Wie haben sich die Amphibien entwickelt

Ein Team von Wissenschaftlern hat vor kurzem die genetischen Gründe entdeckt, warum Frösche und Kröten mit dem Wasser verbunden sind. Sie fanden heraus, dass die Kreaturen spezielle Organe entwickelt haben, die ihnen helfen, auf ihre Umgebung zu reagieren. Die Studie, die in Nature Genetics veröffentlicht wurde, ergab auch, dass dieselben Organe möglicherweise für die Stimmgebung genutzt werden könnten.

Der Evolutionsbiologe Kenneth Nealson, der die Forschung leitete, sagte:

„Ich vermute, dass Frösche und Kröten, ähnlich wie Menschen, besondere Sinne entwickelt haben, die ihnen helfen, ihre Umwelt wahrzunehmen. Eine Möglichkeit ist, dass das Gehör zu einem besonderen Sinn aufgewertet wurde, der bei diesen Tieren sowohl die Sozialität als auch die Kognition unterstützt.

Die Wissenschaftler untersuchten die Genome von 73 Frosch- und Krötenarten sowie von 16 verwandten Anurenarten (einer Froschunterfamilie), die an Land leben. Sie verglichen dies mit den Genomen ihrer im Wasser lebenden Amphibienverwandten. Sie wollten sehen, ob es Unterschiede in der Genstruktur zwischen den beiden Gruppen gibt.

Sie fanden heraus, dass die an Land lebenden Amphibien zwar die gleiche Anzahl von Genen haben wie die im Wasser lebenden Arten, dass ihre Genome aber sehr konserviert sind. Das bedeutet, dass die Gene die gleiche Funktion erfüllen, auch wenn sie neu angeordnet oder leicht verändert sind.

Die Entdeckung spezieller Amphibienorgane

Die Wissenschaftler entdeckten bei den Amphibien eine Reihe von besonderen Organen, darunter einige, die nur bei diesen Tieren vorkommen und von ihnen genutzt werden. Dazu gehören:

• Das Mittelohr: Dies ist ein Organ, das an der Schädelbasis sitzt und aus 3 Gehörknöchelchen besteht, die das Innenohr über einen kleinen Kanal mit dem Mund verbinden. Das Mittelohr ist ein Hörorgan, das Schallwellen sammelt und sie an das Innenohr weiterleitet.
• Das Innenohr: Das Innenohr ist ein winziges Organ an der Schädelbasis, das aus einer Reihe von winzigen Knochen, empfindlichen Sinnesnerven und dem Innenohrkanal besteht. Es ist für die Umwandlung von Außengeräuschen in elektrische Signale verantwortlich, die das Gehirn verarbeiten kann.
• Die Lunge: Das sind zwei blasebalgartige Organe, die den Amphibien helfen, Sauerstoff aus der Luft aufzunehmen. Sie helfen auch bei der Regulierung der Körpertemperatur. Die Lunge besteht aus zahlreichen Blutgefäßen, die den Sauerstoff durch den Körper transportieren. Die Muskeln, die die Atmung kontrollieren, befinden sich ebenfalls in der Lunge.
• Die Leber: Die Leber ist ein Organ, das für die Verdauung unerlässlich ist. Sie ist dafür verantwortlich, Nahrungsbestandteile in einfachere Verbindungen aufzuspalten, die der Körper aufnehmen kann. In der Leber werden auch Kohlenhydrate zu Energie verarbeitet, damit der Körper funktionieren kann.
• Die Nieren: Dies sind zwei Organe, die eine wichtige Rolle bei der Regulierung der Körperflüssigkeiten, der Ausscheidung von Abfallprodukten und der Wassereinsparung spielen. Genau wie die Leber sind auch die Nieren wichtig, um Energie aus der Nahrung zu gewinnen. Sie haben einen großen Einfluss auf den Wasserhaushalt des Körpers.

• Der besondere Sinn, der alle Amphibien verbindet

  Die Wissenschaftler konnten ein Gen identifizieren, das bei allen untersuchten Amphibienarten vorkommt, was darauf hindeutet, dass es möglicherweise schon beim letzten gemeinsamen Vorfahren aller Frösche und Kröten vorhanden war. Dieses Gen, das als Sox3 bekannt ist, ist wichtig für die Bildung von Strukturen im sich entwickelnden Embryo. Es hilft bei der Bildung des Innenohrs, eines Teils des Mittelohrs und des Geruchsorgans (Geruchssinn) bei allen Wirbeltieren (Tiere mit einem Rückgrat, wie der Mensch).

  Nealson und seine Kollegen glauben, dass dasselbe Gen auch für die Entwicklung anderer Organe verantwortlich sein könnte, die das Überleben eines Frosches oder einer Kröte in ihrer spezifischen Umgebung verbessern. Dazu gehören:

  • Kloake (hintere Öffnung des Hinterdarms): Die Kloake ist eine natürliche Öffnung, die von allen Wirbeltieren genutzt wird und die den Durchgang von Kot und Urin erleichtert. Bei einigen Tieren, wie z.B. Fischen und Amphibien, ist die Kloake jedoch viel größer und dient der Aufbewahrung von ungenutzter Nahrung. Sie ist auch der Ort, an dem die Eier ausgebrütet und die Nachkommen versorgt werden.
  • Die Haut: Die Haut ist das größte Organ des Körpers und wichtig für den Schutz des Körpers vor der Außenwelt. Sie hilft auch bei der Regulierung der Körpertemperatur und dient als Sinnesorgan, das das Tier auf Gefahren aufmerksam macht.
  • Das Maul: Das Maul ist eine muskulöse Struktur, die zum Fressen, Schmecken und Sprechen dient. Er ist auch ein lebenswichtiges Organ, das bei der Verdauung hilft und Nährstoffe aus der Nahrung aufnimmt.

  • Warum sind Frösche und Kröten mit dem Wasser verbunden?

    Frösche und Kröten werden im Allgemeinen mit Wasser in Verbindung gebracht, weil sie eine feuchte Umgebung benötigen, damit ihre Eier schlüpfen können. Auch Kaulquappen brauchen Wasser, um sich zu entwickeln. Aber das beschränkt sich nicht nur auf die Fortpflanzung: Frösche und Kröten ernähren sich hauptsächlich von Insekten und Würmern, die oft in der Nähe von Gewässern zu finden sind. Diese Kreaturen gehen auch zu Wasserquellen, um zu trinken.

    Frösche und Kröten sind auch in Gebieten mit stehendem Wasser zu finden, was ihnen einen idealen Lebensraum bietet. Um zu überleben, müssen sie jedoch Partner finden und sich fortpflanzen. Aus diesem Grund müssen sich Männchen und Weibchen zusammentun, um das Überleben ihrer Nachkommen zu sichern. Und da die Eier eher überleben, wenn sie feucht gehalten werden, legen die Weibchen ihre Eier in oder in der Nähe von feuchten Gebieten ab.

    Einzigartige Anpassungen an die Lautäußerungen

    Auch wenn sich Frösche und Kröten auf den ersten Blick sehr ähnlich sind, haben sie einige einzigartige Anpassungen. Eine dieser Anpassungen ist die Verwendung ihrer Stimmbänder. Alle Tiere, einschließlich der Menschen, können vokalisieren (Töne mit der Kehle erzeugen). Allerdings verwenden nicht alle Tiere ihre Stimmbänder auf die gleiche Weise wie Frösche und Kröten. Wenn ein Tier einen Laut von sich gibt, erzeugt es Schwingungen, die sich durch die Luft fortpflanzen und von anderen Tieren und Menschen gleichermaßen wahrgenommen werden. Diese Schwingungen ermöglichen es den Tieren, sich gegenseitig zu finden und wichtige Informationen über ihre Umgebung zu übermitteln. Ohne diese einzigartigen Schwingungen wäre es für sie schwieriger, Partner zu finden und in ihrem natürlichen Lebensraum zu überleben.

    Frösche und Kröten verwenden ihre Stimmbänder, um zwei einzigartige Töne zu erzeugen: einen hohen Ton und einen tiefen, rumpelnden Ton. Wenn sie sich gegenseitig rufen, wird in der Regel der hohe Ton gehört, da er von Hunden und anderen Tieren viel leichter wahrgenommen werden kann. Das tiefe Rumpeln hingegen dient dem Individuum zur Identifizierung und kann andere auf seine Anwesenheit aufmerksam machen, da es sehr viel schwieriger zu entdecken ist.

    Frösche und Kröten verwenden ihre Stimmbänder, um diese Laute zu erzeugen, indem sie die Stimmbänder wiederholt mit hoher Geschwindigkeit ausdehnen und zusammenziehen. Dazu benötigen sie ein ganz besonderes Skelett, das eine größere Flexibilität der Muskeln ermöglicht, die ihre Stimmbänder kontrollieren. Außerdem müssen sie ein sehr empfindliches Gleichgewicht zwischen den Muskeln, die ihre Stimmbänder kontrollieren, und den Knochen, die sie stützen, aufrechterhalten.

    Sind alle Amphibien mit diesen besonderen Organen ausgestattet?

    Sind also alle Amphibien mit diesen besonderen Organen ausgestattet? Die einfache Antwort lautet: Nein, nicht alle von ihnen. Einigen Amphibien, wie dem Axolotl (einer Salamanderart), fehlen das Mittelohr und das Innenohr. Außerdem fehlt ihnen eine funktionierende Lunge. Diese Kreaturen können keine hohen Frequenzen hören und daher auch nicht die speziellen Töne erzeugen, die die anderen Tiere erzeugen können. Sie können auch nicht zu Wasserquellen gehen, um zu trinken oder sich fortzupflanzen, da sie beides nicht brauchen.

    Andere Amphibien, wie z.B. die Knoblauchkröte, verfügen über alle Organe, die für die Erfüllung ihrer ökologischen Aufgaben notwendig sind, aber sie haben nicht die Fähigkeit, zu singen. Das liegt vor allem daran, dass sie nicht über die anatomischen Strukturen verfügen, die für die Erzeugung der speziellen Laute erforderlich sind. Und da sie nicht vokalisieren können, sind sie auch nicht in der Lage, wichtige Informationen über ihre Umgebung zu übermitteln, wie es die anderen Tiere können. Alles, was sie tun können, ist grunzen (was als Geräusch fehlinterpretiert werden könnte) und Angreifer abwehren.

    Nealson und sein Team fanden heraus, dass das Vorhandensein dieser speziellen Organe darauf hindeutet, dass die landlebenden und die wasserlebenden Arten zwar die gleiche Anzahl von Genen haben, ihre Genome aber möglicherweise so angeordnet sind, dass sie ihre ökologischen Rollen begünstigen.