Die Beine dieses Fisches sind zum Gehen gemacht – und um den Meeresboden zu erkunden

Dieser Fisch hat Beine – aber sie dienen nicht nur zum Laufen. Wissenschaftler haben herausgefunden, dass der Nordsee-Robin (Prionotus carolinus) seine Gliedmaßen sowohl benutzt, um über den Meeresboden zu spazieren, als auch den Meeresboden nach vergrabenem Futter abzutasten.

Die Forschung enthüllte auch Hinweise darauf, wie P. carolinus im Laufe seiner Evolution seine Gliedmaßen als Sinnesorgane umfunktionierte. Genomische Analysen legten die evolutionäre Geschichte der Beine innerhalb der breiteren Familie der See-Robins (Triglidae) offen. Die Ergebnisse sind in zwei heute veröffentlichten Arbeiten1,2 in Current Biology beschrieben worden.

Der besondere Fisch

See-Robins haben hervorstehende Augen wie Frösche, Flossen, die Vögeln ähneln, und sechs Beine, die Krebse ähneln. Sie sind „der seltsamste und coolste Fisch, den ich je gesehen habe“, sagt der Entwicklungsbiologe David Kingsley von der Stanford University in Kalifornien, der diese Tiere untersucht.

Forscher wissen seit Langem, dass die Beine von P. carolinus besondere sensorische Fähigkeiten besitzen3,4. Der Molekularbiologe Nicholas Bellono von der Harvard University in Cambridge, Massachusetts, merkt an, dass die übernatürlichen Jagdfähigkeiten der See-Robins so effizient sind, dass andere Fische ihnen folgen und auf Reste hoffen. Zudem ist bekannt, dass die sechs Beine des Fisches mit kleinen Erhebungen, die wie Geschmacksknospen aussehen, bedeckt sind. Jedoch hatten Wissenschaftler die Ursprünge dieser Fähigkeiten des Tieres bisher nicht im Detail untersucht.

Bellonos Team wollte dies ändern und schloss sich letztendlich mit Kingsley und dessen Gruppe zusammen. Die Forscher setzten die Fische in ein Becken mit Muscheln und Aminosäurekapseln, die alle unter Sediment vergraben waren. Die Fische konnten diese Gegenstände finden und mit ihren schaufelförmigen Füßen ausgraben. Eine genauere Untersuchung dieser Erhebungen, bekannt als Papillen, ergab Geschmack Rezeptormoleküle, die spezialisiert waren, um Aminosäuren und Chemikalien, die von Tiefseeorganismen produziert werden, zu erkennen.

Die interessantesten Ergebnisse kamen jedoch, nachdem die Forscher ihren Vorrat an See-Robins aufgefüllt hatten. Diese Fische konnten das vergrabene Futter nicht finden, und die Forscher stellten fest, dass sie versehentlich zu einer anderen beinigen Art gelangt waren: P. evolans. Die Beine dieser Art waren schmaler und hatten keine Papillen, was darauf hinweist, dass Beinigkeit und Geschmacksfähigkeit sich unabhängig voneinander entwickelt hatten.

Die Wissenschaftler verglichen die Genome von 13 See-Robin-Arten aus der ganzen Welt und erstellten einen evolutionären Stammbaum. Dies zeigte, dass die Beine zum Gehen zuerst entstanden sind. Sinnesorgane entwickelten sich später an den Beinen einiger Arten.

Das Long-Legs-Gen

Nachdem sie die aktiven Gene in den Gliedmaßen der Tiere untersucht hatten, konzentrierten sich die Forscher auf ein Gen namens tbx3a. Experimente zeigten, dass es eine Rolle bei der Bildung eines Beins spielt, wo andere Fische eine Flosse haben. Als die Forscher das CRISPR–Cas9-Gentechnologiewerkzeug verwendeten, um tbx3a in einigen P. carolinus zu mutieren, verloren die Fische ihre Papillen und die Fähigkeit, nach Nahrung zu graben.

Tbx3a kodiert für eine Art von Protein, das als Transkriptionsfaktor bekannt ist. Ein einzelner Transkriptionsfaktor reguliert häufig die Aktivität einer Vielzahl von Genen, was ihm weitreichende Auswirkungen ermöglicht. Bellono und Kingsley stellen fest, dass es klar ist, dass tbx3a eine Rolle bei der Entwicklung von Beinen und der Geschmackswahrnehmung spielt. Die Wissenschaftler fügen jedoch hinzu, dass sie noch nicht wissen, welche Mutation die tbx3a-Aktivität in Arten mit sensorischen Beinen verändert hat oder wie sie die neuen Fähigkeiten der Fische hervorgebracht hat. Sobald sie das verstehen, sagt Kingsley, könnten Forscher theoretisch CRISPR-Genome-Editing verwenden, um Beinen und Sinnesorgane eines anderen Fisches zu erzeugen.

„Das sind wirklich bedeutende und interessante Ergebnisse“, sagt Thomas Finger, Zell- und Entwicklungsbiologe an der University of Colorado School of Medicine in Aurora. Er war überrascht zu sehen, dass einige Arten die Fähigkeit zur Chemikalienwahrnehmung fehlte, aber er sagt, dass die Studie effektiv zeigte, wie diese Fähigkeit durch die Modifikation eines bestehenden Gene-Sets zu einem neuen Merkmal evolvieren konnte.

1. Allard, C. A. H. et al. Curr. Biol. https://doi.org/10.1016/j.cub.2024.08.014 (2024).

2. Herbert, A. L. et al. Curr. Biol. https://doi.org/10.1016/j.cub.2024.08.042 (2024).

3. Silver, W. L. & Finger, T. E. J. Comp. Physiol. 154, 167–174 (1984).

4. Bardach, J. E. & Case, J. Copeia 1965, 194–206 (1965).

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