Schwämme Das Tier ohne Eigenschaften

Eigentlich lernt ja jedes Kind, dass man in Museen nichts anfasst. Erst recht nicht, wenn es sich um ein derart filigranes Gebilde handelt, wie es Dorte Janussen aus einer der alten Vitrinen aus der Gründerzeit des Naturmuseums Senckenberg in Frankfurt holt. "Das Skelett eines pazifischen Glasschwamms. Dürfen Sie ruhig mal in die Hand nehmen", ermutigt die Meeresbiologin ihren Besucher. Und tatsächlich erweisen sich die antrainierten Hemmungen als unbegründet: Das luftig wirkende Gebilde liegt schwer und hart in der Hand.

Kein Wunder, denn in Sachen maximale Stabilität bei minimalem Materialaufwand gehören Glasschwämme zu den Meistern des Tierreichs. Besonders augenfällig ist dies bei Euplectella aspergillum, dem westpazifischen Gießkannenschwamm, der vor vier Jahren sogar das Titelblatt des Journals Science zierte. Im dazugehörigen Artikel beschrieben amerikanische und deutsche Forscher das Konstruktionsprinzip seines gläsernen Skeletts: eine siebenfache Hierarchiestruktur, angefangen bei Nanopartikeln aus Siliciumdioxid. Diese verbinden sich zu feinsten, dank organischer Einlagerungen extrem bruchfesten Glasfasern, die sich zu den gitterartig verlaufenden Streben bündeln, aus denen der bis zu 40 Zentimeter lange Glasfaserkolben besteht.

Ein stabilisierendes Skelett muss reichen

Das Ergebnis ist trotz zerbrechlicher Erscheinung fast unkaputtbar, was es in Japan zum traditionellen Hochzeitsgeschenk machte: Als Symbol für die Dauerhaftigkeit der Liebe, sagen Optimisten. Andere deuten die Glaskonstruktion als Sinnbild des ausbruchsicheren Käfigs der Ehe. Zu dieser Auslegung passt auch die Beobachtung, dass der lebende Tiefseeschwamm oft pärchenweise von einer bestimmten Garnelenart besiedelt wird, die als Larve durch das Gitter dringt, um den Rest ihres Lebens in seinem Inneren zu verbringen.

Solch komplexe Kieselsäure-Skelette oder auch die bis zu drei Meter langen Glaslanzen, mit denen sich einige Arten im Schlamm des Tiefseebodens verankern, findet man allerdings nur bei Glasschwämmen. Die beiden anderen Klassen des Tierstammes der Porifera stabilisieren ihren schwammigen Körper dagegen in der Regel mit Hilfe mikroskopisch kleiner Nadeln, den sogenannten Spicula. Bei Hornkieselschwämmen bestehen diese ebenfalls aus Kieselsäure, Kalkschwämme wiederum bauen die Ihren aus Kalzitkristallen. "Ohne die charakteristischen Formen der Spicula wären wir klassisch arbeitenden Zoologen bei der Bestimmung der Arten aufgeschmissen", sagt Janussen.

Strudelarbeit

Tatsächlich zeichnen sich Schwämme, die mit rund 9000 bekannten Arten fast alle Biotope der Weltmeere und in geringer Artenzahl auch das Süßwasser besiedeln, ansonsten vor allem durch das Fehlen klarer Körpermerkmale aus, wie man sie von anderen Tierstämmen kennt: Sie besitzen weder Sinnesorgane noch Muskeln, noch einen Verdauungstrakt. Als Becher, Fächer, Knollen und Keulen oder einfach als krustiger Belag, in dem die einzelnen Individuen kaum noch voneinander zu unterscheiden sind, sitzen sie weitgehend unbeweglich am Untergrund fest.

Wegen dieses unscheinbaren Lebenswandels wussten Naturforscher lange nicht viel mit den Schwämmen anzufangen. Einer der wenigen, die sich schon früh mit den vermeintlich uninteressanten Lebewesen beschäftigten, war der Erlanger Botaniker Eugen Johann Christoph Esper. 1794 vertrat er die lange populäre Ansicht, das "Geschlecht der Saugschwämme" müsse "für würkliche Pflanzen angenommen" werden.

Erst im Laufe des 19. Jahrhunderts machten mikroskopische Untersuchungen deutlich, dass es sich bei den "Pflanzenthieren" eindeutig um einfach gebaute tierische Mehrzeller handelt. Auch zeigte die Beobachtung lebender Tiere, dass Schwämme durchaus nicht so passiv sind, wie man dachte: Durch kleine Poren in der Schwammoberfläche strudeln sie große Mengen Wasser ins Körperinnere, filtern dort Einzeller, Bakterien und andere verwertbare Nahrungspartikel heraus und blasen das saubere Wasser schließlich durch eine große Öffnung an der Oberseite, dem Osculum, wieder nach außen.

Ohne echtes Gewebe geht es auch

In der Tiefsee ist solches Futter rar, weshalb sich eine Reihe dort lebender Schwämme auf größere Beute spezialisiert hat. Mit klauenartigen Spicula, die auf tentakelartigen Fortsätzen sitzen, fangen diese Arten Kleinkrebse und anderes Getier. Diese fleischfressenden Schwämme haben dafür im Laufe der Evolution ebenjenes Merkmal verloren, an dem man sonst einen Schwamm am leichtesten erkennt: das meist weitverzweigte Kanalsystem und die in den Geißelkammern sitzenden Kragengeißelzellen.

Die Kragengeißelzellen erzeugen mit dem Schlag ihrer Geißeln nicht nur den Wasserstrom durch den gesamten Schwammkörper, sie besorgen auch die eigentliche Filtrierarbeit: Denn jede einzelne Geißel ist von einem Kragen aus kleineren Zellfortsätzen umgeben, durch die das weggestrudelte Wasser seitlich nachströmt und an dem die feinen Nahrungspartikel hängenbleiben. Diese werden von den Kragengeißelzellen aufgenommen und an spezialisierte Amöboid-Zellen weitergegeben, welche die Verdauung und den Transport der Nährstoffe in der lockeren Füllmatrix des Schwammkörpers, dem gallertigen Mesohyl, übernehmen. Dort flottieren auch noch andere Zelltypen, die etwa Skelettelemente bilden oder aus denen Eizellen hervorgehen.

Da ihnen sowohl Organe als auch echte Gewebe fehlen, stellen Zoologen die Schwämme zusammen mit einem weiteren Simpel des Tierreichs, dem umherkriechenden Zellhaufen Trichoplax vom Stamme der Placozoen (Zellbiologie: Tierisches Minimum), dem Gros der Gewebetiere gegenüber - gewissermaßen als Tiere zweiter Klasse. "Dabei hat gerade ihre Einfachheit und Flexibilität die Schwämme so erfolgreich gemacht, und das seit über einer halben Milliarde Jahren", begeistert sich Dorte Janussen über ihre Forschungsobjekte.

Eine lange Geschichte

Tatsächlich lassen sich viele Schwamm-Fossilien aus dem Kambrium, einer Zeit also, als die meisten der heute lebenden Tierstämme gerade das Licht des Urmeeres erblickten, bereits heute lebenden Untergruppen zuordnen. Und selbst unter den rätselhaften, gut 560 Millionen Jahre alten Versteinerungen der präkambrischen Ediacara-Fauna gehören Schwämme zu den wenigen Lebensformen mit moderner Entsprechung.

Noch ein gutes Stück weiter zurück datierte Anfang Februar eine in Nature veröffentlichte Studie den Ursprung der Schwämme: In 635 Millionen Jahre alten Sedimenten fanden Forscher um den amerikanischen Geologen Gordon Love von der University of California in Riverside erkleckliche Mengen eines extrem haltbaren Biomoleküls mit Namen 24-IPC, das in der Natur ausschließlich in Hornkieselschwämmen vorkommt.

Die Schlussfolgerung Loves, dass es schon damals echte Schwämme gegeben haben müsse, ist zwar naheliegend, aber nicht zwingend: Offen ist etwa die Frage, warum sich in den Sedimenten dann keine Überreste schwammtypischer Glas- oder Kalkskelette finden. Zudem könnte ein einzelliger Vorfahr der Schwämme durchaus mit der Produktion des Steroids 24-IPC begonnen haben, bevor er auf die Idee zur zellulären Arbeitsteilung kam. Wie ein solcher Vorfahr ausgesehen haben könnte, zeigt eine Gruppe heute lebender Einzeller, die Kragengeißeltierchen. Diese Winzlinge filtrieren nicht nur exakt nach Art eines Schwammes Fressbares aus dem Wasser, manche Arten bilden auch am Untergrund festsitzende Kolonien - bis zu einem Schwamm scheint es da nicht mehr weit.

Genetisch sieht die Sache ganz anders aus

Die Mehrzahl der Paläontologen vermutet deshalb, dass die Urmetazoe, der hypothetische Vorfahr aller vielzelligen Tiere, aus kolonialen Kragengeißeltierchen hervorgegangen und schwammiger Natur gewesen sein dürfte - wobei stets der Vorbehalt gilt, dass heute lebende Organismen bestenfalls ein grobes Modell für ihre Urahnen sein können. Da man von Exemplaren jener Urmetazoe wegen ihres vermutlich winzigen und weichen Körpers wohl kaum jemals Fossilien finden wird, lässt sich über die Frage, welcher der heutigen Tierstämme ihr am nächsten steht, trefflich streiten - außer den Schwämmen favorisieren manche Forscher auch Rippenquallen oder eben das seltsame Plattentier Trichoplax für diese Rolle.

Richtig kompliziert wird die Materie, wenn man die in den letzten Jahren gewonnenen Erkenntnisse zur Genetik mit einbezieht. "Schwämme sind genetisch alles andere als primitiv", sagt der Molekularbiologe Werner Müller von der Universität Mainz. "Die wahre Vielfalt ihrer Zellen zeigt sich aber eben erst auf genetischer und molekularer Ebene." Tatsächlich finden sich bei Schwämmen Vorstufen eines Immunsystems, ihr Genom enthält Bausteine für die Erkennung und Kommunikation zwischen Zellen und die Weiterleitung von Reizen, wie man sie von höheren Tieren kennt. Ähnlich reichhaltig ist auch das Genom von Trichoplax bestückt, dessen Sequenz im vergangenen Jahr veröffentlicht wurde - offenbar besaß schon die Urmetazoe, wie auch immer sie ausgesehen haben mag, einen gut gefüllten genetischen Baukasten, aus dem sich die Evolution beim Hervorbringen von Nervensystemen, Organen und differenzierten Geweben bedienen konnte.

Interne Kommunikation ohne Nervensystem

Nur: Worin liegt der evolutionäre Vorteil dieser Gene für die einfachsten der Vielzeller? Tatsächlich reagieren Schwämme weitaus flexibler auf ihre Umwelt als lange gedacht. "Piekt man einen großen Schwamm an einer Stelle mit dem Finger, so hören seine Geißelzellen von der Stelle der Störung ausgehend zu schlagen auf - es gibt also offensichtlich auch ohne Nervensystem eine recht schnelle Kommunikation zwischen den Zellen", sagt Dorte Janussen. Und einige kleinere Schwämme sind sogar richtig mobil: mit Geschwindigkeiten von bis zu zwei Millimeter pro Stunde können sie gezielt schattige Plätze aufsuchen, was sowohl einen hohen Grad an motorischer Koordinierung als auch einen einfachen Lichtsinn voraussetzt. Wie die vermeintlichen Simpel das fertigbringen, ist allerdings noch weitgehend unerforscht - ein weites Feld also für das so lange unterschätzte zoologische Fach der Schwammkunde.