Hier ist, wie Eisvögel beim schnellen Tauchen möglicherweise Gehirnerschütterungen vermeiden können.

Genetische Veränderungen bei Eisvögeln könnten dazu beitragen, den Aufprall abzufedern, wenn die Tauchvögel mit dem Schnabel voran ins Wasser eintauchen, um Fische zu fangen.

In einer Analyse des genetischen Bauanleitungsbuchs einiger tauchender Eisvögel wurden Veränderungen in Genen identifiziert, die mit Gehirnfunktionen sowie der Entwicklung von Netzhaut und Blutgefäßen in Verbindung stehen. Diese Veränderungen könnten vor Schäden während des Tauchens schützen, berichten Forscher am 24. Oktober in Communications Biology. Die Ergebnisse legen nahe, dass sich die verschiedenen Arten von tauchenden Eisvögeln möglicherweise auf ähnliche Weise an ihre Tauchgänge angepasst haben, aber es ist immer noch unklar, wie die genetischen Veränderungen die Vögel schützen.

Kingfisher-Dives erreichen Geschwindigkeiten von bis zu 40 Kilometern pro Stunde und setzen den Köpfen, Schnäbeln und Gehirnen der Vögel enormen potenziellen Druck aus, erklärt Shannon Hacket, eine Evolutionsbiologin und Kuratorin am Field Museum in Chicago. Die Vögel tauchen wiederholt und schlagen dabei mit ihren Köpfen ins Wasser, was bei Menschen Gehirnerschütterungen verursachen könnte. "Es muss also etwas geben, das sie vor den schrecklichen Folgen schützt, immer wieder mit ihrem Kopf gegen einen harten Untergrund zu stoßen".

Hackett begann sich erstmals dafür zu interessieren, wie die Vögel ihre Gehirne schützen, als sie mit dem Eishockey-Team ihres Sohnes zusammenarbeitete und sich Sorgen über die Auswirkungen wiederholter Schläge auf das menschliche Gehirn machte. Zur gleichen Zeit kam der Evolutionsbiologe Chad Eliason ins Museum, um Eisvögel und ihr Tauchverhalten zu erforschen.

In der neuen Studie analysierten Hackett, Eliason und Kollegen das gesamte Erbgut von 30 Eisvogelarten, einige tauchen und andere nicht, anhand von Exponaten, die im Museum eingefroren und gelagert waren. Die konservierten Vögel stammten aus der ganzen Welt; einige der tauchenden Arten kamen von Festlandgebieten und andere von Inseln und hatten sich unabhängig voneinander zum Tauchen entwickelt, anstatt von einem gemeinsamen Vorfahren des Plunge-Diving zu stammen. Das Team wollte wissen, ob die verschiedenen tauchenden Arten ähnliche genetische Veränderungen entwickelt hatten, um zu den gleichen Verhaltensweisen zu gelangen. Viele Eisvogelarten haben dieses Verhalten entwickelt, aber es war unklar, ob dies auf genetische Konvergenz zurückzuführen war, ähnlich wie bei vielen Vogelarten, die den Flug verloren haben oder wie Fledermäuse und Delfine unabhängig voneinander Ortungssysteme entwickelt haben (SN: 9/6/2013).

Frühere Studien hatten eine Konvergenz von Schnabelformen festgestellt, wodurch Tauch-Eisvögel lang und spitz zulaufend wurden und so effektiver ins Wasser tauchen konnten. "Passen sie sich alle in gleicher Weise an das Plunge-Diving an, mit ihren Schnäbeln, ihrem Gehirn... und mit ihren Genen?", fragte sich Hackett.

Die Analyse ergab Hinweise auf 93 veränderte Gene, die auf genetische Konvergenz hindeuteten. Davon stach eines heraus: Es handelte sich um eine Veränderung in einem Gen, das die Anweisungen für die Herstellung des Tau-Proteins enthält, das, wenn es normal funktioniert, dazu beiträgt, die Zellstruktur zu stabilisieren und eine Anpassung der Vögel ans Tauchen sein könnte, so das Team.

Bei Menschen wurde Tau mit neurodegenerativen Erkrankungen wie Alzheimer in Verbindung gebracht und es tritt in Klumpen im Gehirngewebe von Menschen auf, die multiple Gehirnerschütterungen erlitten haben. "Es ist eine sehr interessante Hypothese, dass das gleiche [Tau]-Protein verwendet wurde, um diese harten Auswirkungen bei Eisvögeln abzumildern", sagt Tim Sackton, ein Genetiker an der Harvard University, der nicht an der Studie beteiligt war.

Aber, so sagt er, die Art der genetischen Analyse, die in der Studie durchgeführt wurde, ist knifflig. Einige der identifizierten konvergenten Gene könnten auf Zufall beruhen und nicht im Zusammenhang mit der Evolution des Tauchverhaltens stehen. Weitere eingehende Untersuchungen, um festzustellen, welche genetischen Veränderungen für das Tauchverhalten relevant sind, sind angebracht.

Die nächsten Schritte bestehen darin, zu testen, was diese genetischen Mutationen und die daraus resultierenden Proteine, insbesondere das Tau, bei Eisvögeln bewirken und wie die genetischen Unterschiede bei tauchenden Arten sie schützen könnten. Wenn ähnliche Studien Einblicke liefern, wie die Vögel ihre Gehirne schützen, könnten die Ergebnisse möglicherweise auf die Entwicklung von Schutzstrategien gegen Gehirnerschütterungen und Hirnverletzungen beim Menschen angewendet werden. Aber das liegt in weiter Ferne.

"Es ist noch ein weiter Weg, um zu verstehen, wie das Genotyp und all seine Modifikationen zu dem führen, was wir in der natürlichen Welt sehen", sagt Hackett. "Wir stehen gerade erst am Anfang, diese Fragen zu stellen."

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