Vipern können bis zu einem Meter entfernte Wärmequellen spüren – wie funktioniert das, trotz ihrer eher schlecht entwickelten Augen? Man wusste schon seit mehreren Jahren, dass sogenannte Grubenorgane an der Spitze der Köpfe einiger Schlangen für die Infraroterfassung zuständig sind. Allerdings war nicht bekannt, wo die Sensoren genau liegen – liegen sie in den Membranen, oder doch weiter im Organ? In Nature Advance erschien dazu heute ein Paper, in dem der zugrundeliegende Mechanismus genauer auf molekularer Ebene untersucht wurde.

Wie denn nun?

Grundlegend musste die Frage geklärt werden, ob Photonen (wie beim Auge) oder Wärme vom Organ erkannt werden. Zuerst verglichen die Wissenschaftler dazu zwei verschiedene Nervenknoten, dem Ganglion Gasseri (trigeminal ganglion) und dem Spinalganglion (dorsal root ganglion). Das Ganglion Gasseri ist bei Schlangen mit den (insofern vorhandenen) Grubenorganen verbunden und ist, im Vergleich zu Säugetieren, wesentlich dicker. Es liegt also nahe, dass dieser Nervenknoten für die Grubenorgane zuständig ist.

Um das zu beweisen wurden die Expressionsprofile der beiden Nervenknoten verglichen – bei Säugetieren ist beide Expressionsprofile ungefähr gleich. Bei diesem Vergleich zeigte sich, dass ein Ortholog eines für den Ionenkanal TRPA1 kodierenden Gens bei den mit den Grubenorganen verbundenen Nervenknoten 400-mal stärker vorhanden ist! Bei Schlangen ohne Grubenorgane lässt sich ein solch hoch-reguliertes Gen nicht finden.

Und wofür?

Die TRPA1-Ionenkanäle der Vipern haben anscheinend einen wesentlich größeren Durchmesser als die Kanäle der Säugetiere. Außerdem treten bei Säugetieren TRPA1- meistens zusammen mit TRPV1-Kanälen auf. Ein solcher Zusammenhang konnte bei den untersuchten Schlangen aber nicht nachgewiesen werden. Bei Säugetieren werden die TRPA1-Kanäle interessanterweise durch Stoffe aktiviert, die in Wasabi und ähnlichen Substanzen enthalten sind. In gewissen Umfang funktioniert das auch bei Schlangen – wo könnte da der Vorteil liegen?

Gleichzeitig reagieren die Kanäle bei Grubenvipern nämlich auch auf Temperaturen über Raumtemperatur (ab 28±2.5 °C). Bei Klapperschlangen liegt die Aktivierungstemperatur etwas höher, allerdings ist sie bei rat snakes (gibts dafür ein deutsches Wort?) sehr hoch (37.2 ± 0.7 °C). Bei diesen Schlangen hat sich der Kanal wahrscheinlich für andere Aufgaben entwickelt.

Und wielange schon?

"Alte" und "moderne" Schlangen haben sich vor ca. 30 Millionen Jahren auseinander entwickelt, es stellt sich also die Frage, ob TRPA1 in beiden Gruppen vorhanden ist. Und tatsächlich tauchen auch bei "alten" Arten (wie z.B. Boa) die gleichen Kanäle mit erhöhter Expression und ähnlicher Anatomie auf, was auf eine ähnliche Aufgabe in beiden Gruppen schließen lässt.

Toll, und jetzt?

TRPA1-Kanäle haben sich in Wirbeltieren und wirbellosen Tieren und in den Wirbeltieren selbst sehr unterschiedlich entwickelt, sie eignen sich also sehr gut als Marker für die genetischen Unterschiede verschiedener Arten aus den verschiedenen Gruppierungen. Bei Schlangen (insbesondere bei Grubenvipern) haben sich die TRPA1-Kanäle zu Wärmesensoren entwickelt, was wahrscheinlich auf Selektionsdruck durch das Überleben als Jäger zurückzuführen ist. Womit wir wieder beim alten Thema sind: Die Wege der Evolution sind vielgestalt und immer wieder überraschend!

P.S.: Wow, die haben ein Wikimedia-Commons Bild für ne Grafik in nem Nature-Paper benutzt… Sowas hab ich ja noch nie gesehen!