Auch Alligatoren können ihren Schwanz nachwachsen lassen

Eines Tages erhielt Biologe Kenro Kusumi ein seltsames Päckchen. Der Inhalt: Ein Gurkenglas mit Ethanol und einem scheinbar deformieren Alligatorenschwanz.

In seinem Labor an der Arizona State University beschäftigt sich Kusumi unter anderem mit der Frage, wie Eidechsen es schaffen, ihren Schwanz nach einer Amputation nachzubilden.
Seltsam aussehende Tieranhängsel waren also nichts Neues für ihn – doch der Schwanz, den er im Oktober 2017 per Post bekommen hatte, war etwas Besonderes. Er war merkwürdig gefärbt, die Spitze leicht gegabelt und die Schuppen ungewöhnlich klein.

Auf den ersten Blick wirkte es, als wäre er nachgewachsen, nachdem der ursprüngliche Schwanz abgetrennt worden war, und das warf für Kusumi Fragen auf. Die Fähigkeit, ihren Schwanz nachzubilden, ist bei verschiedenen Reptilienarten belegt, unter anderem bei Geckos und Leguanen. Bei Mississippi-Alligatoren war dies jedoch bislang nie dokumentiert worden. Die bis zu vier Meter langen Tiere benötigen ihren Schwanz, um das Gleichgewicht zu halten und sich im Wasser fortzubewegen. 

Kusumi und seine Kollegen analysierten den Schwanz und stellten fest, dass dieser tatsächlich nachgewachsen war. Das Team konnte außerdem die regenerierten Schwänze von drei weiteren Alligatoren untersuchen. Ihre Forschungsergebnisse, die im November 2020 in einem Paper im Wissenschaftsmagazin „Scientific Reports“ veröffentlich wurden, belegen die Fähigkeit junger Alligatoren, ihren Schwanz um bis zu 24 Zentimeter nachwachsen zu lassen.

„Das war wirklich aufregend. Wir wussten, dass wir da etwas Spannendes gefunden hatten“, sagt Biologin und Co-Autorin Jeanne Wilson-Rawls.

Alligatoren stellen damit die größte Tierart dar, bei der die Fähigkeit zur Nachbildung von Gliedmaßen bekannt ist. Die Entdeckung könnte Wissenschaftlern zukünftig dabei helfen, die Entstehung der Fähigkeit und die ihr zugrunde liegenden Prozesse besser zu verstehen – was möglicherweise auch die entsprechende Humanmedizinforschung unterstützt.

Regeneration ist nicht gleich Regeneration

Bis zu einem gewissen Punkt sind alle Tiere in der Lage, Wunden durch Zellregeneration heilen zu lassen – doch das Spektrum dieser Fähigkeit ist groß. So können Säugetiere beispielsweise Haut, Blutgefäße und kleinere Nervenstränge in begrenztem Rahmen nachbilden, nicht jedoch ganze Körperteile. Andere Tiere wie der mexikanische Schwanzlurch Axolotl dagegen können nicht nur Knochen- und Organgewebe regenerieren, sondern abgetrennte Gliedmaßen beinahe identisch nachwachsen lassen.

Verschiedene Reptilienarten können ihren Schwanz ersetzen, doch diese Kopien sind nie so gut wie das Original. Wirft beispielsweise ein Rotkehlanolis seinen Schwanz ab, um einem Fressfeind zu entkommen, wird der Körperteil mit Knorpelgewebe anstatt Knochen nachgebildet. Einen Knochen nachwachsen zu lassen erfordert einen deutlichen höheren Zeit- und Energieaufwand als Knorpel, was vielleicht ein Grund dafür sein könnte, dass die Evolution sich für diese Alternative entschieden hat.

Kusumis Team untersuchte insgesamt vier Schwänze von jungen Mississippi-Alligatoren. Sie stammten von Tieren, die in menschlicher Umgebung zur Bedrohung geworden waren und daher von der bundesstaatlichen Behörde in Louisiana eingeschläfert werden mussten. Von diesem Department of Wildlife and Fisheries stammte auch das „geheimnisvolle“ Paket in Kusumis Post.

Um die Anatomie der Schwänze genauer unter die Lupe zu nehmen, nutzten die Forscher Röntgengeräte, MRTs und das althergebrachte Sezieren. Dabei fanden sie heraus, dass die Alligatoren auf der Regenerationsskala irgendwo zwischen Eidechsen und Säugetieren einzuordnen sind.

„Wir haben Ähnlichkeiten zwischen den nachgewachsenen Alligatorenschwänzen und denen von Eidechsen entdeckt, insbesondere im Hinblick auf die Bildung von Knorpelgewebe, der Schuppenmuster und der nicht ganz passenden Färbung. Außerdem sahen wir, dass periphere Nerven und Blutgefäße vorhanden waren“, erklärt Cindy Xu, die leitende Autorin der Studie, die vor Kurzem an der Arizona State University promoviert hat. Inzwischen forscht sie am Massachusetts General Hospital im Fachgebiet Sehnenregeneration und -heilung.

„Was uns bei dem Alligator jedoch wirklich überrascht hat, war die Tatsache, dass keine Skelettmuskeln nachgewachsen waren“, meint Xu. Skelettmuskeln ermöglichen dem Körper Bewegungen durch Kontraktion und Entspannung. Das Fehlen solcher Muskelstrukturen war unerwartet, da Eidechsen und sogar einige Säugetierarten die Fähigkeit besitzen, Skelettmuskeln zu regenerieren.

Derzeit ist noch unklar, warum bei diesen Alligatoren keine Skelettmuskeln nachgewachsen sind, doch die Wissenschaftler vermuten, dass dies eine Form von Energieersparnis darstellt.
„Gewebe nachwachsen zu lassen erfordert enorm viel Energie“, sagt Xu. „Wenn man alle Energie in die perfekte Nachbildung eines Körperteils steckt, fehlt diese bei anderen, wichtigeren Prozessen, wie zum Beispiel dem Größenwachstum.“

Zähe Alligatoren

Kusumi und seine Kollegen konnten als erste die Regenerationsfähigkeiten des Mississippi-Alligators nachweisen. Experten wie Adam Rosenblatt, der als Biologe an der University of North Florida forscht, gingen jedoch schon lange davon aus, dass die Jungtiere dieser Art ihren Schwanz nachwachsen lassen können.

„Ich konnte das bereits bei Alligatoren und anderen verwandten Arten in freier Wildbahn beobachten“, sagt Rosenblatt. „Alligatoren sind wirklich zäh. Sie sind darauf ausgelegt, Beeinträchtigungen des Immunsystems und körperliche Verletzungen auszuhalten.“

Alligatoren sind vielleicht widerstandsfähiger als viele andere Tierarten, doch als Jungtiere sind sie sehr verletzlich. „Sie stehen auf dem Speiseplan von so ziemlich jedem Raubtier in ihrer Umgebung“, führt Rosenblatt aus. Zu ihren Fressfeinden gehören neben Vögeln und Waschbären auch andere Alligatoren – und selbst der Verlust von nur einem Stückchen Schwanz beeinträchtigt unter Umständen ihre Fähigkeiten zur Jagd und Räubern zu entkommen.

Dass Alligatoren ihren Schwanz nachwachsen lassen können, bietet ihnen sicher Bewegungsvorteile, meint Rosenblatt.

Bisher wurde das Phänomen nur bei Jungtieren dokumentiert, allerdings ist Kusumi der Meinung, dass vielleicht auch erwachsene Tiere dazu in der Lage wären. „Unsere Forschungspartner haben bislang noch kein ausgewachsenes Tier mit großem, nachgebildetem Schwanz gefunden, aber das heißt nicht, dass es da draußen keine gibt.“

Regenerationsverbreitung

Die Erkenntnis, dass ein so großes Reptil wie ein junger Alligator seinen Schwanz nachwachsen lassen kann, wirft nun die Frage auf, wie verbreitet diese Regenerationsfähigkeit unter den 27 Arten von Echten Krokodilen, Alligatoren, Kaimanen und Gavialen wohl generell ist, meint Rosenblatt.

„Mich würde interessieren, wie viele von ihnen das können“, sagt er. Das herauszufinden könnte Wissenschaftlern vielleicht auch dabei helfen, die evolutionäre Entwicklung dieser Fähigkeit bei Vögeln und Dinosauriern zu verstehen.

„Die Vorfahren von Dinosauriern und Alligatoren besaßen diese Fähigkeit, Vögel haben sie jedoch nicht mehr. Die Frage ist daher: Wann ging sie verloren?“, sagt Kusumi. „Konnten Dinosaurier ihre Schwänze nachwachsen lassen? Diese Frage ist bislang noch offen.“

Außerdem könnte die Entdeckung der Regenerationsfähigkeiten von Alligatoren auch die Forschung rund um die Nachbildung von menschlichem Gewebe und menschlichen Gliedmaßen unterstützen.

„Bis jetzt konnten wir Regeneration nur in vergleichsweise kleinen Tieren untersuchen“, erklärt Xu. „Bei dem Alligator ist das anders, was uns dabei helfen könnte zu verstehen, welchen Einfluss Körpergröße und -masse möglicherweise auf die Nachbildung von verlorenen Körperteilen hat.“