Hören ohne Trommelfell: Ein kleiner Wurm überrascht die Wissenschaft

Können Würmer hören?

Um diese uralte Frage zu beantworten, ließ Charles Darwin im 19. Jahrhundert seinen Sohn Regenwürmern Lieder auf dem Fagott vorspielen und beobachtete, ob sie davonkrochen. Das Ergebnis, zu dem er am Ende seiner Forschungen kam, lautete: Nein, Würmer können nicht hören. Eine neue Studie zieht nun jedoch einen anderen Schluss.

Während andere komplexe Sinne wie zum Beispiel das Sehen in der Tierwelt weitverbreitet sind, ist das Hören eine Fähigkeit, die bisher nur den Wirbeltieren und bestimmten Gliederfüßern zugeschrieben wurde. Fast alle hörenden Tiere nutzen zum Hören ein Organ, das vibriert, wenn eine Schallwelle darauf trifft. Die Vibration aktiviert Neuronen, die den Schall verarbeiten. Dieses Organ ist bei Menschen und den meisten anderen Wirbeltieren das Ohr, das aus dem empfindlichen Trommelfell und dem Innenohr besteht.

Caenorhabditis elegans ist ein kleiner Fadenwurm, der in der biologischen Wissenschaft oft als Forschungsobjekt zum Einsatz kommt. Ihm fehlt dieses Hörorgan – trotzdem kann er neuesten Forschungsergebnissen zufolge hören. Seine Haut fungiert als schallfühlende Membran, was bedeutet, dass im Grunde der gesamten Körper des Wurms ein einziges großes Trommelfell ist. Die Studie, die in der Zeitschrift Neuron erschienen ist, liefert die ersten Beweise dafür, dass auch wirbellose Nicht-Gliederfüßler dazu in der Lage sind, Schall wahrzunehmen, der sich über die Luft verbreitet.

Mit der Studie kommt die jahrzehntelange gezielte Forschung des wissenschaftlichen Teams im Labor der University of Michigan in Ann Arbour zu einem Abschluss. Shawn Xu, Sinnesbiologe und Leiter der Studie, war es bereits gelungen zu belegen, dass die ein Millimeter langen Würmer über einen Geruchs-, Geschmacks- und Tastsinn verfügen sowie über Propriozeption – also Eigenempfindung, den sogenannten sechsten Sinn – und die Fähigkeit zur Lichtwahrnehmung.

„Was nun noch fehlte, war der Beweis dafür, dass sie auch hören können“, sagt Shawn Xu. „Diesen zu finden, hat Jahre gedauert.“

Ihm zufolge können die Forschungsergebnisse dabei helfen, zu verstehen, wie Organismen hören und wie sich die Hörfähigkeit entwickelt hat. Darüber hinaus bilden sie eine Grundlage für die Erforschung von anderen Organismen, die keine offensichtlichen Ohren haben – etwa Weichtiere und andere Würmer. Außerdem könnten sie Erklärungen dafür liefern, warum zum Beispiel Salamander und Frösche in der Lage sind zu hören.

Schall fühlen

Vielen Tierarten, die Schall verarbeiten können, fehlt das Trommelfell. Das heißt, sie dürften eigentlich gar nicht hören können. Frösche verfügen zwar über ein Innenohr, nicht jedoch über ein Trommelfell. Sie hören, indem ihre Haut und Knochen die Schallwellen in das Innenohr leiten. Springspinnen und andere kleine Insekten nehmen Schall wahr, indem sie über die ultrasensiblen Härchen an ihren Beinen Vibrationen erspüren.

Bei den meisten wirbellosen Tieren konnten die Wissenschaftler bisher jedoch keinen Schallsensor feststellen – auch deswegen, weil entsprechende Experimente gar nicht erst durchgeführt wurden: Hörfähigkeit kann nur mithilfe von hochmodernen Technologien nachgewiesen werden. Da davon ausgegangen wurde, dass Würmer ohnehin nicht hören können, erschien der Einsatz solcher Technologien zu diesem Zweck sinnlos.

Galerie: Die größten Ohren der Welt

Shawn Xus Labor machte einfach dort weiter, wo Charles Darwin aufgehört hatte: Es setzte die Würmer Krach aus. Um sicherzustellen, dass die Testtiere den Schall nicht über die Vibration der Petrischale, sondern über die Luft empfingen, veränderten sie die Würmer genetisch so, dass sie keinen Tastsinn mehr hatten.

Elizabeth Ronan, Doktorandin in Shawn Xus Labor und Co-Autorin der Studie, passte auf, dass die gelatineartige Substanz, in der die Würmer krabbelten, nicht wackelte. Sie beobachtete, dass die Würmer sich zurückzogen, wenn sich der Lärm vor ihnen befand und vorwärtskrochen, wenn die Geräuschquelle hinter ihnen lag.

„Als die Würmer eine Reaktion auf die Beschallung zeigten, war das sehr aufregend“, sagt Elizabeth Ronan. Sie vermutet, dass C. elegans die Fähigkeit zum Hören entwickelt hat, um Feinde wie Tausendfüßler und Fluginsekten rechtzeitig zu bemerken und vor ihnen fliehen zu können.

Doch die reine Beobachtung der sich windenden Würmer reichte nicht aus, um zu beweisen, dass Wirbellose Schallwellen wahrnehmen können. Es bestand weiterhin die Möglichkeit, dass die Würmer die Schallwellen als physischen Impuls über die Haut wahrnahmen und nicht über elektrische Signale in ihrem Nervensystem.

Die Wissenschaftler züchteten deswegen im nächsten Schritt unter Befolgung der Vorgaben für ethische Tierversuche weitere Würmer, die genetisch so modifiziert waren, dass ihr Körper mit Blasen übersät war. Diese sollten verhindern, dass Vibrationen über die Haut erspürt wurden. Als diese Wurmgeneration mit Lärm beschallt wurden, zeigten die Tiere keine Reaktion.

Mithilfe weiterer Testreihen und komplizierter genetischer Untersuchungen gelang es dem Team schließlich, die Moleküle im Nervensystem der Würmer auszumachen, die für das Hören von Klängen verantwortlich sind: Nikotinische Acetylcholinrezeptoren. Diese Neurotransmitter sind hinlänglich erforscht und in vielen Tieren vorhanden sind. Die Moleküle konnten in allen Teilen der Wurmhaut festgestellt werden. Dort empfangen sie die Schallwellen und leiten die Klanginformation an das Gehirn weiter. Würmer, die genetisch so verändert waren, dass ihnen diese Moleküle fehlten, reagierten nicht auf Schall.

„Kein anderer Neurotransmitter wurde bisher so intensiv erforscht wie dieses Molekül und trotzdem hat bis jetzt niemand herausgefunden, was diese Wissenschaftler erkannt haben“, sagt Gal Haspel, Neuroethologe am New Jersey Institute of Technology in Newark, der nicht an der Studie mitgearbeitet hat.

Er bezeichnet die Forschungsmethoden der Wissenschaftler als tadellos. Sie hätten „jeden Stein umgedreht, um ganz genau zu verstehen, welcher Zellmechanismus dieser Reaktion zugrunde liegt.“

Die Definition von „Hören“

Die Experimente haben gezeigt, dass C. elegans Schallwellen, die sich in der Luft verbreiten, mithilfe eines Mechanismus empfangen kann, der sowohl genetisch einzigartig als auch unserem eigenen Hören ähnlich ist.

Doch ob die Würmer deswegen auch wirklich hören können, steht auf einem anderen Blatt. Einige Wissenschaftler sind der Meinung, dass wahres Hören eine tiefer gehende Auffassungsgabe voraussetzt: ein Bewusstsein und die Fähigkeit, Klänge auf einer kognitiven Karte zu verorten. Auch Shawn Xu ist der Meinung, dass das Wahrnehmen von und Reagieren auf luftverbreiteten Schall – ein Verhalten, das er in der Studie als auditives Empfinden bezeichnet – dieses Kriterium nicht ausreichend erfüllt.

„Auffassen bedeutet, Signale zu verarbeiten und mit einer Bedeutung zu versehen“, sagt er.

Andere sind in dieser Hinsicht weniger streng. „Viele niedrige Stämme der biologischen Systematik könnten Schall ebenfalls auf unerwartete Weise empfangen“, sagt Elizabeth Ronan. „Würmer sind im Grunde flüssigkeitsgefüllte Hülsen und trotzdem sind sie in der Lage, Geräusche wahrzunehmen. Die Studie sollte zumindest zu einer gewissen Offenheit gegenüber der weiteren Erforschung der Frage führen, was Hören eigentlich ist.“

Daphne Soares, Neuroethologin am New Jersey Institute of Technology, die ebenfalls nicht an der Studie mitgewirkt hat, ist es wichtig, zwischen dem physischen Empfinden von Schallwellen, das bei den Würmern nachgewiesen wurde, und dem echten Hören zu unterscheiden. „Das ist wirklich eine beeindruckende Entdeckung – aber Hören ist es nicht“, sagt sie.

Trotzdem sehen sie und auch Gal Haspel großes Potenzial darin, das Experiment so auszuweiten, dass in ihm natürliche Gegebenheiten simuliert werden, um zum Beispiel die Reaktion der Würmer auf die Krabbelgeräusche herannahender Feinde zu beobachten. Die Autoren der Studie hingegen möchten sich darauf konzentrieren, die Hörfähigkeit bei anderen Organismen nachzuweisen, bei denen man sie bisher nicht vermutet hat.

Laut Daphne Soares könnte die Forschung auch für Fragen der Evolutionsgeschichte relevant sein. Bei den frühesten Tieren auf unserem Planeten hätte es sich schließlich größtenteils um Weichtiere gehandelt und „irgendwie müssen die ihre Umwelt ja wahrgenommen haben.“

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