Warum das Schnabeltier niemals einen Magen haben wird

Seltsamerweise haben viele Tierarten wie Karpfen und Schnabeltier in der evolutionären Vergangenheit ihren Magen verloren, und neue Forschungsergebnisse deuten darauf hin, dass sie die Organe möglicherweise niemals zurückentwickeln.

Der Magen ist der Teil des Darms, in dem der Hauptteil der Verdauung stattfindet. Drüsen in diesem Organ sezernieren Enzyme, die als Pepsine bekannt sind, die Proteine abbauen, und starke Säuren, die Nahrung erweichen und den Enzymen helfen, zu arbeiten. Die Drüsen tauchten erstmals vor etwa 450 Millionen Jahren auf und stellen eine evolutionäre Innovation dar, die ausschließlich in Kieferkreaturen mit Rückgrat zu finden ist.

Überraschenderweise fehlen bei einer Reihe von Wirbeltieren mit Kieferknochen die Magendrüsen, die den Magen definieren. 1805 entdeckte der französische Zoologe Georges Cuvier, dass vielen Teleosts oder der größten lebenden Fischgruppe wie der Karpfenfamilie der Magen fehlt. Die letzten 200 Jahre der Forschung deuten darauf hin, dass bis zu 27 Prozent aller Teleost-Arten konservativ gesehen keinen Magen haben. Primitive Knochenfische wie Lungenfische und einige Knorpelfische wie Chimären verloren auch die Organe.

Fische sind nicht die einzigen Kreaturen, denen der Magen fehlen kann. Alle Monotreme oder eierlegende Säugetiere wie das Schnabeltier und die Echidna verloren im Laufe der Evolution ebenfalls ihren Magen.

Wissenschaftler fragten sich, ob all diese Beispiele von Magenverlust etwas gemeinsam hatten. Darüber hinaus wollten die Forscher wissen, ob diese Tiere eines Tages den Magen neu erfinden könnten. Es gibt eine Reihe von evolutionären Fällen von Arten, die komplexe Merkmale neu entwickeln; Zum Beispiel erfanden eine Reihe von Stabinsekten anscheinend den Flügel neu.

Besonderheiten des Magenverlusts

Da viele Tiere nun ihre Genome sequenzieren ließen, untersuchten die Forscher 14 Arten mit und ohne Magen, um festzustellen, welche Gene ihnen allen fehlen könnten. Die Wissenschaftler fanden heraus, dass bei allen untersuchten Arten der Magenverlust eindeutig mit dem vollständigen Verlust der für die Pepsin- und Säureverdauung verantwortlichen Gene zusammenhängt.

Die Forscher vermuten, dass die Vorfahren dieser magenfreien Spezies auf Diäten angewiesen waren, bei denen die Verdauung über Pepsine und Säuren nicht wahrscheinlich oder sogar möglich war. Zum Beispiel können Diäten, die reich an kalkhaltigen Schalen oder Bodenmist sind, Magensäuren neutralisieren. Wenn sich diese Arten angepasst haben, um ohne die Notwendigkeit eines Magens zu überleben, könnten die Gene für ihre Funktion im Laufe der Zeit durch Mutation ohne negative Auswirkungen verloren gehen. Diese Gene können energetisch teuer zu erhalten sein, was ihren Verlust beschleunigen könnte, wenn sie überflüssig gemacht würden.

Die Forscher stellten fest, dass der Verlust dieser Gene darauf hindeutet, dass die Neuerfindung des Magens bei diesen Arten höchst unwahrscheinlich ist. Obwohl Arten komplexe Merkmale neu entwickeln können, fanden frühere Forschungen heraus, dass die Vorfahren dieser Arten die Gene für diese Eigenschaften beibehielten und ihre Nachkommen die Gene lediglich reaktivierten. Im Gegensatz dazu haben die magenlosen Arten, die die Forscher analysierten, anscheinend die komplexen Gene für die Magenverdauung über den Punkt der Genesung hinaus verloren.

“Es scheint, dass, sobald der Magen verloren ist, das alles Leute sind”, sagte Studienautor Jonathan Wilson, ein vergleichender Physiologe am Interdisziplinären Zentrum für Meeres- und Umweltforschung der Universität Porto in Portugal, gegenüber LiveScience.

Wiedererlangung eines Magens

Dennoch könnte es für diese Arten in ferner Zukunft möglich sein, den Magen wiederzugewinnen, wenn sie Gene anpassen, die denen für die Säure- und Pepsinverdauung ähnlich sind. Diese ähnlichen Gene “könnten theoretisch ähnliche Funktionen entwickeln”, wie sie für Mägen notwendig sind, sagte Studienleiter Filipe Castro, Evolutionsbiologe am Interdisziplinären Zentrum für Meeres- und Umweltforschung der Universität Porto, gegenüber LiveScience.

Zukünftige Forschung kann nach einem fehlenden Glied in der Evolution des Magenverlusts suchen — “Tiere, denen ein Magen fehlt, die aber die Gene behalten haben”, sagte Wilson. Da es jedoch mindestens 5.000 Wirbeltierarten ohne Magen gibt, könnte eine solche Arbeit wie die Suche nach “einer Nadel im Heuhaufen” sein, fügte er hinzu.

Wissenschaftler können auch untersuchen, warum der Magen entstand und in der Evolution bestand. “Das wird helfen, das Phänomen des Verlustes zu verstehen”, sagte Castro.

Und Forscher könnten daran interessiert sein, herauszufinden, was passieren würde, wenn die Gene für die Säure- und Pepsinverdauung wieder in magenlose Spezies eingefügt würden.

“Einen Magen in ein magenloses Tier legen! Moderne molekularbiologische Techniken könnten dieses Experiment ermöglichen “, sagte Castro.

Castro, Wilson und ihre Kollegen detailliert ihre Ergebnisse online Dezember. 4 in der Zeitschrift Proceedings der Royal Society B.

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