Lungenfische gibt es auf der Erde seit 390 Millionen Jahren und sie haben einen speziellen Winterschlafmechanismus entwickelt, um Perioden anhaltender Hitze und Dürre zu überleben.
Lungenfische können vier Jahre lang ohne Essen und Trinken auskommen und trotzdem überleben. Foto: Futurismus
Die Wellen auf der Oberfläche des Bandama-Flusses in der Elfenbeinküste stammen von einem gefleckten Lebewesen, das zum Atmen aufsteigt, anstatt Insekten zu fangen. Dabei handelt es sich laut The Oxford Scientist um den westafrikanischen Lungenfisch sowie um drei weitere in Afrika verbreitete Lungenfischarten.
Der einen Meter lange, aalartige Lungenfisch mit gefleckter Haut, die einen Kontrast zu den olivbraunen Schuppen bildet, lebt an der Grenze zwischen dem Leben im Wasser und dem Leben an Land. Da sie über ein Lungenpaar verfügen, müssen sie häufig an die Oberfläche kommen, um Sauerstoff zu holen, da ihre Kiemen nicht genügend Sauerstoff liefern. Anders als die meisten Fische können Lungenfische trockene Flussbedingungen während der Trockenzeit tolerieren.
Während sich andere Fische in enge Teiche zurückziehen oder wandern, graben sich Afrikanische Lungenfische in trockene Flussbetten ein. Dort hüllen sie ihren Körper in einen schleimigen Kokon und lassen nur eine Öffnung für ihren Mund frei. So können sie Luft atmen und monatelang, sogar bis zu vier Jahre, ohne Nahrung und Wasser überleben. Dabei handelt es sich um den Vorgang des Winterschlafs, der auftritt, wenn Tiere in einen Zustand sowohl körperlicher als auch metabolischer Inaktivität verfallen, um heißen, trockenen Bedingungen zu trotzen.
Der Winterschlaf kommt hauptsächlich bei tropischen Tieren vor. Naturforscher im viktorianischen Zeitalter versuchten, afrikanische Lungenfische um die halbe Welt nach England und Amerika zu verschiffen, um ihre Physiologie zu beobachten. Seitdem haben technologische Fortschritte dazu beigetragen, die zellulären und genetischen Prozesse aufzudecken, die dem Winterschlafverhalten der Lungenfische zugrunde liegen. Da ihnen die Beine fehlen, um sich an Land fortzubewegen, und sie von ihrer Umgebung abgeschnitten sein können, wenn das Wasser austrocknet, haben sich afrikanische Lungenfische so entwickelt, dass sie in einem Ruhezustand im Schlamm überleben können, bis das Wasser zurückkehrt.
Die Induktion, die erste Phase des Winterschlafs, legt den Grundstein dafür, dass der Winterschlaf die nächsten Monate unter der Erde verbringt. Im Jahr 1986 identifizierten Forscher eine Reihe von Signalen, die den Schlaf fördern, darunter Dehydration, Hunger, erhöhte Luftaufnahme und Stress. Darüber hinaus sind Veränderungen des Salzgehalts und der Zusammensetzung gelöster Verbindungen (wie Kalzium und Magnesium) im umgebenden Wasser Anzeichen dafür, dass der Fluss austrocknet. Möglicherweise spielen die Kiemen eine Rolle bei der Erfassung der Wassermenge im Körper des Fisches.
Angesichts der überall sichtbaren Anzeichen einer Erwärmung und Austrocknung der Umwelt graben sich Lungenfische mit ihrem Maul und ihren muskulösen Körpern in den Schlamm ein. Anschließend ziehen sie sich in ihre Höhlen zurück, rollen ihren langen Körper zusammen und bedecken sich mit großen Mengen abgesonderten Schleims. Nach dem Aushärten bildet der Schleim einen wasserdichten Kokon mit nur einer schmalen Öffnung zur Wasseroberfläche, die es dem Fisch ermöglicht, durch seine Lungen Luft zu atmen.
Genetische Analysen ergaben aufgrund einer erhöhten Genaktivität erhöhte Hormonsignale im Gehirn. Während der Erhaltungsphase kommt es zum Stoffwechselstillstand, der beginnt, sobald der Schleimkokon vollständig getrocknet ist. Die Sauerstoffaufnahme erfolgt ausschließlich über die Lunge und der Sauerstoffverbrauch ist im Vergleich zu im Wasser lebenden Lungenfischen um die Hälfte reduziert. Diese Veränderungen gehen mit einer starken Abnahme der Stoffwechselaktivität, einer Verringerung der Herzfrequenz auf 2 Schläge/Minute (im Vergleich zu den normalen 25 Schlägen/Minute) und einem Stopp der Ammoniakproduktion einher. Viele Körperteile verändern sich, darunter Darm, Nieren und Herz, was auf eine eingeschränkte Funktion während des Winterschlafs hinweist. Die Körperreserven sind die einzige Energiequelle des Lungenfisches.
Auch die große Menge an Granulozyten (weiße Blutkörperchen, die für das Immunsystem wichtig sind), die während der Regenzeit im Darm, den Nieren und den Gonaden der Lungenfische gespeichert wird, spielt bei der Sommerruhe eine Rolle. Eine im Jahr 2021 in Science veröffentlichte Studie ergab, dass Schleimkokons mit Granulozyten gefüllt sind. Sie verhindern die Übertragung von Krankheitserregern auf ruhende Lungenfische. Granulozyten wandern von Speicherorten in Eingeweiden über den Blutkreislauf zur Haut und geraten in einen entzündlichen Zustand, bevor sie ihre Reise im Kokon abschließen. Hier bilden Granulozyten extrazelluläre Fallen, die die Übertragung von Bakterien auf den schlafenden Lungenfisch verhindern und den Kokon immun machen.
Schließlich kehrt das Wasser zurück und der Lungenfisch wird aus seinem Sommerschlaf gerissen, wenn sich sein Maul, der einzige Teil, der nicht vom Schleimkokon bedeckt ist, mit Wasser füllt. Damit beginnt die Aufwachphase des Winterschlafs, die zugleich die geheimnisvollste der drei Phasen ist. Der Lungenfisch kämpft sich aus seinem Kokon und steigt träge an die Oberfläche. Dabei scheidet er Abfallstoffe aus, die sich während seines Sommerwinterschlafs angesammelt haben. Nach etwa 10 Tagen, der Zeit, die die inneren Organe zum Neustart benötigen, beginnt der Lungenfisch wieder mit der Nahrungsaufnahme.
Der Afrikanische Lungenfisch ist seit 390 Millionen Jahren weitgehend unverändert geblieben; Fossilien grabender Lungenfische stammen aus dem Devon. Allerdings sind sie durch menschliche Aktivitäten von Zerstörung bedroht. So ist beispielsweise der Bestand des Marmorierten Lungenfisches im Becken des Viktoriasees in nur fünf Jahren um 11 % zurückgegangen. Grund dafür sind Überfischung und landwirtschaftliche Aktivitäten, die zur Schädigung und Zerstörung der Feuchtgebiete geführt haben.
An Khang (laut The Oxford Scientist )
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