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Evolution: Delfin- und Fledermausgehör sind überraschend ähnlich

Manche Dinge sind so gut, dass die Natur sie gleich mehrmals erfindet - wie etwa den Sonar-Sinn von Delfinen und Fledermäusen. Doch jetzt stellt sich heraus: Flug- und Meeressäuger haben nicht nur ähnliche Hörsinne entwickelt, sondern dabei auch exakt den gleichen Weg beschritten.

Delfin (September 2007 in der Ostsee): Verblüffende Entwicklung des Sonar-Sinns Zur Großansicht
AFP

Delfin (September 2007 in der Ostsee): Verblüffende Entwicklung des Sonar-Sinns

Wenn man nach nahen Verwandten der Fledermaus Ausschau hält, kommt man nicht unbedingt sofort auf Delfine. Und das zu Recht: Bis auf die Tatsache, dass sie Säuger sind, haben sie nur wenig gemeinsam. Auch die sogenannte Echolokation - die Fähigkeit, per Ultraschall zu navigieren und Beute zu jagen - haben sie unabhängig voneinander entwickelt.

Derartige Ähnlichkeiten zwischen nicht oder nur entfernt verwandten Arten nennen Wissenschaftler konvergente Evolution: Auf ähnliche Herausforderungen reagiert die Natur offenbar mit ähnlichen Lösungen. Doch die Parallelen zwischen Fledermäusen und Delfinen reichen tiefer, als Biologen sich bisher träumen ließen: Die Systeme in ihren Ohren ähneln sich nicht nur in ihrer heutigen Form auf verblüffende Weise - sie haben auch den gleichen Weg der Entwicklung beschritten. Bis hin zu einzelnen Mutationen, wie zwei internationale Forscherteam jetzt herausgefunden haben.

Sowohl einige Fledermausarten als auch die Zahnwale, zu denen unter anderem die Delfine gehören, nutzen ihr Sonarsystem zum Jagen beziehungsweise zur Nahrungssuche und zum Navigieren. Das Prinzip ist bei beiden Gruppen das gleiche: Die Tiere senden Ultraschalllaute aus und errechnen aus deren Echos ein Bild ihrer Umgebung. Damit hören allerdings die offensichtlichen Gemeinsamkeiten bereits auf. So ist etwa die Schallgeschwindigkeit im Wasser fünfmal höher als in der Luft.

Protein erfuhr die gleichen Veränderungen

Trotz dieser beachtlichen Unterschiede scheinen genau die gleichen Veränderungen im Innenohr die Entwicklung beider Systeme ermöglicht zu haben, schreiben die Teams um Yang Liu von der East China Normal University in Shanghai und Ying Li von der University of Michigan in Ann Arbor im Fachmagazin "Current Biology".

Die Wissenschaftler hatten den Aufbau eines Proteins namens Prestin bei Fledermäusen, Delfinen und einer Reihe anderer Säugetiere verglichen. Dieses Eiweißmolekül kommt in den Haarzellen des Innenohrs vor und hilft ihnen, als Reaktion auf eine Schallwelle zu vibrieren. Dabei reagiert es ganz gezielt auf bestimmte Frequenzen des Schalls, so dass es als eine Art Verstärker für eben diese Frequenzen fungiert.

Überraschenderweise ähnelt sich der Prestin-Aufbau bei Delfinen und Fledermäusen so stark, dass sie in einem auf den Prestin-Daten basierenden Stammbaum als eine einzige Gruppe erscheinen, berichten die Forscher. Im Lauf der Zeit müssen sich also bei den Fledertieren und den Zahnwalen die gleichen Veränderungen im Prestin-Protein angesammelt haben.

Erstaunlich sei die schiere Zahl an Übereinstimmungen: Die Wissenschaftler identifizierten 14 Abweichungen, die bei beiden Gruppen vorkamen. Vermutlich ermöglicht dieser Umbau dem Prestin der Delfine und Fledermäuse auf höhere Frequenzen zu reagieren und schaffte so die Basis für die Entwicklung eines Ultraschall-Sonarsystems. Die Forscher wollen nun untersuchen, wie die Veränderungen die Funktion des Prestins genau beeinflusst haben.

"Die Natur ist voller Beispiele für Arten, die ähnliche Merkmale unabhängig voneinander entwickelt haben", sagte Stephen Rossiter von der University of London, einer der beteiligten Forscher. Als Beispiel nannte er die Stoßzähne von Elefant und Walross. Allerdings habe man bisher angenommen, dass viele dieser konvergenten Eigenschaften durch unterschiedliche Gene oder Mutationen entstanden seien. "Unsere Studie zeigt, dass ein komplexes Merkmal wie die Echo-Ortung bei Fledermäusen und Delfinen tatsächlich durch identische genetische Veränderungen entstanden ist."

mbe/ddp

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