Tabbys und ihr besonderes Fell: Wie kommen die Streifen an die Katze?

Die Deutschen lieben Katzen. Laut einer Meldung des Industrieverbands Heimtierbedarf e.V. lebten im Jahr 2020 in 26 Prozent aller deutschen Haushalte Katzen – 15,7 Millionen Tiere insgesamt. Mit einem Vorsprung von 5 Millionen vor den Haushunden macht das die Katze zum beliebtesten Haustier Deutschlands.

Bei einigen dieser Samtpfoten dürfte es sich um Tabbys handeln: Katzen mit einer distinktiven Fellzeichnung aus Streifen und Punkten, denen die Natur eine Art „M“ auf die Stirn gemalt hat. Das Wort „Tabby“ leitet sich von al-‘Attābiyya ab, dem Namen eines Viertels in Baghdad, in dem im 16. Jahrhundert feine, gestreifte Seide hergestellt wurde. Die eigentliche Fellzeichnung geht aber vermutlich auf einen direkten Vorfahren der Hauskatze zurück: die Falbkatze.

Ein weltberühmter Träger dieses Musters ist heute der Comic-Kater Garfield. Doch Tabbys sind so weit verbreitet, dass die Chance, dass das Fell der eigenen oder der Nachbarskatze ebenso dieser Beschreibung entspricht, äußerst groß ist. In Anbetracht dieser Häufigkeit ist es umso erstaunlicher, wie wenig darüber bekannt ist, wie die Streifen im Fell der Katzen – und anderer gemusterter Säugetiere – überhaupt entstehen.

Wann entstehen beim Katzenbaby die Streifen?

Die Zeitschrift „Nature Communications“ veröffentlichte jetzt die Studie einer Gruppe von Forschern zu diesem Thema. Sie kamen zu dem Schluss, dass das Gen, das für das Tabby-Muster verantwortlich ist, schon äußerst früh in der Entwicklung des Katzenembryos aktiv ist – lange bevor die ersten Haarfollikel ausgebildet werden. Unter dem Mikroskop sind die Tabby-Streifen bereits in diesem frühen Stadium der embryonalen Entwicklung zu erkennen.

Die Autoren der Studie gehen davon aus, dass dieser einzigartige genetische Prozess auch Wildkatzen ihre Streifen und Punkte verleiht. „Es ist immer eine große Befriedigung, wenn man wieder etwas mehr von der Welt verstanden hat“, sagt Studienleiter Greg Barsh, Forscher am Hudson Alpha Institute for Biotechnology, einer Forschungseinrichtung in Huntsville, Alabama. „Die Biologie arbeitet im Grunde immer mit denselben Werkzeugen. Man stößt so gut wie nie auf etwas, das so nicht auch auf andere Situationen anwendbar ist. Sehr wahrscheinlich ist also auch diese Entdeckung übertragbar.“

Die Frage, welche genetischen Grundlagen die Farben und Muster von Hauskatzen bestimmen, fasziniert Wissenschaftler schon lange. Charles Darwin war überzeugt, dass die meisten tauben Katzen weiß wären und blaue Augen hätten. Seine Theorie war, dass unbedeutende Veränderungen, wie der Wechsel der Fellfarbe im Laufe der Entwicklung einer Spezies, mit wichtigeren Veränderungen Hand in Hand gingen. Er ging davon aus, dass manche dieser Veränderungen unsichtbar bleiben. Obwohl Darwin nichts über moderne Genetik wusste, lag er mit dieser Einschätzung richtig: Bei der Tabby-Fellzeichnung handelt es sich um eine vererbbare, genetische Abweichung.

Galerie: Vintage-Fotos von verwöhnten Katzen

Für ihre Forschungen sammelten Greg Barsh und seine Kollegen entsprechend einem ethisch anerkannten Forschungsprotokoll tausende Katzenembryos in Tierkliniken, in denen Streunerkatzen sterilisiert werden. Ist eine Katze bei der Ankunft in der Klinik bereits trächtig, werden die Embryonen normalerweise entsorgt.

Kelly McGowan, leitende Wissenschaftlerin des Forschungsteams, untersuchte die Hautzellen der 25 bis 28 Tage alten Embryonen unter dem Mikroskop. Ihr fiel auf, dass ihre Haut an manchen Stellen dicker und an anderen dünner war, sodass ein Muster entstand, dass der Fellzeichnung ausgewachsener Tabby-Katze entsprach.

Besonders überrascht war sie von der Tatsache, dass das Muster schon so früh in der Entwicklung des Embryos zu erkennen ist, nämlich lange bevor sich erste Haarfollikel und -pigmente bilden, die die Farbe des Tiers bestimmen.

Um die Entdeckung näher zu untersuchen, analysierte das Team einzelne Hautzellen der Embryonen. Die Wissenschaftler stellten zwei verschiedene Zellarten fest, die sich in ihrer genetischen Zusammensetzung unterschieden. Den größten Unterschied machte ein Gen mit dem ausführlichen Namen Dickkopf WNT Signaling Pathway Inhibitor 4, kurz DKK4.

Eine Untersuchung der Genexpression von DKK4 in etwa 20 Tage alten Embryonen zeigte, dass das Gen die Codierung seines Proteins in bestimmte Zellen verlagerte. Diese Zellen bildeten einige Tage später das dicke Hautmuster.

Laut Greg Barsh handelt es sich bei DKK4 um ein Botenprotein, ein sogenanntes sezerniertes Molekül, das in die Signalwege von Zellen eingreift. In diesem Fall sendet es die Nachricht: „Du bist etwas Besonderes. Du bist die Stelle, an der dunkles Haar wächst.“

Verläuft alles nach Plan, werden aus den Zellen, auf die sich das DKK4-Protein auswirkt, die Hautzellen, an denen später dunkles Fell wächst. Doch Mutationen sind nicht selten. Sie führen zu der Entstehung anderer Fellfarben und -zeichnungen, zum Beispiel zu weißen Flecken oder dünneren Streifen. Auch in der Pigmentierung kann es zu Abweichungen kommen: Komplett schwarzes Fell entsteht zum Beispiel dann, wenn die Zellen, die für andere Fellfarben zuständig sind, nur dunkle Pigmente herstellen.

Spontane Muster der Natur

Um die Frage zu beantworten, wie die Zellen das Streifenmuster auf dem Körper der Katze entstehen lassen, ließ das Team sich von Alan Turing inspirieren, Computerwissenschaftler und Begründer der mathematischen Biologie. Im Jahr 1952 bot er mit seiner Theorie eine mathematische Erklärung für die Entstehung von spontanen Mustern in der Natur.

Seiner Reaktionsdiffusionsgleichung liegt die Idee zugrunde, dass sich Aktivator- und Inhibitormoleküle in einem sich selbst organisierenden System während des Entwicklungsprozesses in unterschiedlicher Geschwindigkeit frei verteilen und dabei spontane räumliche Verteilungsmuster bilden. Breitet sich ein Inhibitor schneller oder stärker aus als ein Aktivator, wird dies durch das System automatisch mathematisch ausgeglichen. Im Fall der Tabby-Katze ist DKK4 der Inhibitor – der Aktivator ist bisher noch unbekannt.

Als Alan Turing in den 50er Jahren seine Theorie aufstellte, wusste er nicht, worum es sich bei Aktivatoren und Inhibitoren handeln könnte. Er war sich nicht einmal sicher, dass sie existieren. Die Tabby-Entdeckung 70 Jahre später ist eine von mehreren Forschungserfolgen, die seine These stützen.

„Wir neigen dazu, uns vorzustellen, dass die Zellen sich während des Entwicklungsprozesses frei bewegen. Dass sie aber schon so früh dreidimensionale Formen annehmen und durch diese unterschiedliche Dicke Anlagen für Streifen entstehen – das ist äußerst fortgeschritten“, sagt Elaine Ostrander, die am National Human Genome Resarch Institute des National Institute of Health in Bethesda, Maryland, die Genetik von Haushunden erforscht, und nicht an der Studie beteiligt war. „Indem einzelne Zellen analysiert wurden, war es möglich, die verschiedenen Prozesse, die bei der Entstehung der Fellzeichnung eine Rolle spielen, zu entzerren.“

Greg Barshs Team ist überzeugt, dass die Entstehung der Fellzeichnung in zwei Schritten geschieht: Erst bestimmen die Hautzellen, ob das Muster hell oder dunkel wird, dann wachsen die Haarfollikel und produzieren die entsprechenden Pigmente.

Als nächstes wollen die Wissenschaftler untersuchen, inwiefern dieser Prozess auch bei anderen Tierarten für das Vorhanden- oder Nichtvorhandensein von Streifen verantwortlich ist. So wollen sie herausfinden, wie sich Fellzeichnungen im Laufe der Zeit entwickelt haben. Greg Barsh sagt, dass es durchaus möglich ist, dass dabei Dinge entdeckt werden, die mit der Fellzeichnung gar nichts zu tun haben – die unsichtbaren Veränderungen, von denen Charles Darwin einst sprach.

Dieser Artikel wurde ursprünglich in englischer Sprache auf NationalGeographic.com veröffentlicht.