Warum vergiften sich Giftfrösche nicht selbst?

Tief in den Wäldern Südamerikas leben Pfeilgiftfrösche, die ein Toxin in sich tragen, das 200 Mal wirkungsvoller als Morphium ist. Das macht die Tiere zu einem tödlichen Happen für potenzielle Räuber, während sie selbst aber von ihrem Gift nicht beeinträchtigt scheinen. Wie stellen sie das an?

Ihr Nervensystem hat sich mit der Zeit so verändert, dass es den wirkungsvollen Stoff abwehren kann – laut einer neuen Studie ist das ein außergewöhnliches Beispiel dafür, was die Evolution leisten kann.

„Ich wollte begreifen, wie ein Organismus Neurotoxine erlangen kann, was voraussetzt, dass ein Tier sein Nervensystem neu organisiert“, sagt die Co-Autorin der Studie Rebecca Tarvin. Die Biologin von der Universität Texas in Austin wird von der National Geographic Society gefördert.

„Es scheint fast schon unwahrscheinlich, dass sich so etwas evolutionär entwickeln würde.“

DAS GEHT AUF DIE NERVEN

Baumsteigerfrösche, wie die Pfeilgiftfrösche auch genannt werden, produzieren ihr Gift nicht selbst. Stattdessen erhalten sie es durch den Verzehr von Ameisen und Milben. Die grellen Farben warnen Raubtiere davor, die giftigen Tiere zu fressen.

Räuber wie Schlangen und Skorpione benutzen ebenfalls Gift, welches durch eine physische Verletzung in den Körper der Beutetiere eindringen muss, um seine Wirkung zu entfalten. Diese Toxine müssen nicht zwingend sofort tödlich sein. Stattdessen paralysiert das Gift der Raubtiere ihre Beute einfach.

In beiden Fällen wollen sowohl Jäger als auch Beute Toxine, die schnell wirken – das macht das Nervensystem zu einem prädestinierten Ziel.

Ein Großteil der wirksamsten Toxine im Tierreich zielt auf die eine oder andere Art auf die Nerven ab.

Einige Baumsteigerfrösche tragen eine morphiumähnliche Verbindung namens Epibatidin in sich. Dieses hat die gleiche Wirkung wie der Neurotransmitter Acetylcholin, der Nachrichten zwischen den Nervenzellen hin und her schickt. Es funktioniert so gut, dass es die Rolle des Acetylcholins an sich reißt und so großen Schaden anrichten kann. Die Menge an Epibatidin in einem einzigen Frosch reicht aus, um einen Wasserbüffel zu töten.

Eine giftige Wassermolchart nutzt hingegen Tetrodotoxin, welches eine Blockade erzeugt, die verhindert, dass elektrische Signale einen Nerv entlanggesendet werden.

„Das ist so, als würde man an einer wichtigen Stelle ein Kabel durchschneiden, aber mit einem anderen Werkzeug“, sagt Butch Brodie III. Der Biologe von der Universität von Virginia ist ein Experte für Baumsteigerfrösche und hat Tarvins Studie überprüft.

EIN FÜR GIFT GEMACHTER KÖRPER

Aber wie kam es dazu, dass Baumsteigerfrösche damit begannen, Epibatidin zu nutzen?

Um das herauszufinden, sequenzierten Tarvin und ihre Kollegen die DNA einer Baumsteigerfroschart, die Epibatidin nutzt. Sie entdeckten, dass die Rezeptoren für Acetylcholin bei dieser Art ganz leicht deformiert waren. Die Ergebnisse präsentierte das Team in der Fachzeitschrift „Science“.

Genetisch gesprochen mussten die Veränderungen subtil sein. Acetylcholin und Epibatidin docken an den gleichen Stellen der Rezeptoren an. Wenn die Mutation die Form des Rezeptors zu sehr verändert hätte, hätte das Acetylcholin seine wichtige Funktion nicht mehr erfüllen können.

Aber andere strukturelle Veränderungen an den Rezeptoren kompensierten dieses Problem. Dadurch kann das Epibatidin den Acetylcholin-Rezeptor des Frosches nicht „erkennen“, aber das Acetylcholin kann das. Somit bleibt der Frosch von der Wirkung seines eigenen Giftes verschont. (Lesenswert: Giftiger Frosch muss vor kannibalistischen Geschwistern flüchten)

Noch dazu stellte sich heraus, dass die Frösche in mindestens drei unabhängigen Fällen diese evolutionäre Resistenz entwickelt haben – ein Beweis für die Nützlichkeit dieser Mutation.

„Das ist wundervoll ... Es gibt nur eine Handvoll Beispiele [wie Tarvins Studie]“, sagt der Herpetologe und Toxikologe Zoltan Takacs, ein National Geographic Explorer.

„Was auch immer man da entdeckt, gewährt einen seltenen Einblick in die Funktionsweise der Evolution und der Neurobiologie.“

TOXINE IM VISIER

Die Studie ist ein bedeutender Schritt nach vorn bei der Untersuchung der Evolution von Gift. Dennoch bleiben viele Geheimnisse bestehen.

Zum einen wissen die Biologen noch immer nicht, wo genau die Frösche ihr Epibatidin herbekommen. Es ist klar, dass es aus einer Nahrungsquelle stammen muss, aber die Wissenschaftler konnten den genauen Ursprung noch nicht ausfindig machen.

Tatsächlich gibt es in Bezug auf die meisten Toxine von Fröschen noch Unklarheiten. Mehr als 800 Verbindungen wurden bisher in Giftfröschen gefunden, aber ein ausreichendes Verständnis für Ursprung und Funktionsweise hat man bei weniger als 70 davon, sagt Tarvin.

Den Ursprung dieser Gifte ausfindig zu machen und mehr darüber zu erfahren, wie Tiere eine Resistenz dagegen entwickelt haben, kann laut Brodie auch Erkenntnisse mit sich bringen, die für die Menschheit von Nutzen sind.

„Wir wissen in vielen Fällen sehr wenig über die chemische Biosynthese“, sagt er. „Wir wären viel besser darin, diese Gifte zu bekämpfen, wenn wir ein besseres Verständnis dafür hätten.“

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