Diese Höhlenfische verloren immer wieder ihre Augen und könnten der Schlüssel zur Bekämpfung von Fettleibigkeit sein.

Mexikanische Salmler sind eine ganz besondere Fischart . Sie kommen in vielen Flüssen und Seen Mexikos und Südtexas vor und sehen dort völlig normal aus. Im Gegensatz zu den meisten anderen Fischen leben Salmler jedoch auch in Höhlen. Und dort, in der Dunkelheit, sehen sie völlig anders aus: Sie sind sehr blass und haben überraschenderweise keine Augen.

Immer wieder, wenn eine Population in eine Höhle geschleppt wurde und lange genug überlebte, bis die natürliche Selektion ihre Wirkung entfalten konnte, verschwanden die Augen. „Aber es ist nicht so, dass Höhlenfische alles verloren haben“, sagt die Genetikerin Jaya Krishnan von der Oklahoma Medical Research Foundation. „Es gab auch viele Verbesserungen.“

Obwohl das Verschwinden ihrer Augen die Biologen weiterhin fasziniert, richtete sich die Aufmerksamkeit in den letzten Jahren auf andere faszinierende Aspekte der Höhlenfischbiologie. Es wird immer deutlicher, dass sie nicht nur ihr Augenlicht verloren haben, sondern auch viele Anpassungen erworben haben, die ihnen helfen, in der Höhlenumgebung zu gedeihen. Einige davon könnten Hinweise zur Behandlung von Fettleibigkeit und Diabetes beim Menschen enthalten.

Teure Augen loswerden

Der Grund für den Verlust der Augen ist seit langem umstritten. Manche Biologen argumentierten früher, die Augen würden im Laufe der Generationen einfach verkümmern, da Höhlentiere mit Augenschäden dadurch keine Nachteile erfuhren. Doch eine andere Erklärung gilt heute als wahrscheinlicher, so der Evolutionsphysiologe Nicolas Rohner von der Universität Münster: „Augen kosten viel Ressourcen und Energie. Die meisten Menschen sind sich heute einig, dass ihr Verlust Vorteile haben muss, wenn man sie nicht braucht.“

Wissenschaftler haben beobachtet, dass Mutationen in verschiedenen Genen, die an der Augenbildung beteiligt sind, deren Verlust verursacht haben . Mit anderen Worten, sagt Krishnan: „Verschiedene Höhlenfischpopulationen haben ihre Augen auf unterschiedliche Weise verloren.“

Gleichzeitig haben sich die anderen Sinne der Fische tendenziell verbessert. Studien haben ergeben, dass Höhlenfische geringere Mengen an Aminosäuren wahrnehmen können als Oberflächenfische. Sie verfügen außerdem über mehr Geschmacksknospen und eine höhere Dichte an Sinneszellen entlang ihres Körpers, die es ihnen ermöglichen, Wasserdruck und -strömung wahrzunehmen.

Auch die Hirnregionen, die andere Sinne verarbeiten, haben sich erweitert, sagt die Entwicklungsbiologin Misty Riddle von der University of Nevada in Reno, die 2023 eine Arbeit über die Forschung zum Mexikanischen Salmler mitverfasste. „Ich denke, man muss das Augenprogramm sozusagen abschalten, um die anderen Bereiche zu erweitern.“

Was passiert, ist, dass die Prozesse, die die Augenbildung unterstützen, unterbrochen werden. Wie bei nicht in Höhlen lebenden Arten beginnen alle Höhlenfischembryos, Augen zu entwickeln. Doch nach wenigen Stunden beginnen die sich entwickelnden Augenzellen abzusterben , bis die gesamte Struktur verschwunden ist. Riddle hält diese scheinbare Ineffizienz für unvermeidlich. „Die frühe Gehirn- und Augenentwicklung sind eng miteinander verflochten – sie laufen gleichzeitig ab“, sagt er. Das bedeutet, dass der schonendste Weg zur Augenlosigkeit darin bestehen könnte, mit der Bildung der Augen zu beginnen und sie dann wieder zu entfernen.

Eine im Jahr 2000 veröffentlichte Studie, die Krishnan und Rohner als „eines der eindrucksvollsten Experimente auf dem Gebiet der Wirbeltierevolution“ bezeichneten, zeigte, dass das Schicksal des Höhlenfischauges maßgeblich von seiner Linse beeinflusst wird . Die Wissenschaftler demonstrierten dies, indem sie die Linse eines oberflächenbewohnenden Fischembryos in einen Höhlenfischembryo transplantierten und umgekehrt. Dabei entwickelte das Auge des Höhlenfisches eine Netzhaut, Stäbchen und andere wichtige Augenbestandteile, während das Auge des oberflächenbewohnenden Fisches klein und unterentwickelt blieb.

Hunger und Essattacken

Es ist leicht zu verstehen, warum Höhlenfische benachteiligt wären, wenn sie teures Gewebe erhalten müssten, das sie nicht nutzen. Da in ihren Höhlen relativ wenig lebt oder wächst, überleben die Fische wahrscheinlich mit einer kargen Ernährung, die hauptsächlich aus Fledermauskot und organischen Abfällen besteht, die mit der Regenzeit ankommen. Forscher, die Höhlenfische im Labor halten, haben herausgefunden, dass diese Lebewesen genetisch hervorragend darauf abgestimmt sind, Nährstoffe aufzunehmen und zu speichern. „Sie sind ständig hungrig und fressen, was sie können“, sagt Krishnan.

Interessanterweise weisen Fische mindestens zwei Mutationen auf, die beim Menschen mit Diabetes und Fettleibigkeit in Verbindung gebracht werden. Bei Höhlenfischen könnten diese Mutationen jedoch einigen sehr nützlichen Eigenschaften zugrunde liegen, die für einen Fisch, der gelegentlich reichlich Nahrung, oft aber nichts bekommt, von Nutzen sind. Vergleichen Wissenschaftler Höhlenfische und Oberflächenfische, die im Labor unter gleichen Bedingungen gehalten werden, so nehmen die Höhlenfische, die mit normalem Fischfutter gefüttert werden, zu. „Sie haben einen hohen Blutzuckerspiegel“, sagt Rohner. „Aber interessanterweise entwickeln sie keine offensichtlichen Krankheitsanzeichen.“

Fette können für Gewebe giftig sein, erklärt Rohner, deshalb werden sie in Fettzellen gespeichert. „Wenn diese Zellen jedoch zu groß werden, können sie platzen, weshalb wir bei Menschen und anderen Tieren, die viel Fett in ihrem Gewebe gespeichert haben, häufig chronische Entzündungen beobachten.“ Eine Studie von Rohner, Krishnan und Kollegen aus dem Jahr 2020 ergab jedoch, dass selbst gut ernährte Höhlenfische weniger Entzündungszeichen im Fettgewebe zeigten als Oberflächenfische.

Selbst in den kargen Verhältnissen von Höhlen können wilde Höhlenfische manchmal sehr fett werden, sagt Riddle. Das liegt wahrscheinlich daran, dass die Fische, sobald Nahrung in der Höhle ankommt, so viel fressen wie sie können, da möglicherweise lange Zeit nichts anderes da ist. Interessanterweise, so Riddle, ist ihr Fett aufgrund des hohen Gehalts an Carotinoiden, der Substanz in Karotten, von der unsere Großmütter uns sagten, sie sei gut für die Augen, oft leuchtend gelb.

„Unser erster Gedanke war natürlich, dass sie die Carotinoide ansammeln, weil sie keine Augen haben“, sagt Riddle. Bei dieser Art können diese Annahmen überprüft werden: Wissenschaftler kreuzen Oberflächenfische (mit Augen) und Höhlenfische (ohne Augen) und beobachten, wie ihre Nachkommen aussehen. Anschließend, so Riddle, erkennen die Forscher keinen Zusammenhang zwischen dem Vorhandensein oder der Größe der Augen und der Carotinoid-Ansammlung. Einige augenlose Höhlenfische hatten praktisch weißes Fett, was auf einen niedrigeren Carotinoid-Spiegel hindeutet.

Stattdessen glaubt Riddle, dass diese Carotinoide eine weitere Anpassung zur Unterdrückung von Entzündungen sein könnten, was in der freien Natur wichtig sein könnte, da Höhlenfische dazu neigen, sich zu überfressen, sobald Nahrung ankommt.

Studien von Krishnan, Rohner und ihren Kollegen, die 2020 und 2022 veröffentlicht wurden, haben weitere Anpassungen aufgedeckt, die offenbar zur Verringerung von Entzündungen beitragen. Die Zellen des Höhlenfisches produzieren geringere Mengen bestimmter Moleküle, sogenannter Zytokine, die Entzündungen fördern , sowie geringere Mengen reaktiver Sauerstoffspezies , gewebeschädigender Nebenprodukte des körpereigenen Stoffwechsels, die bei Menschen mit Fettleibigkeit oder Diabetes oft erhöht sind.

Krishnan untersucht dies weiter und hofft zu verstehen, wie gut ernährte Höhlenfische gesund bleiben. Rohner wiederum interessiert sich zunehmend dafür, wie Höhlenfische nicht nur Überfütterung, sondern auch lange Hungerperioden überleben.

Kein Abfall

Auf einer grundlegenderen Ebene hoffen Forscher noch immer herauszufinden, warum der Mexikanische Salmler sich zum Höhlenbewohner entwickelt hat, während andere mexikanische Flussfische, die ebenfalls gerne in Höhlen leben, dies nicht taten. Weltweit gibt es über 200 Arten von höhlenangepassten Fischen, doch solche, die auch an der Oberfläche vorkommen, sind recht selten. „Man könnte annehmen, dass es etwas in der genetischen Ausstattung der Salmler gibt, das ihnen die Anpassung erleichtert“, sagt Riddle.

Obwohl Höhlenfische heute als Versuchstiere in der Forschung weit verbreitet und leicht zu erwerben sind, ist es wichtig, sie in ihrem natürlichen Lebensraum zu erhalten, um die Erkenntnisse zu bewahren, die sie uns noch vermitteln können. „An der Oberfläche leben Hunderte Millionen Fische“, sagt Rohner, doch die Höhlenfischpopulationen sind kleiner und anfällig für Belastungen wie Umweltverschmutzung und Wasserentnahme aus Höhlen während Dürreperioden.

Einer von Riddles Studenten, David Pérez Guerra, engagiert sich mittlerweile in einem Komitee für den Schutz der Höhlenfische. Und auch die Forscher selbst gehen immer sorgfältiger vor. „Das bei unserer letzten Laborexkursion gesammelte Fischgewebe kam neun verschiedenen Laboren zugute“, sagt Riddle. „Wir haben nichts verschwendet.“

Artikel übersetzt von Debbie Ponchner .

Dieser Artikel erschien ursprünglich auf Knowable en español , einer gemeinnützigen Publikation, die sich der Aufgabe widmet, wissenschaftliche Erkenntnisse für alle zugänglich zu machen.