allermeisten Tieren ein sogenannter Urmund angelegt, der definiert, wo später vorn und hinten ist. Außerdem bilden sich drei charakteristische Keimschichten: außen das Ektoderm, das Haut und Nervensystem hervorbringt, innen das Endoderm, ein Vorläufer des Verdauungstraktes, und zwischen beiden das Mesoderm, gemeinsamer Ursprung des Muskel- und Knochenapparats sowie der meisten Organe. „Gastrulation ist der wichtigste Zeitpunkt im Leben“ lautet ein Kernsatz der Embryologie.

Mit viel Geschick gelang es Spemann und Mangold, winzige Zellpfropfen aus der Umgebung des Urmundes in eine fremde Gastrula zu verpflanzen. Dort verhielten sie sich, als gelte es, einen zweiten Organismus anzulegen. Das Resultat waren Siamesische Kaulquappen. Der „Spemann-Organisator“, wie er bewundernd genannt wurde, war offenbar der archimedische Punkt, um den sich alles drehte.

Zerlegte Rinderhirne im Schlachthaus

Legionen von Forschern haben sich anschließend bemüht, die chemische Natur des Spemannschen Organisators aufzuklären. Alle möglichen Substanzen wurden gefunden, darunter so verdächtige wie Glykogen, ein Produkt des Energiestoffwechsels, andererseits auch so unverdächtige wie der synthetische Farbstoff Methylenblau, der überhaupt keine biologische Entsprechung hat. Die ganze Forschungsrichtung galt irgendwann als obskur und geriet für Jahrzehnte ins Abseits.

Nur eine Handvoll von Forschern blieb der Frage und den Fröschen treu. Dazu zählt der Brite Jonathan Slack, der sich Anfang der achtziger Jahre in den Kopf gesetzt hatte, einen bestimmten Wachstumsfaktor zu isolieren. Solche Faktoren galten zu dieser Zeit als Schlüssel zum Verständnis von Krebs. Slack hatte einen Kollegen, der sich mit biochemischen Präparationen auskannte. Also marschierten die beiden ins nächstgelegene Schlachthaus und machten sich über Rinderhirne her, die sie nach allen Regeln der Kunst zerlegten. Ein knappes Milligramm „Fibroblast Growth Factor“ (FGF) sprang dabei heraus.

Kein Kopf, kein Bewusstsein, keine Schmerzen

Mit diesem Stoff traktierte Jonathan Slack seine Krallenfrosch-Eier. FGF war tatsächlich imstande, das Wachstum von Mesodermzellen anzuregen. So machte der Lurch zum dritten Mal Karriere. Zu wenig FGF, weiß man heute, unterdrückt bei Kaulquappen die Bildung von Rumpf und Schwanz. Zu viel FGF verhindert andererseits die Bildung eines Kopfes. Mit im Spiel sind dabei sogenannte Homöo-Gene, die quer durchs Tierreich nahezu identisch sind, ob es sich nun um Taufliegen, Krallenfrösche oder Menschen handelt.

Experten wissen das seit langem. Laien eher nicht. Der Anblick von kopflosen Tieren ist ihnen nicht geheuer. Und so kam Xenopus zum vierten Mal in die Schlagzeilen. „Frosch ohne Kopf bahnt den Weg zu menschlichen Organfabriken“ titelte am 19. Oktober 1997 die Sunday Times. Über Nacht standen die Reporter bei Jonathan Slack Schlange. In spätestens zehn Jahren, hieß es, werde man kopflose Babys klonen, einzig und allein zu dem Zweck, ihnen Herzen, Lebern oder Nieren zu entnehmen.

Jonathan Slack hat über seine Arbeit ein Buch geschrieben („Egg and Ego“, Springer, New York 1999). Abgesehen von den methodischen Schwierigkeiten, argumentiert er, würde rational gar nichts gegen solche Organsäcke sprechen. Denn ein Mensch ohne Kopf habe ja kein Bewusstsein seiner selbst und empfinde keine Schmerzen. Das ist nicht allzu weit entfernt vom medizinischen Konzept der Organentnahme nach dem Hirntod. Aber irgendwie mag Slack den Gedanken trotzdem nicht: Kaulquappe und Mensch seien wohl doch nicht dasselbe.