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Gifte von Tieren und Pflanzen : Nicht immer nur ein Spiel des Zufalls

  • -Aktualisiert am

Aga-Kröte Bild: GERRY PEARCE/SCIENCE PHOTO LIBRA

Die Evolution führt im Tierreich manchmal zu überraschend ähnlichen Ergebnissen, wie die bewährte Abwehrstrategie gegen das tückische Gift der Kröten zeigt.

          6 Min.

          Die Entwicklung des Lebens ist dem Zufall unterworfen und verläuft unberechenbar. Darin ist sich die Mehrheit der Evolutionsbiologen einig. Mitunter scheint die Evolution allerdings doch in eng begrenzte Bahnen gezwungen zu werden, was mehrfach zu recht ähnlichen oder sogar identischen Ergebnissen führt. Auf der molekularen Ebene trifft das offenkundig zu, wenn sich Tiere gegen sogenannte Herzglykoside wappnen. Mit diesen Giftstoffen wehren sich nicht nur Pflanzen wie der Fingerhut (Digitalis) gegen Fressfeinde. Kröten setzen ebenfalls auf Herzglykloside, um sich gegen Angreifer zu verteidigen. Was häufig gelingt, aber keineswegs immer. Denn in der Entwicklungsgeschichte sind hin und wieder Mutationen aufgetreten, mit denen sich die Verteidigungsstrategie der Kröten durchkreuzen ließ. Dass dabei mehrmals exakt dieselben molekularen Varianten entstanden sind, haben Wissenschaftler um Beata Ujvari von der University of Sydney, Nicholas Casewell von der Liverpool School of Tropical Medicine und Kartik Sunagar von der Hebrew University of Jerusalem herausgefunden. Wie sie in den „Proceedings“ der nationalen Amerikanischen Akademie der Wissenschaften berichten, sind Amphibien, Reptilien und Säugetiere in die vergleichenden Studien einbezogen worden.

          Herzglykoside entfalten ihre toxische Wirkung an der Membran, mit der sich Zellen von der Außenwelt abschirmen. Sie legen dort eine Art Pumpe lahm, die Natrium hinaus- und Kalium hineinbefördert. So mindern diese Stoffe die Fähigkeit der Zelle, das chemische Milieu in ihrem Inneren zu regulieren. Dabei verändern sie zugleich die elektrische Spannung zwischen dem Zellinneren und dem Außenbereich. Indem die Herzglykoside die Natrium-Kalium-Pumpe manipulieren, sabotieren sie auch die Arbeit des Herzmuskels - je nach Dosis mit fatalen Folgen.

          Blockade der Zellpforten

          Etliche Schlangen können jedoch Kröten verschlingen, ohne Schaden zu nehmen. Um zu ergründen, was hinter dieser Widerstandsfähigkeit steckt, nahmen die Forscher um Ujvari die Natrium-Kalium-Pumpe diverser Schlangen genauer unter die Lupe. Sie studierten die lange Kette von Aminosäuren, aus der dieses Membran-Protein besteht. Bei Schlangen, für die auch Kröten ein gefundenes Fressen sind, stießen sie immer wieder auf dieselbe Veränderung: In einer Schlaufe von zwölf Aminosäuren, die aus der Zellmembran nach außen ragen, ist die erste durch die Aminosäure Leucin ersetzt, die zehnte durch Arginin.

          Gewöhnlich bleibt die Zusammensetzung der Proteinschlaufe im Laufe der Evolution unverändert. Denn einschlägige Mutationen erweisen sich fast immer als misslich: Die Kalium-Ionen können nicht mehr ordentlich andocken und in die Zelle geschleust werden. Wenn ein Herzglykosid in die Quere kommt, wird der Transportprozess ebenfalls mehr oder weniger blockiert. Um das zu verhindern und den Weg für Kalium-Ionen frei zu halten, müssen offenbar zwei ganz bestimmte Aminosäuren durch entsprechend andere ersetzt werden. Wie der Stammbaum der Schlangen zeigt, ist diese spezielle Version der Natrium-Kalium-Pumpe nicht nur einmal entstanden, sondern sie hat sich mindestens dreimal unabhängig voneinander entwickelt: bei den Urahnen der Ringelnatter und weitläufig verwandter Nattern, bei den Vorfahren der Brillenschlange sowie bei den Ahnen von Puffotter und Nashornviper.

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