Spezielles Organ: Wärmesensor von Schlangen enträtselt

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Ob in Zeitlupe, in brillanten Farben oder im UV-Bereich: Viele Tierarten sehen in Vielerlei Hinsicht besser als der Mensch. Unsichtbar ist für unser Auge beispielsweise das Licht mit einer Wellenlänge zwischen 780 Nanometern und einem Millimeter. Manche Schlangen dagegen haben den Infrarotblick. Dafür beisitzen sie eine anatomische Feinheit: das sogenannte Grubenorgan, mit dem sie Temperaturdifferenzen von Bruchteilen eines Grads Celsius wahrnehmen können.

Jetzt haben Forscher herausgefunden, wie der hochempfindliche Wärmesensor, den Schlangen für den nächtlichen Beutefang nutzen, auf molekularer Ebene funktioniert: Spezielle Proteine in diesem Organ nehmen die Wärmestrahlen auf und wandeln sie in Nervenimpulse um, berichtet ein Wissenschaftlerteam um David Julius von der University of California im Fachmagazin "Nature". Der Wärmesensor, den vor allem Schlangenarten wie Vipern, Boas und Pythons haben, wird auch als sechster Sinn der Tiere bezeichnet. Die grubenartigen Vertiefungen, die mit zahlreichen Nervenenden durchsetzt sind, registrieren feinste Temperaturschwankungen. Für die warmblütige Beute der Schlangen ist das ein entscheidender Nachteil: Das Tier setzt in seinem Gehirn ein Bild zusammen, das dem einer Wärmebildkamera ähnelt.

Bisher war aber unklar, wo und auf welche Weise die Wärmestrahlung im Grubenorgan erkannt wird. Durch Experimente mit Zellen aus dem Organ fanden die Forscher heraus, dass der sogenannte TRPA1-Kanal als Wärmedetektor funktioniert. Spezielle Proteine in der Zellmembran bilden diesen Kanal, der sich durch die Wärmestrahlung aufwärmt und den Reiz an die Nervenenden weiterleitet. Interessanterweise wird der TRPA1-Kanal erst aktiv, wenn die Temperatur einen bestimmten Schwellenwert überschreitet. Bei den untersuchten Texas-Klapperschlangen lag dieser bei 28 Grad - was in etwa der Untergrenze der Körpertemperatur warmblütiger Beutetiere entspricht.

Der Protein-Sensor, der nicht nur bei Schlangen vorkommt, hat auch eine andere Funktion: Anstatt auf Wärme reagiert die Sensorik bei Säugetieren nur auf bestimmte chemische Verbindungen, nämlich solche, die im japanischen Meerrettich und anderen Senfpflanzen vorkommen. Nach Meinung der Forscher ist die Vielfalt des sensorischen TRP-Systems ein Beleg für dessen hohe Anpassungsfähigkeit in der Evolution.

Beim Menschen wird der TRPA1-Kanal auch Wasabi-Rezeptor genannt, weil er wichtig ist für die Wahrnehmung bestimmter Geschmacksnoten des japanischen Meerrettichs. Diese Funktion ist auch bei den Schlangen noch vorhanden, aber im Laufe der Evolution hat sich ihr TRPA1-Kanal zusätzlich zu einem Rezeptor für die Wärmeerkennung umgebildet.

Die Schlangen sind nicht die einzigen Wirbeltiere mit ausgeprägten Wärmesensoren: Das australische Thermometerhuhn (Leipoa ocellata) etwa misst mit den Wärmedetektoren seines Schnabels die Wärme im Bruthügel der Eier und reguliert die Temperatur präzise auf 33 Grad Celsius.